螺杆式多组份物料配料方法技术

本发明专利技术公开了螺杆式多组份物料配料方法，控制器通过控制螺旋输送器的运转和实时读取称重模块的传感数据，分别进行各组份物料的下料标定，对其下料的空中量进行迭代预测；还通过调节进料泵的转速使得下料仓的料位控制在一较小范围内；并基于累积下料量与配方数据的对比对螺旋输送器的关闭时间进行动态调节。各组份物料依次下料，在检测到混料斗中的物料达到设定值时，将物料混合均匀后打开推板，排出混合料。本发明专利技术采用距离传感器、振动杆及分料器来减小下料过程中物料分布和冲击的变化，加快迭代预测收敛速度，在保证精度的同时获得了较高的下料速度，且适用于小批量的快速配料。

Screw type multi component material batching method

The invention discloses a screw type multi-component material blending method, controlled by the controller of the screw conveyor operation and real-time read sensor data weighing module, respectively, a material feeding calibration, iterative prediction of the amount of air feeding; by adjusting the feeding speed of the pump under the material level in a small range; and dynamically adjust the contrast material quantity and the accumulation of data under the formula based on the closing time of screw conveyor. The material of each component is in turn, and when the material in the mixer reaches the set value, the material is mixed evenly and then the push plate is opened to discharge the mixture. The invention adopts distance sensor, vibrating rod and distributor to reduce the change of material distribution and impact during cutting process, accelerate the iterative prediction speed of convergence, ensure higher accuracy while obtaining higher cutting speed, and is suitable for small batch quick batching.

【技术实现步骤摘要】
螺杆式多组份物料配料方法
本专利技术涉及定量配料领域，具体涉及一种螺杆式多组份物料配料方法。
技术介绍
在工农业制造和商品包装中，有大量的粉粒物料，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、轻甲基纤维素、聚丙烯睛、环氧树脂粉末涂料等化工原料，石英砂、水泥等建材原料，洗衣粉等日用化工产品，小米、大豆等谷物豆类农产品，或粉、渣、粒状加工食品，饲料、化肥、农药等农业生产物料，以及粉粒状的保健品、中西药剂、调味品等均需要自动定量包装或者配料制造。目前我国有很多企业仍然采用手工定量配料或者包装，一方面劳动强度大，速率慢，经济效益差；另一方面，食品、药品等手工定量往往不能满足卫生要求，有毒有害的物料，人工参与定量容易对人体造成伤害。因此对生产企业来说，急需提供成本较低但具有较高速率和准确度的多组份自动定量下料配料设备，满足大量的物料定量包装或者配料制造要求。目前国内外粉粒物料自动定量配料下料常用方法有两种，容积式和称重式。容积式定量依据物料容积进行计量充填或者投料，定量投料迅速，但定量物料质量受到物料密度变化而变化。为提高下料精度，出现了多种调节方法，如申请号为201320001933.3的中国专利，对螺杆采用变频调速，在接近目标值逐渐减慢喂料速度，减少空中落差值；申请号为201310234280.8的中国专利，在纯碱包装机三速变频给料工艺中采用大小螺杆分多阶段下料；申请号为200920248298.2的中国专利考虑到快速下料时难以控制定量而通过先快后慢的方法来减小供料落差的影响；这些非称重式方案的下料终值只能接近期望值，准确度不高。称重式定量依据所设定的物料一次量进行计量充填或者投料，需要在下料过程中不断称重，根据称重结果反馈控制下料量，由于称重受到下料冲击和空中滞后物料影响较大，组份下料速度和精度都面临很多困难。为了补偿空中物料对计量精度的干扰，很多方案采用提前关闭阀门的技术，如申请号为201410230888.8的中国专利将配料称重过程划分为三个阶段，并在最后一个阶段采用迭代学习控制方式来计算关闭提前控制量，但该方案仅能提高学习完成后的下料精度，在学习过程中的累积下料精度则无法保证。
技术实现思路
单纯的螺杆式送料器属于容积式定量范畴，容积式定量充填基于容积来计量充填物料的数量，其结构简单，成本低，但定量充填速度稳定性及精度依赖于物料视比重的稳定性，受物料松散程度、颗粒均匀程度、吸湿性等物理化学性质的影响较大。从原理上来看，目前容积式定量充填可以分为控制充填物料的流量或时间、以及用相同的计量容器量取物料这两种类型。前者常采用控制振动给料机的振动时间或控制螺旋充填机的旋转时间实现定量充填；后者用量杯、量筒或柱塞的定量充填机等。不管采用那一种容积式定量充填，都有一个共同的问题，就是要尽量使物料的视比重稳定。由于普通容积式本质上是换算式的，无法像称重式一样掌握下料的确切质量，后来虽然出现了结合称重的方案，但由于没有空中量预测而只能依靠下料最后阶段极低的送料速度来保证精度。为此，本专利技术专利在将动态称重检测与螺杆送料器结合的同时，对下料过程进行改进，减小物料料仓内密实度和物料空中落差的变化，并通过在迭代预测中将当前误差和累积误差作为被控量，动态调整下料过程中螺旋输送器停止时间和最后一阶段的运转速度，从而在保证精度的同时获得了较高的平均运转速度，避免了一般螺杆式下料方法在最后阶段运转特别慢的问题。本专利技术的技术解决方案是，提供一种螺杆式多组份物料配料方法，其包括以下步骤：S1、根据一次量和各配方比例，确定各组份的一次下料量Ws，给各组份的累积下料误差E赋初始值0；将当前组份设定为第一种组份；S2、对当前组份从下料仓开始下料，控制器读取支撑计量斗的称重模块的传感值，记录计量斗的初始重量G0，起动螺旋输送器并以μ·amax加速度加速，当速度达到vH＝λ·vR时保持速度不变，记录起动时刻为t0；其中，amax为螺旋输送器的螺杆额定最大加速度，vR为最大速度，μ为(0.5～0.9)之间的加速度系数，λ为(0.85～1.0)之间的速度系数；S3、当检测到计量斗重量达到(G0+Ws-Wa-0.5·λ·d·ts)时，开始关闭螺旋输送器并以μ·amax加速度开始减速，直至停止；其中，Wa为空中量预测值，d为螺杆以最大速度运转时螺旋输送器的下料速率，ts为从开始减速时刻至停止时刻之间的时间长度，ts＝λ·vR/μ·amax；S4、等待物料完全下落至计量斗，读取称重模块的传感值，获得当前实际下料量Wr，计算本次下料误差e＝Wr-Ws；S5、更新累积下料误差E′＝E+e，计算空中量预测值Wa′＝Wa+(αe+βE′)，其中，α和β分别为区间(0，1)的迭代系数且有α+β＝1；S6、迭代，令E＝E′，Wa＝Wa′，为本组份的下一次下料准备；S7、更换下料组份，如果全部组份下料完毕，则转下一步，否则，转至步骤S2；S8、打开计量斗底部的落料阀，使得多组份物料组成的一次配方量物料落入混料斗，读取混料斗中料位传感器的状态，若检测到料位超过设定阈值，则命令混料斗中混料器旋转搅拌，将多组份物料混合均匀后，打开混料斗底部的推板，将混合物料从输料管输出；S9、如果预设下料批次已经完成，则结束下料；否则，将组份设定为第一种组份，转步骤S2。作为优选，所述步骤S1之前，还有以下步骤：T1、通过离线实验，对称重模块和下料仓内的距离传感器进行标定；T2、通过控制器的触摸屏进行参数设置，包括一次量、配方表、批量值、下料速率标定的时长Tb与重复次数、稳定称重延时Td；T3、对各组份进行下料标定：从0时刻开始按匀加速-恒速-匀减速的调速曲线运转螺旋输送器一定时长Tb，在关闭螺旋输送器Tb时刻及称重稳定后的Tb+Td时刻，分别读取并记录称重模块的重量值Wcb和Wdb；重复多次后，计算本组份的下料速率d及空中量初始值Wa＝AVG(Wdb-Wcb)。作为优选，还包括以下步骤：步骤S1还包括：按各组份一次下料量Ws的值从大到小排序，确定各组份的下料次序；步骤S3还包括：当时间t≥t0+0.85Ws/d时，控制器禁止除安全响应之外的所有外部中断；步骤S8还包括：混料器间断地多次旋转一个小扇角，再次读取料位传感器的状态，若仍然料位超过设定阈值，才进行混料搅拌。作为优选，还包括以下步骤：旋转位于下料仓中近机架中心的顶角上的距离传感器来检测物料面分布，并通过称重模块对下料速率进行实时跟踪，当发现下料仓物料面分布超出设定范围，或者发现单位时间下料速率波动超过设定阈值如5％后，控制器命令固定于机架且靠近下料仓侧壁的振动杆动作，调整下料仓内的物料堆积形态。作为优选，所述下料仓上方设有储料仓和进料泵，所述进料泵为螺杆式进料泵，其后端进料管的出口有一个物料喷头，所述物料喷头为球冠形，其表面分布有圆形小孔，所述进料泵转速按如下式进行控制：其中，V进0为一设定最大进料速度，l为下料仓当前料位，LM和Lm分别为所预设的最高、最低下料仓料位。作为优选，在计量斗的上部设一个分料器，所述分料器呈上部为圆锥体下部为压扁的锥体结构的沙漏形分料器，其上部为开口形，下部则仅在长度方向的两端有斜坡形喷嘴；所述计量斗面向所述喷嘴的方向上分布有错落的球冠状分料凸起，下料时物料经分料器喷嘴和分料凸起落入计量斗中的料堆。作为优选，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
螺杆式多组份物料配料方法，其包括以下步骤：S1、根据一次量和各配方比例，确定各组份的一次下料量Ws，给各组份的累积下料误差E赋初始值0；将当前组份设定为第一种组份；S2、对当前组份从下料仓开始下料，控制器读取支撑计量斗的称重模块的传感值，记录计量斗的初始重量G0，起动螺旋输送器并以μ·amax加速度加速，当速度达到vH＝λ·vR时保持速度不变，记录起动时刻为t0；其中，amax为螺旋输送器的螺杆额定最大加速度，vR为最大速度，μ为(0.5～0.9)之间的加速度系数，λ为(0.85～1.0)之间的速度系数；S3、当检测到计量斗重量达到(G0+Ws‑Wa‑0.5·λ·d·ts)时，开始关闭螺旋输送器并以μ·amax加速度开始减速，直至停止；其中，Wa为空中量预测值，d为螺杆以最大速度运转时螺旋输送器的下料速率，ts为从开始减速时刻至停止时刻之间的时间长度，ts＝λ·vR/μ·amax；S4、等待物料完全下落至计量斗，读取称重模块的传感值，获得当前实际下料量Wr，计算本次下料误差e＝Wr‑Ws；S5、更新累积下料误差E′＝E+e，计算空中量预测值Wa′＝Wa+(αe+βE′)，其中，α和β分别为区间(0，1)的迭代系数且有α+β＝1；S6、迭代，令E＝E′，Wa＝Wa′，为本组份的下一次下料准备；S7、更换下料组份，如果全部组份下料完毕，则转下一步，否则，转至步骤S2；S8、打开计量斗底部的落料阀，使得多组份物料组成的一次配方量物料落入混料斗，读取混料斗中料位传感器的状态，若检测到料位超过设定阈值，则命令混料斗中混料器旋转搅拌，将多组份物料混合均匀后，打开混料斗底部的推板，将混合物料从输料管输出；S9、如果预设下料批次已经完成，则结束下料；否则，将组份设定为第一种组份，转步骤S2。...

【技术特征摘要】
1.螺杆式多组份物料配料方法，其包括以下步骤：S1、根据一次量和各配方比例，确定各组份的一次下料量Ws，给各组份的累积下料误差E赋初始值0；将当前组份设定为第一种组份；S2、对当前组份从下料仓开始下料，控制器读取支撑计量斗的称重模块的传感值，记录计量斗的初始重量G0，起动螺旋输送器并以μ·amax加速度加速，当速度达到vH＝λ·vR时保持速度不变，记录起动时刻为t0；其中，amax为螺旋输送器的螺杆额定最大加速度，vR为最大速度，μ为(0.5～0.9)之间的加速度系数，λ为(0.85～1.0)之间的速度系数；S3、当检测到计量斗重量达到(G0+Ws-Wa-0.5·λ·d·ts)时，开始关闭螺旋输送器并以μ·amax加速度开始减速，直至停止；其中，Wa为空中量预测值，d为螺杆以最大速度运转时螺旋输送器的下料速率，ts为从开始减速时刻至停止时刻之间的时间长度，ts＝λ·vR/μ·amax；S4、等待物料完全下落至计量斗，读取称重模块的传感值，获得当前实际下料量Wr，计算本次下料误差e＝Wr-Ws；S5、更新累积下料误差E′＝E+e，计算空中量预测值Wa′＝Wa+(αe+βE′)，其中，α和β分别为区间(0，1)的迭代系数且有α+β＝1；S6、迭代，令E＝E′，Wa＝Wa′，为本组份的下一次下料准备；S7、更换下料组份，如果全部组份下料完毕，则转下一步，否则，转至步骤S2；S8、打开计量斗底部的落料阀，使得多组份物料组成的一次配方量物料落入混料斗，读取混料斗中料位传感器的状态，若检测到料位超过设定阈值，则命令混料斗中混料器旋转搅拌，将多组份物料混合均匀后，打开混料斗底部的推板，将混合物料从输料管输出；S9、如果预设下料批次已经完成，则结束下料；否则，将组份设定为第一种组份，转步骤S2。2.根据权利要求1所述的螺杆式多组份物料配料方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还有以下步骤：T1、通过离线实验，对称重模块和下料仓内的距离传感器进行标定；T2、通过控制器的触摸屏进行参数设置，包括一次量、配方表、批量值、下料速率标定的时长Tb与重复次数、稳定称重延时Td；T3、对各组份进行下料标定：从0时刻开始按匀加速-恒速-匀减速的调速曲线运转螺旋输送器一定时长Tb，在关闭螺旋输送器Tb时刻及称重稳定后的Tb+Td时刻，分别读取并记录称重模块的重量值Wcb和Wdb；重复多次后，计算本组份的下料速率d及...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹细勇，夏浩，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33