智能柱式料斗混合机的控制方法

摘要

本发明公开了一种智能柱式料斗混合机的控制方法，通过控制装置控制料斗混合机的工作；所述控制装置包括PLC，PLC连接有触摸屏、微型打印机、光电开关传感器及模数转换模块，模数转换模块与激光位移传感器及数模转换模块连接，数模转换模块与变频器连接，变频器与智能柱式料斗混合机的混合电机连接。本发明自动化程度高、测控系统结构合理且智能化程度高。

权利要求

1.一种智能柱式料斗混合机的控制方法，其特征是：通过控制装置控制料斗混合机的工作；所述控制装置包括PLC，PLC连接有触摸屏、微型打印机、光电开关传感器及模数转换模块，模数转换模块与激光位移传感器及数模转换模块连接，数模转换模块与变频器连接，变频器与智能柱式料斗混合机的混合电机连接；

在混合机传动机构的罩壳上，安装有料斗位置光电开关传感器和二个激光位移传感器；PLC通过在传动机构罩壳上的光电开关传感器对回转框架上的固定点位检测，一旦检测到该固定点位，此时料斗处于垂直位置，同时读取在传动机构罩壳上的二个激光位移传感器的测长值，用来判断料斗位置是否正常，若料斗意外移位，PLC控制混合电机立刻停止混合作业；

混合机回转框架的速度为周期性“加速--恒速--减速”运动，且在加速、恒速后进行二次曲线的运动和恒速的重复过程，再由恒速过程减速，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动；混合机回转框架的速度曲线：加速的形式曲线表达式：V＝a*t，其中，a为加速度系数；

恒速的形式曲线表达式：V＝20；20为最高恒速度值；

二次曲线速度的形式曲线表达式：V＝d*(t-b)2+c；

公式中，d为加减速度系数，b为周期性二次曲线的偏移量值，c为循环速度的最低值；

减速的形式曲线表达式：V＝-a*t，其中，-a为减速度系数；

上述表达式中，t的单位为分钟，V的单位为转/分钟；

所述料斗混合机包括立柱，立柱的底部设置底座，立柱的顶部设置顶部支撑，在立柱上装混合机传动机构，混合机传动机构上设置罩壳；混合机传动机构带动混合机料斗机构旋转；

所述混合机传动机构包括混合电机，混合电机通过减速装置与小齿轮连接，小齿轮驱动外齿型回转轴承回转，回转轴承动圈与混合机料斗机构上的回转轴承连接件紧固连接；

所述混合机料斗机构包括混合料斗通过料斗夹持叉架夹持在回转框架内；回转框架上装回转轴承连接件；混合料斗为方锥形料斗；

混合电机通过减速装置、小齿轮驱动外齿型回转轴承回转，回转轴承动圈与回转轴承连接件紧固连接，带动回转框架旋转；回转框架旋转带动混合料斗进行混合作业。

2.根据权利要求1所述的智能柱式料斗混合机的控制方法，其特征是：方锥形料斗的方锥高比为0.618:1。

3.根据权利要求1或2所述的智能柱式料斗混合机的控制方法，其特征是：方锥形料斗轴线与回转框架轴线成36°夹角。

说明书

智能柱式料斗混合机的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种料斗混合机的控制方法。

背景技术

[0002] 在制药工业生产中，凡涉及到粉体类药物，离不开混合设备。国内应用于制药工业的混合设备品种繁多，主要有一维、二维、三维运动混合机以及V 型、双重圆锥等混合机。然而，应用于制药行业这一特殊领域的混合设备既要能达到混合均匀度，又要能快速高效完成混合，同时能有效控制粉尘、方便清洗、消毒和灭菌。前面提及的众多混合设备或多或少总有一些缺陷，难以完全满足这些要求，而柱式料斗混合机，主要用于制药工业中固体颗粒、粉末等物料的混合，采用方锥形料斗，实现混合物的三维运动，具有混合效果好、装卸方便、容易清洗和消毒等特点，因而成为制药行业的主流设备。而注入智能控制算法，实现料斗回转框架的速度曲线控制，料斗回转框架实现变加速运动，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动，不但能提高混合均匀度，而且能快速高效完成混合。智能柱式料斗混合机专利的保护，有利于形成自主知识产权，完善制药设备行业在柱式料斗混合机生产方面的核心技术，提升制药设备行业在该产品方面的技术水准，同时也对国内料斗混合机智能化水平具有很好的导向意义。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种工作性能好的智能柱式料斗混合机的控制方法。

[0004] 本发明的技术解决方案是：

[0005] 一种智能柱式料斗混合机的控制方法，其特征是：通过控制装置控制料斗混合机的工作；所述控制装置包括PLC，PLC连接有触摸屏、微型打印机、光电开关传感器及模数转换模块，模数转换模块与激光位移传感器及数模转换模块连接，数模转换模块与变频器连接，变频器与智能柱式料斗混合机的混合电机连接；

[0006] 在混合机传动机构的罩壳上，安装有料斗位置光电开关传感器和二个激光位移传感器；PLC通过在传动机构罩壳上的光电开关传感器对回转框架上的固定点位检测，一旦检测到该固定点位，此时料斗处于垂直位置，同时读取在传动罩壳上的二个激光位移传感器的测长值，用来判断料斗位置是否正常，若料斗意外移位，PLC控制混合电机立刻停止混合作业；

[0007] 混合机回转框架的速度为周期性“加速--恒速--减速”运动，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动；混合机回转框架的速度曲线：

[0008] 加速的形式曲线表达式：V=a*t，其中，a为加速度系数；

[0009] 恒速的形式曲线表达式：V=20；20为最高恒速度值；

[0010] 二次曲线速度的形式曲线表达式：V=d*(t-b)2+c；

[0011] 公式中，d为加减速度系数，b为周期性二次曲线的偏移量值，c为循环速度的最低值；

[0012] 减速的形式曲线表达式：V=-a*t，其中，-a为减速度系数；

[0013] 所述料斗混合机包括立柱，立柱的底部设置底座，立柱的顶部设置顶部支撑，在立柱上装混合机传动机构，混合机传动机构上设置罩壳；混合机传动机构带动混合机料斗机构旋转；

[0014] 所述混合机传动机构包括混合电机，混合电机通过减速装置与小齿轮连接，小齿轮驱动外齿型回转轴承回转，回转轴承动圈与混合机料斗机构上的回转轴承连接件紧固连接；

[0015] 所述混合机料斗机构包括混合机料斗通过料斗夹持叉架夹持在回转框架内；回转框架上装回转轴承连接件；混合料斗为方锥形料斗；

[0016] 混合电机通过减速装置、小齿轮驱动回转轴承回转，回转轴承动圈与回转轴承连接件紧固连接，带动回转框架旋转；回转框架旋转带动混合料斗进行混合作业。

[0017] 方锥形料斗的方锥高比为0.618:1。

[0018] 方锥形料斗轴线与回转框架轴线成36°夹角。

[0019] 本发明通过智能控制算法，实现料斗回转框架的速度曲线控制，料斗回转框架实现周期性“加速-恒速-减速”运动，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动，不但能提高混合均匀度，而且能快速高效完成混合。针对料斗中不同固体颗粒、不同粉末的混合比例，智能选取混合时间和速度参数。在柱式料斗混合机的传动罩壳上，安装有料斗位置光电开关传感器和2个激光位移传感器。PLC通过在传动罩壳上的光电开关对回转框架上的固定点位检测，一旦检测到该固定点位（料斗处于垂直位置），同时读取在传动罩壳上的2个激光位移传感器的测长值，用来判断混合料斗位置是否正常；若料斗意外移位，PLC控制混合电机立刻停止混合作业，确保设备、产品、人员的安全。一旦设定的混合时间到，PLC通过在传动罩壳上的光电开关传感器对回转框架上的固定点位检测及慢速寻位控制，确保料斗处于垂直位置时，混合电机及回转框架停止，方便混合料斗装御和搬运。

[0020] 本发明自动化程度高、测控系统结构合理且智能化程度高。

附图说明

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0022] 图1为本发明的混合料斗及传动机构示意图。

[0023] 混合料斗及传动机构由混合电机1、减速装置2、小齿轮3、回转轴承（外齿型）4、回转轴承动圈5、传动罩壳6、回转轴承连接件7、回转框架8、光电开关探测点9、混合料斗10、料斗夹持叉架11和16、锁紧手轮12和14、保险手轮13和15等组成。PLC控制器经变频器控制混合电机1旋转，经减速装置2、小齿轮3和回转轴承4带动回转轴承动圈5的旋转。回转轴承动圈5与回转轴承连接件7紧固连接，带动回转框架8旋转，回转框架8与混合料斗10紧固连接，从而驱动混合料斗10旋转。

[0024] 图2为本发明的智能控制装置结构图。智能控制装置有PLC1、触摸屏22、微型打印机23、光电开关传感器24、激光位移传感器25、模数（A/D）转换模块26、数模（D/A）转换模块27、变频器28、混合电机1等组成，智能控制算法及32组混合时间和速度参数存在PLC控制器中。

[0025] 图3为本发明的混合机回转框架的速度曲线。

[0026] 横轴为时间轴（t，分钟min），纵轴为速度轴（V，转/分钟rpm）。混合机回转框架的速度为周期性“加速--恒速--减速”运动。加速31、恒速32、二次曲线速度33、减速34。

[0027] 图4为本发明的料斗混合机立柱机构示意图。

[0028] 有立柱底座41、顶部支撑42、立柱43、传动机构及罩壳6、回转轴承动圈5、光电开关44、激光位移传感器25。

具体实施方式

[0029] 一种智能柱式料斗混合机的控制方法，通过控制装置控制料斗混合机的工作；所述控制装置包括PLC，PLC连接有触摸屏、微型打印机、光电开关传感器及模数转换模块，模数转换模块与激光位移传感器及数模转换模块连接，数模转换模块与变频器连接，变频器与智能柱式料斗混合机的混合电机连接，智能控制算法及32组混合时间和速度参数存在PLC控制器中；

[0030] 料斗混合机，包括混合料斗及传动机构（图1所示）、柱式料斗混合机立柱及提升机构等组成。提升机构可以采用丝杆等形式。

[0031] 立柱的底部设置底座，立柱的顶部设置顶部支撑，在立柱上装混合机传动机构，混合机传动机构上设置罩壳；混合机传动机构带动混合机料斗机构旋转。

[0032] 混合机的传动机构（图1所示）有混合电机1、减速装置2、小齿轮3、回转轴承（外齿型）4、回转轴承动圈5、传动罩壳6等组成。采用回转轴承支撑，承载能力大，能支撑大容积混合设备的旋转工况，克服传统的滚珠轴承支撑，承载能力小的缺陷。回转轴承可以承受径向载荷、轴向载荷以及倾覆力矩的共同作用，混合传动系统选用回转轴承支撑，可满足混合设备的旋转工况，结构具承载能力大、结构简单的优点。混合电机1通过减速装置2、小齿轮3驱动回转轴承（外齿型）4回转，回转轴承动圈5与回转轴承连接件7紧固连接，带动回转框架8旋转。

[0033] 混合机料斗机构（图1所示）有回转轴承连接件7、回转框架8、光电开关探测点9、混合料斗10、料斗夹持叉架11和16、锁紧手轮12和14、保险手轮13和15等组成。料斗夹持机构三重保护，料斗夹持叉架（11、16）定位、正螺纹螺栓（12、14）锁紧、反螺纹螺栓（13、15）保持。大容积混合机由于一批次处理的物料量大、混合载荷大、转动惯量大，这就要求混合料斗的夹持机构必须可靠。混合料斗通过料斗夹持叉架和锁紧手轮（正螺纹）被夹持在回转框架内，锁紧手轮外端再设置一保险手轮（反螺纹），确保夹持可靠。采用料斗动态模型结构优化，方锥形料斗的方锥高比为0.618:1，方锥形料斗轴线与回转框架轴线成36°夹角，回转框架旋转时，物料在方锥形料斗内作环向、径向和轴向的三维复合运动，物料除随料斗回转上下翻动外，同时沿料斗壁方向做切向运动，并以旋转流动、平移和颠倒落体等复杂运动对物料产生相互流动、扩散和混合，使物料达到充分混合。使每个质点运动轨迹复杂而各异，随时改变所处的位置，使得混合均匀度提高。混合电机通过减速装置、小齿轮驱动回转轴承（外齿型）回转，安装于回转轴承动圈上的回转框架带动混合料斗进行混合作业。

[0034] 智能控制装置（图2所示）有PLC21、触摸屏22、微型打印机23、光电开关传感器24、激光位移传感器25、模数（A/D）转换模块26、数模（D/A）转换模块27、变频器28、混合电机1等组成，智能控制算法及混合时间和速度参数存在PLC控制器中。PLC控制器通过变频器控制混合电机旋转。

[0035] 混合料斗回转框架的速度曲线（图3所示），横轴为时间轴（t，分钟min），纵轴为速度轴（V，转/分钟rpm）。混合机回转框架的速度为周期性“加速--恒速--减速”运动。加速31、恒速32、二次曲线速度33、减速34。

[0036] 混合机回转框架的速度为周期性“加速--恒速--减速”运动，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动；混合机回转框架的速度曲线：

[0037] 加速的形式曲线表达式：V=a*t，其中，a为加速度系数；

[0038] 恒速的形式曲线表达式：V=20；20为最高恒速度值；

[0039] 二次曲线速度的形式曲线表达式：V=d*(t-b)2+c；

[0040] 公式中，d为加减速度系数，b为周期性二次曲线的偏移量值，c为循环速度的最低值；

[0041] 减速的形式曲线表达式：V=-a*t，其中，-a为减速度系数。

[0042] 智能控制装置主要功能（：1）PLC经变频器对回转框架的速度曲线控制（图3所示）；料斗回转框架实现周期性“加速--恒速--减速”运动，使料斗混合物在原三维运动基础上形成高维运动。智能柱式料斗混合机，不仅能提高混合均匀度，而且能有效缩短了混合时间；
（2）PLC控制器中存有32组参数，针对不同固体颗粒、不同粉末的混合比例，智能选取混合时间和速度参数；（3）在柱式料斗混合机的传动罩壳上，安装有料斗位置光电开关传感器和2个激光位移传感器。PLC通过在传动罩壳上的光电开关传感器对回转框架上的固定点位检测，一旦检测到该固定点位（料斗处于垂直位置），同时读取在传动罩壳上的2个激光位移传感器的测长值，用来判断料斗位置是否正常，若料斗意外移位，PLC控制混合电机立刻停止混合作业，确保设备、产品、人员的安全。（4）一旦设定的混合时间到，PLC通过对在传动罩壳上的光电开关传感器对回转框架上的固定点位检测及慢速寻位控制，确保料斗处于垂直位置时，混合电机及回转框架停止，方便混合料斗装御和搬运。