一种高精度配料设备及其控制方法

摘要

本发明公开了一种高精度配料设备及其控制方法，该设备包括加料皮带、分别设置在加料皮带两端下方的第一计量斗和第二计量斗、以及设置在第一计量斗下的第一出料皮带和设置在第二计量斗下的第二出料皮带；加料皮带可在正反两个方向上转动，用于在其中一个计量斗及其出料皮带用于配料时，对另一个计量斗进行加料。由于在可正反转的加料皮带两端下方分别设置了计量斗和出料皮带，当给其中一端的计量斗加料时，可用另一端的出料皮带配料，如此轮换，既有较高的计量准确性和稳定性，又可保证配料的连续性均匀性，同时具有在线标定功能，可在不停机情况下发现并修正误差，单台配料量程范围宽，物料及环境适应能力强。

权利要求

1.一种高精度配料设备，包括加料皮带、计量斗和出料皮带；其特征在于：所述计量斗包括分别设置在加料皮带两端下方的第一计量斗和第二计量斗；所述出料皮带包括设置在第一计量斗下的第一出料皮带和设置在第二计量斗下的第二出料皮带；在第一计量斗和第二计量斗上分别设置有各自的重量传感器、伸缩机构和砝码，重量传感器用于支撑各自的计量斗和出料皮带，伸缩机构用于连接各自的计量斗及其砝码；在加料皮带上设置驱动加料皮带转动的加料电机，在第一出料皮带上设置带驱动第一出料皮带转动的第一出料电机，在第二出料皮带上设置驱动第二出料皮带转动的第二出料电机，加料电机、第一出料电机和第二出料电机分别受控于同一控制器控制，第一出料电机和第二出料电机分别通过各自的变频器与控制器控制连接；所述加料皮带受控可在正反两个方向上转动，用于在其中一个计量斗及其出料皮带进行配料时，对另一个计量斗进行加料和称重。

2.一种如权利要求1所述高精度配料设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在用第一计量斗通过第一出料皮带配料时，加料皮带反转，给第二计量斗加料，并进行称重；

在用第二计量斗通过第二出料皮带配料时，加料皮带正转，给第一计量斗加料，并进行称重；轮换交替进行配料和加料。

3.根据权利要求2所述的高精度配料设备的控制方法，其特征在于：在加料皮带转动给相应的计量斗加料时，通过判断是否到达加料时间来停止加料皮带转动。

4.根据权利要求2所述的高精度配料设备的控制方法，其特征在于：在加料皮带转动给相应的计量斗加料时，通过判断相应计量斗的重量是否达到上限来停止加料皮带转动。

5.根据权利要求2所述的高精度配料设备的控制方法，其特征在于：在配料后计算相应计量斗的流量及误差，启动与出料电机相连接的变频器控制其出料皮带转动的快慢，并通过判断相应计量斗的重量是否达到下限来停止其变频器。

6.根据权利要求5所述的高精度配料设备的控制方法，其特征在于：在变频器的运行过程中，包括采用PID控制器调节累计误差。

7.根据权利要求5所述的高精度配料设备的控制方法，其特征在于：在加料皮带停止转动后记录一次相应计量斗的重量；在变频器停止后再记录一次相应计量斗的重量；核算两次记录的误差和累积量。

说明书

一种高精度配料设备及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固体粉末或颗粒物质的称重和配料设备及其配料方法领域，更具体的说，改进涉及的是一种高精度配料设备及其控制方法。

背景技术

[0002] 目前，在固体粉末或颗粒物质的称重和配料行业普遍使用四种设备：单斗定量秤、电子皮带配料秤、螺旋秤和失重秤。

[0003] 单斗定量秤是利用传感器将重量信号传递到仪表当中，当重量达到设定值时，加料门关闭，停止加料，然后开启放料门放料。由于结构简单，单斗定量秤的精确度和稳定性较好，环境粉尘及粘料可以通过去皮解决，环境适应能力也比较好；但是，单斗定量秤是断续配料装置无法实现连续放料，与其它物料混合往往需要搅拌，而特性和比例差异比较大的物料在短时间内很难搅拌均匀，影响生产效率。另外其标定只能在生产停止状态下进行。

[0004] 电子皮带配料秤是一种连续配料设备，其的原理是在皮带下面安装一个秤重传感器和一个速度传感器，在皮带运转中测量某段皮带长度上物料的瞬时重量以及同一时刻皮带的行程或皮带的速度；通过积分算法或累加算法，得出物料流量和累积流量，因物料的重量是通过皮带及其下方的拖辊传递给称重传感器的，皮带的张力会随皮带运动速度、皮带跑偏、滚筒粘料、皮带粘料、料仓压力、环境温度以及机械加工精度等影响呈现不同非线性变化，造成计量精度和稳定性差；配料量程范围窄，环境适应能力差，实际使用中计量精度在±1%左右。并经常需要标定以发现并修正误差，另外电子皮带配料秤是一种连续配料设备，在实际生产过程中无法中途停下来标定；造成生产中无法及时发现并修正误差，容易造成大批量产品不合格。因此主要应用在对配料精度要求不高的场所。

[0005] 螺旋秤的原理跟电子皮带配料秤的原理基本相同，只是将皮带输送改成了螺旋输送，其同样需要重量传感器和速度传感器检测螺旋内物料的重量和螺旋转速，通过积分算法或累加算法，得出物料流量和累积流量，但是受仓压、物料性质变化、螺旋间隙串料、螺旋内部粘料、料流租力等影响，物料流速V和螺旋转数N不能保持恒定比例关系，从而会产生明显计量误差，甚至有时候会超出使用要求；计量精度在±2。0%左右。配料量程范围窄，环境适应能力差，因螺旋秤也是一种连续配料设备，在实际生产过程中也无法中途停下来标定，容易造成产品质量事故。

[0006] 失重秤也叫减量秤，一般由进料闸门，称重料斗，出料装置构成。失重秤的结构实际上是在单斗计量秤的基础上改进的，其与单斗计量秤的本质区别是将称重料斗下方的放料门更换成了由电机驱动的连续出料装置，可由控制器控制电机转动速度来控制下料速率。因此其具有单斗计量秤的优点：计量精度和稳定性好，环境适应能力强。其工作过程原理是：进料闸门打开给称重料斗加料，当重量达到设定值后进料闸门关闭，出料装置开始运行，将物料从称重料斗内推出，计量装置检测到称重料斗内物料重量和减少速率，计算出物料下料流量，并与设定流量对比进行PID调节并调整出料装置转速，使实际检测流量与设定流量一致。当称重料斗内重量下降到小于下限值时，进料闸门再次打开给称重料斗加料，此时因称重料斗内进料和出料同时进行，控制器无法准确计算到实际出料量，因此也无法准确控制电机转速，此时系统配料处于盲区和失控状态，市场上现有失重秤解决盲区问题的折中办法是采集进料闸门打开前出料装置电机转动频率，并用此固定频率控制出料装置电机转速，直到称重料斗加料过程结束，若加料时间过长会造成失重秤长时间工作在盲区；若在盲区发生断料和堵料现象，则设备无法识别，失去准确性；而当配料流量大时需要相应制作庞大的料仓和称重斗并选用大量程的称重传感器，以减少设备工作在盲区的时间，但这样会产生新的问题，当实际生产中需要将配方由大流量更改到很小流量小时，由于称重斗选用了大量程称重传感器，灵敏度又会显得不够高，影响小流量配料时的准确性，难以适应宽量程配料需要，另外称重料斗工作始终处于进料或出料状态，在实际生产过程中也无法中途停下来标定，容易造成批量产品质量事故。

[0007] 因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于，提供一种高精度配料设备及其控制方法，既有较高的计量准确性和稳定性，又可保证配料的连续性均匀性。

[0009] 本发明的另一个目的在于，具有在线标定功能，可在不停机情况下发现并修正误差，单台配料量程范围宽，物料及环境适应能力强。

[0010] 本发明的技术方案如下：一种高精度配料设备，包括加料皮带、计量斗和出料皮带；其中：所述计量斗包括分别设置在加料皮带两端的第一计量斗和第二计量斗；所述出料皮带包括设置在第一计量斗下的第一出料皮带和设置在第二计量斗下的第二出料皮带；在第一计量斗和第二计量斗上分别设置有各自的重量传感器、伸缩机构和砝码，重量传感器用于支撑各自的计量斗和出料皮带，伸缩机构用于连接各自的计量斗及其砝码；在加料皮带上设置驱动加料皮带转动的加料电机，在第一出料皮带上设置带驱动第一出料皮带转动的第一出料电机，在第二出料皮带上设置驱动第二出料皮带转动的第二出料电机，加料电机、第一出料电机和第二出料电机分别受控于同一控制器控制，第一出料电机和第二出料电机分别通过各自的变频器与控制器控制连接；所述加料皮带受控可在正反两个方向上转动，用于在其中一个计量斗及其出料皮带进行配料时，对另一个计量斗进行加料和称重。

[0011] 一种如上述高精度配料设备的控制方法，其中，包括以下步骤：在用第一计量斗通过第一出料皮带配料的过程中，加料皮带反转，给第二计量斗加料，并进行称重；在用第二计量斗通过第二出料皮带配料的过程中，加料皮带正转，给第一计量斗加料，并进行称重；轮换交替进行配料和加料。

[0012] 所述的高精度配料设备的控制方法，其中：在加料皮带转动给相应的计量斗加料时，通过判断是否到达加料时间来停止加料皮带转动。

[0013] 所述的高精度配料设备的控制方法，其中：在加料皮带转动给相应的计量斗加料时，通过判断相应计量斗的重量是否达到上限来停止加料皮带转动。

[0014] 所述的高精度配料设备的控制方法，其中：在配料后计算相应计量斗的流量和误差，启动与出料电机相连接的变频器控制其出料皮带转动的快慢，并通过判断相应计量斗的重量是否达到下限来停止其变频器。

[0015] 所述的高精度配料设备的控制方法，其中：在变频器的运行过程中，包括采用PID控制器调节累计误差。

[0016] 所述的高精度配料设备的控制方法，其中：在加料皮带停止转动后记录一次相应计量斗的重量；在变频器停止后再记录一次相应计量斗的重量；核算两次记录的误差和累积量。

[0017] 本发明所提供的一种高精度配料设备及其控制方法，由于在可正反转的加料皮带两端下方分别设置了计量斗和出料皮带，当加料皮带给其中一端的计量斗加料时，利用另一端的出料皮带进行配料，如此轮换，将静态计量和动态配料有机结合，计量始终以进入和流出计量斗的物料的重量为控制计算依据，不受粘料、腐蚀、皮带跑偏打滑、皮带张力变化等影响，既保证了较高的计量准确性和稳定性，又保证了配料的连续性，具有较强的环境变化和物料变化适应能力。因两计量斗交替轮换进行进料和配料，在保证下料连续无盲区的前提下，当进行大流量配料时两个计量斗可以实现小型化，节约材料和安装空间；同时因计量斗实现小型化，可选用量程较小灵敏度较高的称重传感器，这样就能适应小流量配方的精度需求，可大幅度扩展配料量程范围；两计量斗交替轮换进行进料和配料，也为在线标定功能的实现提供时间和机会，当一侧在配料，另一侧可在加料完成前或加料完成后暂停进行标定，控制器控制伸缩机构将砝码提起或放下，以计量斗重量减少量或增加量与标定砝码重量对比，以此发现误差并修正误差，实现在线标定，实现设备故障诊断，保证产品质量；另外两侧交替进行配料，当一侧计量斗发生故障，另一侧计量斗可替代部分功能，为快速维修争取时间，避免不必要的停机。

附图说明

[0018] 图1是本发明自动化高精度配料设备的结构原理图。

[0019] 图2是本发明高精度配料设备自动化配料控制方法的流程图。

具体实施方式

[0020] 以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

[0021] 本发明的一种高精度配料设备，如图1所示，包括盛装固体粉末或颗粒物质的加料仓101，在加料仓101的出口处设置有加料接口，在加料接口的下方设置加料皮带102，通过加料电机103或加料液压马达驱动加料皮带102转动，并对加料皮带102下方的计量斗进行加料；其中，计量斗包括第一计量斗104和第二计量斗107，分别设置在加料皮带102的两端，加料皮带102正转时可以给第一计量斗104加料，加料皮带102反转时可以给第二计量斗107加料；在第一计量斗104底端设置有第一出料皮带105，可通过第一出料电机106驱动，也可通过第一液压马达驱动，用于配料；同时，在第二计量斗107底端设置有第二出料皮带108，可通过第二出料电机109驱动，也可通过第二液压马达驱动，也用于配料；所述加料皮带102受控可在正反两个方向上转动，用于在其中一个计量斗104(或107)及其出料皮带105(或108)进行配料时，对另一个计量斗107(或104)进行加料；并在加料后对该计量斗107(或104)进行称重。

[0022] 基于上述高精度配料设备，本发明还提出了一种配料控制方法，如图1和2所示，至少包括：在用第一计量斗104通过第一出料皮带105进行配料(即A侧配料)时，加料皮带102反转，给第二计量斗107加料，并进行称重(即记录B侧重量)；在用第二计量斗107通过第二出料皮带108配料(即B侧配料)时，加料皮带102正转，给第一计量斗104加料，并进行称重(即记录A侧重量)；如此轮换交替进行配料和加料。

[0023] 在本发明高精度配料设备及其控制方法的优选实施方式中，如图1所示，以电机驱动皮带转动为例，加料电机103、第一出料电机106和第二出料电机109均与同一控制器117控制连接；在加料电机103驱动加料皮带102正转(或反转)转动给相应的计量斗(例如第二计量斗107)加料时，通过判断是否到达预定的加料时间来停止加料皮带102的转动；和/或在加料电机103驱动加料皮带102正转(或反转)转动给相应的计量斗(例如第二计量斗107)加料时，通过判断相应计量斗(例如第二计量斗107)的重量是否达到设定的上限来停止加料皮带102转动。以避免发生断料和堵料的现象，消除体积配料盲区。

[0024] 较好的是，第一出料电机106通过单独的变频器115与控制器117相连接；第二出料电机109也通过单独的变频器116与同一控制器117相连接；用于在配料后计算相应计量斗的流量和误差，启动相应的变频器控制与其连接的出料电机驱动出料皮带转动的快慢，并通过判断相应计量斗的重量是否达到设定的下限来停止其变频器。以适应配方的大幅度变化，扩大单台配料范围。

[0025] 在相应变频器的运行过程中，还包括采用PID(比例-积分-微分)控制器调节累计误差，以减小配料的累计误差。所谓的PID控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定，用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统；工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值相一致。

[0026] 具体的，如图1所示，在第一计量斗104和第二计量斗107上分别设置有各自的重量传感器110、伸缩机构111和113、以及砝码112和114；重量传感器110用于分别将各自的计量斗104(和107)和出料皮带105(或108)支撑起来，并把重量信号通过有线或无线方式传递给同一控制器117；伸缩机构111(和113)用于分别连接各自的计量斗104(和107)及其砝码112(和114)。

[0027] 由此控制器117可以获得计量斗104(或107)内物料的精确重量，通过I/O点控制加料皮带102正转或反转给两侧的计量斗104或107加料，并通过模拟量输出点D/A或以通讯方式调整相应的变频器115或116转速，从而控制相应计量斗104或107下方出料皮带105或109运行的快慢，动态调整单位时间内下料量和误差，达到精确配料的目的；同时配料设备A侧和B侧相互转换，当A加料时B侧配料，当B侧计量斗内重量减少到一定值后，停止B侧配料，启动A侧配料，以实现连续配料中间不断料目的，并最终实现自动化配料。

[0028] 在加料皮带停止转动后记录一次相应计量斗的重量，在变频器停止后再记录一次相应计量斗的重量，然后核算两次记录的误差和累积量；通过PID控制器对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值相一致。

[0029] 与现有技术中的配料设备及其控制方法相比，本发明所提供的一种高精度配料设备及其控制方法，由于在可正反转的加料皮带两端下方分别设置了计量斗和出料皮带，当加料皮带给其中一端的计量斗加料时，利用另一端的出料皮带进行配料，如此轮换，将静态计量和动态配料有机结合，计量始终以进入和流出计量斗的物料的重量为控制计算依据，不受粘料、腐蚀、皮带跑偏打滑、皮带张力变化等影响，既保证了较高的计量准确性和稳定性，又保证了配料的连续性，具有较强的环境变化和物料变化适应能力。因两计量斗交替轮换进行进料和配料，在保证下料连续无盲区的前提下，当进行大流量配料时两个计量斗可以实现小型化，节约材料和安装空间；同时因计量斗实现小型化，可选用量程较小灵敏度较高的称重传感器，这样就能适应小流量配方的精度需求，可大幅度扩展配料量程范围；两计量斗交替轮换进行进料和配料，也为在线标定功能的实现提供时间和机会，当一侧在配料，另一侧可在加料完成前或加料完成后暂停进行标定，控制器控制伸缩机构将砝码提起或放下，以计量斗重量减少量或增加量与标定砝码重量对比，以此发现误差并修正误差，实现在线标定，实现设备故障诊断，保证产品质量；另外两侧交替进行配料，当一侧计量斗发生故障，另一侧计量斗可替代部分功能，为快速维修争取时间，避免不必要的停机。

[0030] 由于本发明的高精度配料设备有机结合了静态计量和动态配料的特点，实现了较高的计量精度和配料精度，故又称静动秤；如下表所示，为本发明静动秤与四种现有技术中的配料设备在各个问题方面的比较结果：

[0031]

[0032] 有上表可知，本发明的静动秤最大优点在于，既有较高的计量准确性和稳定性，又可保证配料的连续性均匀性，同时具有在线标定功能，可在不停机情况下发现并修正误差，单台配料量程范围宽，物料及环境适应能力强。

[0033] 应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如：出料皮带105和出料皮带108可以更换为螺旋方式下料，二加料皮带103可改用两个闸门或两个喂料机的方式，以分别给A侧和B侧计量斗加料，伸缩机构111和113可以是汽缸、油缸、电动推杆、电动升降装置等，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。