專利名稱：一種高精度配料設備及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固體粉末或顆粒物質的稱重和配料設備及其配料方法領域，更具體的說，改進涉及的是一種高精度配料設備及其控制方法。
背景技術：
目前，在固體粉末或顆粒物質的稱重和配料行業(yè)普遍使用四種設備單斗定量秤、 電子皮帶配料秤、螺旋秤和失重秤。單斗定量秤是利用傳感器將重量信號傳遞到儀表當中，當重量達到設定值時，加料門關閉，停止加料，然后開啟放料門放料。由于結構簡單，單斗定量秤的精確度和穩(wěn)定性較好，環(huán)境粉塵及粘料可以通過去皮解決，環(huán)境適應能力也比較好；但是，單斗定量秤是斷續(xù)配料裝置無法實現(xiàn)連續(xù)放料，與其它物料混合往往需要攪拌，而特性和比例差異比較大的物料在短時間內很難攪拌均勻，影響生產效率。另外其標定只能在生產停止狀態(tài)下進行。電子皮帶配料秤是一種連續(xù)配料設備，其的原理是在皮帶下面安裝一個秤重傳感器和一個速度傳感器，在皮帶運轉中測量某段皮帶長度上物料的瞬時重量以及同一時刻皮帶的行程或皮帶的速度；通過積分算法或累加算法，得出物料流量和累積流量，因物料的重量是通過皮帶及其下方的拖輥傳遞給稱重傳感器的，皮帶的張力會隨皮帶運動速度、皮帶跑偏、滾筒粘料、皮帶粘料、料倉壓力、環(huán)境溫度以及機械加工精度等影響呈現(xiàn)不同非線性變化，造成計量精度和穩(wěn)定性差；配料量程范圍窄，環(huán)境適應能力差，實際使用中計量精度在士 1%左右。并經常需要標定以發(fā)現(xiàn)并修正誤差，另外電子皮帶配料秤是一種連續(xù)配料設備，在實際生產過程中無法中途停下來標定；造成生產中無法及時發(fā)現(xiàn)并修正誤差，容易造成大批量產品不合格。因此主要應用在對配料精度要求不高的場所。螺旋秤的原理跟電子皮帶配料秤的原理基本相同，只是將皮帶輸送改成了螺旋輸送，其同樣需要重量傳感器和速度傳感器檢測螺旋內物料的重量和螺旋轉速，通過積分算法或累加算法，得出物料流量和累積流量，但是受倉壓、物料性質變化、螺旋間隙串料、螺旋內部粘料、料流租力等影響，物料流速ν和螺旋轉數(shù)N不能保持恒定比例關系，從而會產生明顯計量誤差，甚至有時候會超出使用要求；計量精度在士2。0%左右。配料量程范圍窄， 環(huán)境適應能力差，因螺旋秤也是一種連續(xù)配料設備，在實際生產過程中也無法中途停下來標定，容易造成產品質量事故。失重秤也叫減量秤，一般由進料閘門，稱重料斗，出料裝置構成。失重秤的結構實際上是在單斗計量秤的基礎上改進的，其與單斗計量秤的本質區(qū)別是將稱重料斗下方的放料門更換成了由電機驅動的連續(xù)出料裝置，可由控制器控制電機轉動速度來控制下料速率。因此其具有單斗計量秤的優(yōu)點計量精度和穩(wěn)定性好，環(huán)境適應能力強。其工作過程原理是進料閘門打開給稱重料斗加料，當重量達到設定值后進料閘門關閉，出料裝置開始運行，將物料從稱重料斗內推出，計量裝置檢測到稱重料斗內物料重量和減少速率，計算出物料下料流量，并與設定流量對比進行PID調節(jié)并調整出料裝置轉速，使實際檢測流量與設定流量一致。當稱重料斗內重量下降到小于下限值時，進料閘門再次打開給稱重料斗加料，此時因稱重料斗內進料和出料同時進行，控制器無法準確計算到實際出料量，因此也無法準確控制電機轉速，此時系統(tǒng)配料處于盲區(qū)和失控狀態(tài)，市場上現(xiàn)有失重秤解決盲區(qū)問題的折中辦法是采集進料間門打開前出料裝置電機轉動頻率，并用此固定頻率控制出料裝置電機轉速，直到稱重料斗加料過程結束，若加料時間過長會造成失重秤長時間工作在盲區(qū)； 若在盲區(qū)發(fā)生斷料和堵料現(xiàn)象，則設備無法識別，失去準確性；而當配料流量大時需要相應制作龐大的料倉和稱重斗并選用大量程的稱重傳感器，以減少設備工作在盲區(qū)的時間，但這樣會產生新的問題，當實際生產中需要將配方由大流量更改到很小流量小時，由于稱重斗選用了大量程稱重傳感器，靈敏度又會顯得不夠高，影響小流量配料時的準確性，難以適應寬量程配料需要，另外稱重料斗工作始終處于進料或出料狀態(tài)，在實際生產過程中也無法中途停下來標定，容易造成批量產品質量事故。因此，現(xiàn)有技術尚有待改進和發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種高精度配料設備及其控制方法，既有較高的計量準確性和穩(wěn)定性，又可保證配料的連續(xù)性均勻性。本發(fā)明的另一個目的在于，具有在線標定功能，可在不停機情況下發(fā)現(xiàn)并修正誤差，單臺配料量程范圍寬，物料及環(huán)境適應能力強。本發(fā)明的技術方案如下一種高精度配料設備，包括加料皮帶、計量斗和出料皮帶；其中所述計量斗包括分別設置在加料皮帶兩端的第一計量斗和第二計量斗；所述出料皮帶包括設置在第一計量斗下的第一出料皮帶和設置在第二計量斗下的第二出料皮帶； 所述加料皮帶受控可在正反兩個方向上轉動，用于在其中一個計量斗及其出料皮帶進行配料時，對另一個計量斗進行加料。所述的高精度配料設備，其中在加料皮帶上設置驅動加料皮帶轉動的加料電機； 在第一出料皮帶上設置帶驅動第一出料皮帶轉動的第一出料電機；在第二出料皮帶上設置驅動第二出料皮帶轉動的第二出料電機；加料電機、第一出料電機和第二出料電機分別受控于同一控制器控制。所述的高精度配料設備，其中第一出料電機和第二出料電機分別通過各自的變頻器與控制器控制連接。所述的高精度配料設備，其中在第一計量斗和第二計量斗上分別設置有各自的重量傳感器、伸縮機構和砝碼；重量傳感器用于支撐各自的計量斗和出料皮帶；伸縮機構用于連接各自的計量斗及其砝碼。一種如上述高精度配料設備的控制方法，其中，包括以下步驟在用第一計量斗通過第一出料皮帶配料的過程中，加料皮帶反轉，給第二計量斗加料，并進行稱重；在用第二計量斗通過第二出料皮帶配料的過程中，加料皮帶正轉，給第一計量斗加料，并進行稱重； 輪換交替進行配料和加料。所述的高精度配料設備的控制方法，其中在加料皮帶轉動給相應的計量斗加料時，通過判斷是否到達加料時間來停止加料皮帶轉動。所述的高精度配料設備的控制方法，其中在加料皮帶轉動給相應的計量斗加料時，通過判斷相應計量斗的重量是否達到上限來停止加料皮帶轉動。
所述的高精度配料設備的控制方法，其中在配料后計算相應計量斗的流量和誤差，啟動與出料電機相連接的變頻器控制其出料皮帶轉動的快慢，并通過判斷相應計量斗的重量是否達到下限來停止其變頻器。所述的高精度配料設備的控制方法，其中在變頻器的運行過程中，包括采用PID 控制器調節(jié)累計誤差。所述的高精度配料設備的控制方法，其中在加料皮帶停止轉動后記錄一次相應計量斗的重量；在變頻器停止后再記錄一次相應計量斗的重量；核算兩次記錄的誤差和累積量。本發(fā)明所提供的一種高精度配料設備及其控制方法，由于在可正反轉的加料皮帶兩端下方分別設置了計量斗和出料皮帶，當加料皮帶給其中一端的計量斗加料時，利用另一端的出料皮帶進行配料，如此輪換，將靜態(tài)計量和動態(tài)配料有機結合，計量始終以進入和流出計量斗的物料的重量為控制計算依據(jù)，不受粘料、腐蝕、皮帶跑偏打滑、皮帶張力變化等影響，既保證了較高的計量準確性和穩(wěn)定性，又保證了配料的連續(xù)性，具有較強的環(huán)境變化和物料變化適應能力。因兩計量斗交替輪換進行進料和配料，在保證下料連續(xù)無盲區(qū)的前提下，當進行大流量配料時兩個計量斗可以實現(xiàn)小型化，節(jié)約材料和安裝空間；同時因計量斗實現(xiàn)小型化，可選用量程較小靈敏度較高的稱重傳感器，這樣就能適應小流量配方的精度需求，可大幅度擴展配料量程范圍；兩計量斗交替輪換進行進料和配料，也為在線標定功能的實現(xiàn)提供時間和機會，當一側在配料，另一側可在加料完成前或加料完成后暫停進行標定，控制器控制伸縮機構將砝碼提起或放下，以計量斗重量減少量或增加量與標定砝碼重量對比，以此發(fā)現(xiàn)誤差并修正誤差，實現(xiàn)在線標定，實現(xiàn)設備故障診斷，保證產品質量； 另外兩側交替進行配料，當一側計量斗發(fā)生故障，另一側計量斗可替代部分功能，為快速維修爭取時間，避免不必要的停機。


圖1是本發(fā)明自動化高精度配料設備的結構原理圖。圖2是本發(fā)明高精度配料設備自動化配料控制方法的流程圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
和實施例加以詳細說明，所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明的一種高精度配料設備，如圖1所示，包括盛裝固體粉末或顆粒物質的加料倉101，在加料倉101的出口處設置有加料接口，在加料接口的下方設置加料皮帶102，通過加料電機103或加料液壓馬達驅動加料皮帶102轉動，并對加料皮帶102下方的計量斗進行加料；其中，計量斗包括第一計量斗104和第二計量斗107，分別設置在加料皮帶102 的兩端，加料皮帶102正轉時可以給第一計量斗104加料，加料皮帶102反轉時可以給第二計量斗107加料；在第一計量斗104底端設置有第一出料皮帶105，可通過第一出料電機 106驅動，也可通過第一液壓馬達驅動，用于配料；同時，在第二計量斗107底端設置有第二出料皮帶108，可通過第二出料電機109驅動，也可通過第二液壓馬達驅動，也用于配料；所述加料皮帶102受控可在正反兩個方向上轉動，用于在其中一個計量斗104(或107)及其出料皮帶105(或108)進行配料時，對另一個計量斗107(或104)進行加料；并在加料后對該計量斗107(或104)進行稱重。基于上述高精度配料設備，本發(fā)明還提出了一種配料控制方法，如圖1和2所示， 至少包括在用第一計量斗104通過第一出料皮帶105進行配料(即A側配料)時，加料皮帶102反轉，給第二計量斗107加料，并進行稱重(即記錄B側重量)；在用第二計量斗 107通過第二出料皮帶108配料(即B側配料)時，加料皮帶102正轉，給第一計量斗104 加料，并進行稱重(即記錄A側重量)；如此輪換交替進行配料和加料。在本發(fā)明高精度配料設備及其控制方法的優(yōu)選實施方式中，如圖1所示，以電機驅動皮帶轉動為例，加料電機103、第一出料電機106和第二出料電機109均與同一控制器 117控制連接；在加料電機103驅動加料皮帶102正轉(或反轉)轉動給相應的計量斗(例如第二計量斗107)加料時，通過判斷是否到達預定的加料時間來停止加料皮帶102的轉動；和/或在加料電機103驅動加料皮帶102正轉(或反轉)轉動給相應的計量斗(例如第二計量斗107)加料時，通過判斷相應計量斗(例如第二計量斗107)的重量是否達到設定的上限來停止加料皮帶102轉動。以避免發(fā)生斷料和堵料的現(xiàn)象，消除體積配料盲區(qū)。較好的是，第一出料電機106通過單獨的變頻器115與控制器117相連接；第二出料電機109也通過單獨的變頻器116與同一控制器117相連接；用于在配料后計算相應計量斗的流量和誤差，啟動相應的變頻器控制與其連接的出料電機驅動出料皮帶轉動的快慢，并通過判斷相應計量斗的重量是否達到設定的下限來停止其變頻器。以適應配方的大幅度變化，擴大單臺配料范圍。在相應變頻器的運行過程中，還包括采用PID (比例-積分-微分)控制器調節(jié)累計誤差，以減小配料的累計誤差。所謂的PID控制器，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成，通過Kp，Ki和Kd三個參數(shù)的設定，用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)；工業(yè)生產過程中，對于生產裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差調節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值相一致。具體的，如圖1所示，在第一計量斗104和第二計量斗107上分別設置有各自的重量傳感器110、伸縮機構111和113、以及砝碼112和114 ；重量傳感器110用于分別將各自的計量斗104(和107)和出料皮帶105(或108)支撐起來，并把重量信號通過有線或無線方式傳遞給同一控制器117 ；伸縮機構111(和113)用于分別連接各自的計量斗104(和107) 及其砝碼112(和114)。由此控制器117可以獲得計量斗104(或107)內物料的精確重量，通過I/O點控制加料皮帶102正轉或反轉給兩側的計量斗104或107加料，并通過模擬量輸出點D/A或以通訊方式調整相應的變頻器115或116轉速，從而控制相應計量斗104或107下方出料皮帶105或109運行的快慢，動態(tài)調整單位時間內下料量和誤差，達到精確配料的目的；同時配料設備A側和B側相互轉換，當A加料時B側配料，當B側計量斗內重量減少到一定值后，停止B側配料，啟動A側配料，以實現(xiàn)連續(xù)配料中間不斷料目的，并最終實現(xiàn)自動化配料。在加料皮帶停止轉動后記錄一次相應計量斗的重量，在變頻器停止后再記錄一次相應計量斗的重量，然后核算兩次記錄的誤差和累積量；通過PID控制器對整個控制系統(tǒng)進行偏差調節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值相一致。
與現(xiàn)有技術中的配料設備及其控制方法相比，本發(fā)明所提供的一種高精度配料設備及其控制方法，由于在可正反轉的加料皮帶兩端下方分別設置了計量斗和出料皮帶，當加料皮帶給其中一端的計量斗加料時，利用另一端的出料皮帶進行配料，如此輪換，將靜態(tài)計量和動態(tài)配料有機結合，計量始終以進入和流出計量斗的物料的重量為控制計算依據(jù)， 不受粘料、腐蝕、皮帶跑偏打滑、皮帶張力變化等影響，既保證了較高的計量準確性和穩(wěn)定性，又保證了配料的連續(xù)性，具有較強的環(huán)境變化和物料變化適應能力。因兩計量斗交替輪換進行進料和配料，在保證下料連續(xù)無盲區(qū)的前提下，當進行大流量配料時兩個計量斗可以實現(xiàn)小型化，節(jié)約材料和安裝空間；同時因計量斗實現(xiàn)小型化，可選用量程較小靈敏度較高的稱重傳感器，這樣就能適應小流量配方的精度需求，可大幅度擴展配料量程范圍；兩計量斗交替輪換進行進料和配料，也為在線標定功能的實現(xiàn)提供時間和機會，當一側在配料， 另一側可在加料完成前或加料完成后暫停進行標定，控制器控制伸縮機構將砝碼提起或放下，以計量斗重量減少量或增加量與標定砝碼重量對比，以此發(fā)現(xiàn)誤差并修正誤差，實現(xiàn)在線標定，實現(xiàn)設備故障診斷，保證產品質量；另外兩側交替進行配料，當一側計量斗發(fā)生故障，另一側計量斗可替代部分功能，為快速維修爭取時間，避免不必要的停機。 由于本發(fā)明的高精度配料設備有機結合了靜態(tài)計量和動態(tài)配料的特點，實現(xiàn)了較高的計量精度和配料精度，故又稱靜動秤；如下表所示，為本發(fā)明靜動秤與四種現(xiàn)有技術中的配料設備在各個問題方面的比較結果
權利要求
1.一種高精度配料設備，包括加料皮帶、計量斗和出料皮帶；其特征在于所述計量斗包括分別設置在加料皮帶兩端下方的第一計量斗和第二計量斗；所述出料皮帶包括設置在第一計量斗下的第一出料皮帶和設置在第二計量斗下的第二出料皮帶；所述加料皮帶受控可在正反兩個方向上轉動，用于在其中一個計量斗及其出料皮帶進行配料時，對另一個計量斗進行加料。
2.根據(jù)權利要求1所述的高精度配料設備，其特征在于在加料皮帶上設置驅動加料皮帶轉動的加料電機；在第一出料皮帶上設置帶驅動第一出料皮帶轉動的第一出料電機； 在第二出料皮帶上設置驅動第二出料皮帶轉動的第二出料電機；加料電機、第一出料電機和第二出料電機分別受控于同一控制器控制。
3.根據(jù)權利要求2所述的高精度配料設備，其特征在于第一出料電機和第二出料電機分別通過各自的變頻器與控制器控制連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的高精度配料設備，其特征在于在第一計量斗和第二計量斗上分別設置有各自的重量傳感器、伸縮機構和砝碼；重量傳感器用于支撐各自的計量斗和出料皮帶；伸縮機構用于連接各自的計量斗及其砝碼。
5.一種如權利要求1所述高精度配料設備的控制方法，其特征在于，包括以下步驟在用第一計量斗通過第一出料皮帶配料時，加料皮帶反轉，給第二計量斗加料，并進行稱重; 在用第二計量斗通過第二出料皮帶配料時，加料皮帶正轉，給第一計量斗加料，并進行稱重；輪換交替進行配料和加料。
6.根據(jù)權利要求5所述的高精度配料設備的控制方法，其特征在于在加料皮帶轉動給相應的計量斗加料時，通過判斷是否到達加料時間來停止加料皮帶轉動。
7.根據(jù)權利要求5所述的高精度配料設備的控制方法，其特征在于在加料皮帶轉動給相應的計量斗加料時，通過判斷相應計量斗的重量是否達到上限來停止加料皮帶轉動。
8.根據(jù)權利要求5所述的高精度配料設備的控制方法，其特征在于在配料后計算相應計量斗的流量及誤差，啟動與出料電機相連接的變頻器控制其出料皮帶轉動的快慢，并通過判斷相應計量斗的重量是否達到下限來停止其變頻器。
9.根據(jù)權利要求8所述的高精度配料設備的控制方法，其特征在于在變頻器的運行過程中，包括采用PID控制器調節(jié)累計誤差。
10.根據(jù)權利要求8所述的高精度配料設備的控制方法，其特征在于在加料皮帶停止轉動后記錄一次相應計量斗的重量；在變頻器停止后再記錄一次相應計量斗的重量；核算兩次記錄的誤差和累積量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度配料設備及其控制方法，該設備包括加料皮帶、分別設置在加料皮帶兩端下方的第一計量斗和第二計量斗、以及設置在第一計量斗下的第一出料皮帶和設置在第二計量斗下的第二出料皮帶；加料皮帶可在正反兩個方向上轉動，用于在其中一個計量斗及其出料皮帶用于配料時，對另一個計量斗進行加料。由于在可正反轉的加料皮帶兩端下方分別設置了計量斗和出料皮帶，當給其中一端的計量斗加料時，可用另一端的出料皮帶配料，如此輪換，既有較高的計量準確性和穩(wěn)定性，又可保證配料的連續(xù)性均勻性，同時具有在線標定功能，可在不停機情況下發(fā)現(xiàn)并修正誤差，單臺配料量程范圍寬，物料及環(huán)境適應能力強。
文檔編號B01F3/18GK102389742SQ20111023439
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權日2011年8月16日
發(fā)明者段愛勤 申請人:段愛勤