專利名稱：連續(xù)自動配料機(jī)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明連續(xù)自動配混料機(jī)及應(yīng)用屬于機(jī)械制造與自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，是一種主要應(yīng)用于化纖、塑料等行業(yè)，通過該設(shè)備將多組分原料(粒料)按工藝配比進(jìn)行動態(tài)配料，并攪拌均勻，連續(xù)供料給化纖紡絲或塑料注塑等設(shè)備的技術(shù)方案。
背景技術(shù)：
隨著復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，越來越多的塑料、化纖等產(chǎn)品要求賦于特殊的功能(如著色、阻燃、抗靜電、遠(yuǎn)紅外、抑菌除臭、高強(qiáng)、高韌、高吸濕等功能)，往往通過在其基料中添加各種助劑來實(shí)現(xiàn)。由于塑料、化纖的基料均為切片粒料，因此大部分工藝是先將各種添加助劑制成母粒(其助劑含量較高，形狀、尺寸與基料切片相仿)，由母粒供應(yīng)商提供；在使用螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)上述塑料、化纖等功能性產(chǎn)品時，將基料和母粒按工藝配比配制、混合均勻后加入螺桿擠出機(jī)，連續(xù)自動配料機(jī)就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的生產(chǎn)設(shè)備，是螺桿擠出機(jī)的配套設(shè)備，連續(xù)配料機(jī)的技術(shù)路線有三種a、小螺桿配(母粒)料，與生產(chǎn)設(shè)備主螺桿按速度比例運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證配比，但其致命弱點(diǎn)是精度無法提高、且供料量發(fā)生變化時，小螺桿無法迅速同步變化，造成配比失調(diào)。
b、動態(tài)稱重法，理論上是最精確的，但實(shí)際運(yùn)用中除存在與方案a同樣的無法迅速同步變化的弊端外，而且現(xiàn)場稍有振動，則影響動態(tài)稱重。
c、利用體積間接配重法(本項(xiàng)目所采取的技術(shù)路線)即通過大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)求出各組分原料(基料、母料)每計量孔體積的重量，據(jù)此按配比要求控制固定時間段各組分的落孔數(shù)(計量孔數(shù))，并將計量好的各組分原料攪拌均勻，動態(tài)貯存在一攪拌桶內(nèi)，隨出隨進(jìn)，保持一定的料位高度，從而使配料比例不受出料量變化的影響。
方案a對于需料量常變的生產(chǎn)設(shè)備缺陷比較明顯；方案b亦由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用要求苛刻，且價格高。
所以方案c即間接重量法已被供料量常變的連續(xù)生產(chǎn)線生產(chǎn)廠家所認(rèn)同。目前國際上有數(shù)家公司都采用此技術(shù)路線生產(chǎn)同類設(shè)備，且趨于同一結(jié)構(gòu)形式即計量盤采用固定的轉(zhuǎn)速或采用交流電動機(jī)調(diào)速，配比范圍變化較大時需更換不同孔徑的計量盤；對于每一種工藝配比，控制系統(tǒng)需先算出每個計量周期(數(shù)分鐘)的各組分落孔數(shù)，如果有時單一計量周期無法保證配比精度，往往通過相鄰的兩個計量周期落孔比平均數(shù)來保證配比的精確度。
國內(nèi)也有很多廠家生產(chǎn)同類設(shè)備，大多數(shù)為小螺桿配料法的廉價產(chǎn)品，以滿足那些對配比要求不高的用戶的需求；另有兩家公司生產(chǎn)的配料機(jī)采用方案c即間接重量法，但均為照搬國外80年代產(chǎn)品，關(guān)鍵機(jī)電部件從國外引進(jìn)。目前只有一家公司生產(chǎn)此設(shè)備，控制仍沿襲80年代8位單板機(jī)水平，只能適用于一般要求的普通產(chǎn)品，對配比要求精度較高的產(chǎn)品，(如配比計量計算精度達(dá)萬分之一時)無法勝任。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明連續(xù)自動配料機(jī)及應(yīng)用，目的在于應(yīng)用PLC可編程控制器+步進(jìn)電動機(jī)組成的粒料計量自動控制系統(tǒng)，集控制算法、軟件編程、故障報警、良好的人機(jī)對話界面等功能，并采用自清潔裝置和預(yù)混合裝置等技術(shù)，用以克服現(xiàn)有同類產(chǎn)品的缺陷，進(jìn)一步提高配料精度和運(yùn)行可靠性。從而公開一種連續(xù)自動配料機(jī)的技術(shù)方案。
本發(fā)明連續(xù)自動配料機(jī)，其特征在于主要由控制系統(tǒng)I、配料裝置II和混料裝置III三部分組成。
控制系統(tǒng)I主要由PLC可編程控制器1、人機(jī)對話界面2(帶鍵盤顯示器)、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動裝置3、步進(jìn)電動機(jī)4、堵轉(zhuǎn)報警傳感器5、配料倉料位傳感器6、混料倉料位傳感器7、控制按鈕8、控制旋鈕9、信號燈10、蜂嗚器11、頻閃報警器12、變頻器13、交流電動機(jī)14、控制程序軟件23等組成?？刂瞥绦蜍浖?3由計量周期各組分落料孔整數(shù)的計算程序24、測試程序25、運(yùn)行程序26三部分組成。部件3、4、5、6、8、9、10的數(shù)量可依據(jù)配料組分的多少(二組分或三組分等)而變化。連接見說明書附圖1，虛線框內(nèi)器件裝于電控柜上，省略號表示其上方器件數(shù)量可變。
配料裝置II是多單元裝置，基料和各母粒均有一個單獨(dú)的配料裝置，其數(shù)量根據(jù)配料組分?jǐn)?shù)確定。每個配裝置單元主要由配料倉15、計量盤16、計量盤底座17、自清潔裝置18、減速機(jī)構(gòu)19等組成。自清潔裝置18嵌入在計量盤底座17底部，位于落料口一側(cè)，其進(jìn)氣口與壓縮空氣管線相連，該裝置中間為氣腔，出氣口為一窄縫隙口。PLC可編程控制器1、驅(qū)動裝置3、步進(jìn)電動機(jī)4、減速機(jī)構(gòu)19、計量盤16順序連接。連接見說明書附圖2，以三組分配料機(jī)為例。
混料裝置III主要由混料倉20、預(yù)混料裝置21、攪拌器22等組成，預(yù)混料裝置21為一傘形園盤，在盤面的多個同心園園周處，分別開有若干個孔徑不一的園孔。該裝置位于弓形攪拌器上方，與弓形攪拌器同步運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)混料裝置21、攪拌器22由變頻器13經(jīng)交流電動機(jī)14連接。連接見說明書附圖3，以二組分配料機(jī)為例。
上述連續(xù)自動配料機(jī)的應(yīng)用，其特征在于A、旋動“測試”控制旋鈕9后，控制程序軟件23進(jìn)入測試程序25，每按動對應(yīng)各配料裝置單元的“測試”控制按鈕8一次，可對其計量盤16進(jìn)行一次計量標(biāo)定取樣，每組分要連續(xù)取十份樣品；B、將每組分的十份樣品，用精密天平稱重后，按公式每組分計量盤16每孔重量標(biāo)定值(克)＝∑每組分樣品重量(克)/80(孔)，進(jìn)行計算；C、通過人機(jī)對話界面2輸入各組分配比相關(guān)參數(shù)及各組分計量盤16每孔重量的標(biāo)定值；D、控制程序軟件23中計量周期各組分落料孔整數(shù)的計算程序24自動計算出一組運(yùn)行參數(shù)，供料量、計量周期時間、各組分計量周期落料孔數(shù)，并以此求出各計量盤16的運(yùn)行參數(shù)；E、旋動“運(yùn)行”控制旋鈕9后，進(jìn)入運(yùn)行程序26，計量盤16依照工藝配比對各組分進(jìn)行配料，自清潔裝置18噴出的線狀氣流可杜絕計量盤“卡料”故障的發(fā)生；F、配好的料落入混料倉20，經(jīng)預(yù)混料裝置21進(jìn)行粒料預(yù)混合，再經(jīng)攪拌器22使其混合均勻，從混料倉20出口進(jìn)入螺桿擠出機(jī)；G、當(dāng)混料倉20中的料位高于混料倉上限位時，混料倉料位傳感器7動作，系統(tǒng)停止配料；H、當(dāng)料位低于上限位一定程度后，系統(tǒng)又開始配料；I、當(dāng)某配料倉15缺料或計量盤16卡料時，PLC可編程控制器1使對應(yīng)信號燈10亮，蜂嗚器11、頻閃報警器12發(fā)出聲光報警信號；J、人機(jī)對話界面2能設(shè)定和修改配料工藝，還能顯示運(yùn)行參數(shù)及產(chǎn)量累計值。
上述連續(xù)自動配料機(jī)及應(yīng)用，其特征還在于a、用步進(jìn)電動機(jī)組成粒料計量控制系統(tǒng)，拓展了步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
b、藝配比可精確到小數(shù)點(diǎn)后四位，計量計算精度可達(dá)0.01％以上。
c、在設(shè)備允許的不同配比、供料量范圍內(nèi)，采用“逼進(jìn)法”控制算法均可在一個計量周期內(nèi)求得各組分的落料孔數(shù)，且為整數(shù)。無需用相鄰的兩個計量周期不同落孔數(shù)之平均數(shù)來保證配比，使配比更為精確。
d、在設(shè)備允許的不同配比、供料量范圍內(nèi)，均無需更換不同孔徑的計量盤16，給生產(chǎn)帶來極大的方便。
e、采用自清潔裝置18，可進(jìn)一步提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性f、預(yù)混料裝置21的應(yīng)用，使設(shè)備混料均勻性得到改善。


附圖1為控制系統(tǒng)I的連接框中的標(biāo)號分別為1.為PLC可編程控制器 2.為人機(jī)對話界面3.為步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動裝置4.為步進(jìn)電動機(jī)5.為堵轉(zhuǎn)報警傳感器6.為配料倉料位傳感器7.為混料倉料位傳感器 8.為控制按鈕9.為控制旋鈕 10.為信號燈11.為蜂嗚器 12.為頻閃報警器13.為變頻器 14.為交流電動機(jī)。
附圖2為配料裝置II的連接框中的標(biāo)號分別為4.為步進(jìn)電動機(jī) 15.為配料倉16.為計量盤 17.為計量盤底座18.為自清潔裝置 19.為減速機(jī)構(gòu)附圖3為混料裝置III的連接框中的標(biāo)號分別為14.為交流電動機(jī) 20.為混料倉21.為預(yù)混料裝置 22.為攪拌器具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1配料裝置II為兩組分配料方案，生產(chǎn)滌綸POY有色纖維。
步驟1編程控制器1選用SIEMENS S7-224，人機(jī)對話界面2選用SIEMENS TD200文本顯示器，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動裝置3選用國產(chǎn)SH-2H-130M型，步進(jìn)電動機(jī)4選用國產(chǎn)130BYG-405A型，堵轉(zhuǎn)報警傳感器5選用OMRON E2K型，配料倉料位傳感器6、混料倉料位傳感器7選用德國圖爾克B12-M12-AN6X型，變頻器13選用富士G11-0.75KW型，交流電動機(jī)14選用國產(chǎn)0.55KW型，依照各器件的功能并按附圖一所示的連接關(guān)系進(jìn)行組裝，經(jīng)軟硬件調(diào)試，即可實(shí)現(xiàn)控制裝置I。
步驟2將配料裝置II、混料裝置III依據(jù)附圖二、三進(jìn)行組裝并調(diào)試，即可實(shí)現(xiàn)配料機(jī)機(jī)械部分。
步驟3根據(jù)用戶生產(chǎn)線現(xiàn)場設(shè)備情況，設(shè)計制作配料機(jī)上方、下方與現(xiàn)場設(shè)備的機(jī)械接口部件。將組裝好的控制裝置I、配料裝置II和混料裝置III，經(jīng)整機(jī)調(diào)試后可在用戶生產(chǎn)線安裝。
步驟4將配料裝置II各單元分別裝入基料和母粒，啟動配料機(jī)的測試程序，進(jìn)行各組分每孔克重的實(shí)物多次取樣。并用精密天平將各試樣稱重，計算出各組分每孔克重標(biāo)定值。本實(shí)施方式將配料裝置II單元1裝入滌綸切片(基料)，單元2裝入色母粒，步驟5將生產(chǎn)工藝相關(guān)參數(shù)及各組分配比、各組分每孔重量標(biāo)定值輸入人機(jī)對話界面2。啟動配料機(jī)的運(yùn)行程序，同時啟動生產(chǎn)線(如螺桿擠壓機(jī))，連續(xù)自動配料機(jī)開始連續(xù)配、供料。
以下實(shí)施方式2、3的其它內(nèi)容同實(shí)施方式1。
實(shí)施方式2配料裝置II為三組分配料方案，生產(chǎn)錦綸FDY有色除臭防菌纖維。本實(shí)施方式將配料裝置II單元1裝入錦綸切片(基料)，單元2裝入色母粒，單元3裝入除臭防菌母粒。按工藝配比配料。
實(shí)施方式3配料裝置II為三組分配料方案，用于注塑生產(chǎn)尼龍6增韌、著色工程塑料件。本實(shí)施方式將配料裝置II單元1裝入尼龍6切片(基料)，單元2裝入增韌母粒，單元3裝入色母粒。按工藝配比配料。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明連續(xù)自動配料機(jī)，其特征在于主要由控制系統(tǒng)I、配料裝置II和混料裝置III三部分組成；控制系統(tǒng)I由PLC可編程控制器(1)、人機(jī)對話界面(2)、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動裝置(3)、步進(jìn)電動機(jī)(4)、堵轉(zhuǎn)報警傳感器(5)、配料倉料位傳感器(6)、混料倉料位傳感器(7)、控制按鈕(8)、控制旋鈕(9)、信號燈(10)、蜂嗚器(11)、頻閃報警器(12)、變頻器(13)、交流電動機(jī)(14)及控制程序軟件(23)組成；控制程序軟件(23)由計量周期各組分落料孔整數(shù)的計算程序(24)、測試程序(25)、運(yùn)行程序(26)三部分組成；部件(3)、(4)、(5)、(6)、(8)、(9)、(10)的數(shù)量根據(jù)配料組分?jǐn)?shù)確定；配料裝置II是多單元裝置，基料和各母粒均有一個單獨(dú)的配料裝置，其數(shù)量與配料組分?jǐn)?shù)相對應(yīng)；每個配料裝置單元由配料倉(15)、計量盤(16)、計量盤底座(17)、自清潔裝置(18)、減速機(jī)構(gòu)(19)組成；自清潔裝置(18)嵌入在計量盤底座(17)底部，位于落料口一側(cè)，其進(jìn)氣口與壓縮空氣管線相連，該裝置中間為氣腔，出氣口為一窄縫隙口；PLC可編程控制器(1)、驅(qū)動裝置(3)、步進(jìn)電動機(jī)(4)、減速機(jī)構(gòu)(19)、計量盤(16)順序連接；混料裝置III主要由混料倉(20)、預(yù)混料裝置(21)、攪拌器(22)組成；預(yù)混料裝置(21)為一傘形圓盤，在盤面的多個同心圓圓周處，分別開有若干個孔徑不一的園孔，該裝置位于攪拌器(22)上方，與攪拌器(22)同步運(yùn)轉(zhuǎn)；變頻器(13)經(jīng)交流電動機(jī)(14)連接預(yù)混料裝置(21)、攪拌器(22)。
2權(quán)利要求1所述的連續(xù)自動配料機(jī)的應(yīng)用，其特征在于，其具體的步驟方法為A、旋動“測試”控制旋鈕(9)后，控制程序軟件(23)進(jìn)入測試程序(25)，每按動對應(yīng)各配料裝置單元的“測試”控制按鈕(8)一次，可對其計量盤(16)進(jìn)行一次計量標(biāo)定取樣，每組分要連續(xù)取十份樣品；B、將每組分的十份樣品，用精密天平稱重后，按公式每組分計量盤(16)每孔重量標(biāo)定值(克)＝∑每組分樣品重量(克)/80(孔)，進(jìn)行計算；C、通過人機(jī)對話界面(2)輸入各組分配比相關(guān)參數(shù)及各組分計量盤(16)每孔重量的標(biāo)定值；D、控制程序軟件(23)中計量周期各組分落料孔整數(shù)的計算程序(24)自動計算出一組運(yùn)行參數(shù)，供料量、計量周期時間、各組分計量周期落料孔數(shù)，并以此求出各計量盤(16)的運(yùn)行參數(shù)；E、旋動“運(yùn)行”控制旋鈕(9)后，進(jìn)入運(yùn)行程序(26)，計量盤(16)依照工藝配比對各組分進(jìn)行配料，自清潔裝置(18)噴出的線狀氣流可杜絕計量盤“卡料”故障的發(fā)生；F、配好的料落入混料倉(20)，經(jīng)預(yù)混料裝置(21)進(jìn)行粒料預(yù)混合，再經(jīng)攪拌器(22)使其混合均勻，從混料倉(20)出口進(jìn)入螺桿擠出機(jī)；G、當(dāng)混料倉(20)中的料位高于混料倉上限位時，混料倉料位傳感器(7)動作，系統(tǒng)停止配料；H、當(dāng)料位低于上限位一定程度后，系統(tǒng)又開始配料；I、當(dāng)某配料倉(15)缺料或計量盤(16)卡料時，PLC可編程控制器(1)使對應(yīng)信號燈(10)亮，蜂嗚器(11)、頻閃報警器(12)發(fā)出聲光報警信號；J、人機(jī)對話界面(2)能設(shè)定和修改配料工藝，還能顯示運(yùn)行參數(shù)及產(chǎn)量累計值。
全文摘要
本發(fā)明連續(xù)自動配料機(jī)及應(yīng)用，屬于機(jī)械制造與自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域。是一種將多種原料組分(粒料)按工藝配比進(jìn)行動態(tài)配料，并攪拌均勻，連續(xù)供料給化纖紡絲或塑料注塑設(shè)備的技術(shù)方案。其特征在于通過PLC+步進(jìn)電動機(jī)組成的粒料計量自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度連續(xù)自動配、混料；工藝配比可精確到小數(shù)點(diǎn)后四位，計量計算精度可達(dá)0.01％以上；在設(shè)備允許的不同配比供料量范圍內(nèi)程序軟件均可在一個計量周期內(nèi)求得各組分的落料孔數(shù)，且為整數(shù)，無需用相鄰的兩個計量周期不同落孔數(shù)之平均數(shù)來保證配比；同樣在上述工藝范圍內(nèi)，均無需更換不同孔徑的計量盤；同時采用自清潔裝置、預(yù)混料裝置，進(jìn)一步提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性及混料均勻性。
文檔編號B65G47/51GK1513740SQ0314325
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者王中蘇, 李世煥, 戴晉明, 高立斌 申請人:太原理工大學(xué)