一種雙螺旋微分定量輸送系統及其控制方法
2023-06-08 21:15:06 1
專利名稱：一種雙螺旋微分定量輸送系統及其控制方法
技術領域：
本發明屬於輸送機技術領域，尤其是一種雙螺旋微分定量輸送系統及其控制方法。
背景技術：
在散態物料自動稱量過程中，通常使用螺旋輸送機承擔向電子秤設備精確送料的任務。現有的螺旋輸送機均為單螺旋結構的輸送機，螺旋輸送機設計成漸開螺旋，即將螺旋輸送機的螺旋由小螺距分段展開為大螺距，在螺旋推進物料前進時，使散態物料在螺旋U型槽中呈現送料量逐步降低的輸送狀態，達到微量送料的目的，從而控制稱量精度符合要求。這時，為滿足高精度稱量的需要，一般採用直流電機或調頻電機控制送料螺旋的旋轉速度。依照螺旋輸送機的旋轉速度，可分為如下三個送料階段:快速送料階段、慢速送料階段、點動送料階段。即:當稱量開始時，螺旋快速推進送料，以提高送料效率；當電子秤測得物料重量達到某值時，螺旋轉為慢速推進物料，使物料逐步更加接近設定值；當物料重量十分接近設定值時，螺旋轉為點動方式送料，精確送料過程需要經過一次或多次點動；點動送料過程中，由電子秤及PLC測量並計算其重量是否達到設定值要求，當達到設定值要求時，稱量結束。現有的螺旋輸送機採用漸開螺旋配合電子秤進行自動稱量，存在以下問題:1、螺旋點動送料有時會超過設定值和允許誤差，使稱量失敗；由於自動稱量時，設備都是在密封狀態下工作的，重量不足時，控制程序可以操作設備逐步添加物料，但是當稱量失敗時，則只能人工進行處理，使自動稱量作業中斷，費工誤時，還可能造成環境的深度汙染。2、稱量操作時間長，尤其是慢速和點動送料操作耗費了大部分稱量作業時長，嚴重限制了自動稱量設備適應生產工藝要求的自由度，使得自動稱量設備的選用受到極大限制。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種設計合理、稱量準確、效率高的雙螺旋微分定量輸送系統及其控制方法。本發明解決現有的技術問題是採取以下技術方案實現的:一種雙螺旋微分定量輸送系統，由雙螺旋輸送機和雙螺旋微分定量控制裝置連接構成，該雙螺旋輸送機包括機身、進料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機、副螺旋和副螺旋電動機，進料口設置在機身的一側上方，主螺旋水平安裝在機身內部並與主螺旋電動機相連接，出料口設置在機身另一側的下方，在出料口旁的機身底部設有副螺旋進料口，副螺旋水平安裝在副螺旋進料口下方的物料槽內並與副螺旋電動機相連接，該副螺旋與主螺旋共用一個出料口 ；所述的雙螺旋微分定量控制裝置包括主控單元、稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器，該主控單元分別與稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器相連接，該稱重傳感器安裝在出料口下方的電子秤內。而且，所述的主螺旋由兩種螺距螺旋構成，進料口處的主螺旋採用葉片式，後段主螺旋採用單一螺距結構。而且，所述的主螺旋通過主螺旋減速機及鏈輪與主螺旋電動機相連接；所述的副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機與副螺旋電動機相連接。而且，所述的在進料口下方的機身側壁上設有可觀察進料情況的觀察窗。而且，所述的出料口處安裝有用於控制出料的蝶閥。而且，所述的開關量輸入輸出模塊採用PLC控制模塊。一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，包括以下步驟:步驟1:通過人機互動裝置獲取用戶預設目標重量信息作為控制的目標重量；步驟2:雙螺旋輸送機啟動，確定螺旋轉動速度；步驟3:以一定的採樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進行模數轉換並記錄；步驟4:丟棄雙螺旋輸送機啟動時的數據，快速採集並記錄啟動穩定後的稱重傳感器的量值；步驟5:對採集到的重量值進行數字濾波與特徵分析，分別提取重量信息和衝擊信息，在重量信息中濾除散態物料下降過程引入的衝擊量，然後對此信息加入預估的滯空重量值，進行預估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中:s(n)為當前物料的總重量值，xl (η)為稱重傳感器輸出的重量數值，x2(n+k)為前k次序列分析得出的預估的滯空分量，χ3 (η)為散料下落後對稱重傳感器產生的衝擊分量；δ (η)是系統的各種噪聲值；a、b、c分別是上述三種重量的係數，在雙螺旋輸送機安裝完成後通過標定的方法預置於系統的存儲介質中；步驟6:根據重量計算值與預設目標重量信息比對的結果，控制主螺旋停止位置，採用同樣的控制方法進一步控制副螺旋停止位置，從而實現高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。8、根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟2確定螺旋轉動速度是通過記錄啟動時間和工作時長來確定的。9、根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟3的採樣頻率為每秒鐘1000次的採樣頻率。10、根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟4丟棄雙螺旋輸送機啟動時的數據為雙螺旋輸送機啟動後第一秒的數據，所述步驟4記錄啟動穩定後的稱重傳感器的量值為啟動後的第二秒及以後的稱重傳感器量值。。本發明的優點和積極效果是:本發明採用雙螺旋輸送機及雙螺旋微分定量控制裝置實現對散態物料的精確稱重及輸送控制功能，有效地提高了生產效率，降低了生產成本，滿足了散態物料自動稱量的精度要求；同時，可以根據不同用戶的需要靈活地進行設置，滿足了不同生產工藝的要求，能更好地適應工業化生產的要求。
圖1是本發明的雙螺旋微分定量輸送系統的結構示意圖；圖2是本發明的雙螺旋微分定量控制裝置的電路方框圖；圖3是本發明的控制方法的處理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。一種雙螺旋微分定量輸送系統，由雙螺旋輸送機和雙螺旋微分定量控制裝置連接構成。如圖1所示，雙螺旋輸送機包括機身14、進料口 3、出料口 5、主螺旋2、主螺旋電動機
11、副螺旋7和副螺旋電動機10，進料口設置在機身的一側上方，主螺旋水平安裝在機身內部，主螺旋電動機安裝在進料口一側的機身下方，該主螺旋電動機通過主螺旋減速機12及鏈輪13與主螺旋相連接，在進料口下方的機身側壁上設有可觀察進料情況的觀察窗4。出料口設置在機身另一側的下方，在出料口旁的機身底部設有副螺旋進料口 I，副螺旋水平安裝在副螺旋進料口下方的物料槽內，該副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機與副螺旋電動機相連接，該副螺旋電動機安裝在機身的下方。該副螺旋與主螺旋共用一個出料口，在出料口處安裝有蝶閥6用於出料控制。在本實施例中，主螺旋被設計為兩種螺距螺旋，進料口處的主螺旋採用葉片式，其螺旋螺距為160mm，該螺旋螺距大小適用於物料的高效推進，後段主螺旋採用單一螺距，其螺旋螺距均為200mm，該螺旋螺距適用於物料的均勻流動；副螺旋的直徑為80mm-100mm，螺旋長徑比為8，螺旋截面積為5027-7854平方毫米。當主螺旋轉動時，散態物料沿螺旋斜面被推送前進，並從出料口流出進入電子秤，同時副螺旋的物料槽被物料填滿；副螺旋轉動時，推動少量散態物料流出；主、副螺旋的轉速和啟閉時間受雙螺旋微分定量控制裝置的控制，做高效和準確的定量輸送。如圖2所示，雙螺旋微分定量控制裝置包括主控單元、稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器。所述的主控單元分別與稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器相連接；人機互動裝置採用操作顯示面板實現相應的重量信息設定值及稱量精度要求等參數的設置與顯示，稱重傳感器安裝在電子秤內用於採集電子秤上物料的重量信息；開關量輸入輸出模塊採用PLC控制模塊實現開關量數據的採集和開關量數據的輸出控制功能，主控單元通過主螺旋驅動器和副螺旋驅動器分別控制主螺旋電動機和副螺旋電動機。當操作人員通過人機互動裝置輸入重量信息設定值及稱量精度要求參數後，雙螺旋微分定量控制裝置根據操作人員的指令啟動主螺旋和副螺旋旋轉送料，物料通過螺旋輸送機出口進入電子秤，雙螺旋微分定量控制裝置採集稱重傳感器發出的重量信息，對主螺旋和副螺旋的物料輸送狀態信息進行判斷並和設定的重量值進行不斷的比較，然後再通過雙螺旋微分定量控制裝置控制主螺旋和副螺旋進行精確送料。在雙螺旋微分定量控制裝置內的主控單元內安裝有雙螺旋微分定量控制程序，實現雙螺旋微分定量輸送控制方法。本發明的雙螺旋微分定量輸送控制方法，如圖3所示，包括以下步驟:步驟1:通過人機互動裝置獲取用戶預設目標重量信息，並作為控制的目標重量；
步驟2:雙螺旋輸送機啟動，確定螺旋轉動速度；雙螺旋輸送機啟動時，通過記錄啟動時間和工作時長，可以確定螺旋的轉動速度；步驟3:以每秒鐘1000次的採樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進行模數轉換(通過24位ADC)，並記錄；步驟4:丟棄雙螺旋輸送機啟動時第一秒的數據，快速採集並記錄稱量開始後第
二秒及以後的稱重傳感器量值；步驟5:對採集到的重量值進行數字濾波與特徵分析，分別提取重量信息和衝擊信息，在重量信息中濾除散態物料下降過程引入的衝擊量，然後對此信息加入預估的滯空重量值，進行預估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中的xl (n)為數字濾波後的低頻分量，表示稱重傳感器輸出的重量數值；x2(n+k)為前k次序列分析得出的預估的滯空分量；x3(n)為散料下落後對稱重傳感器產生的衝擊分量；δ (η)是系統的各種噪聲。表達式的輸出s(n)即為當前物料的總重量值；所述的a、b、c分別是上述三種重量的係數，在雙螺旋輸送機安裝完成後通過標定的方法預置於系統的存儲介質中。步驟6:根據重量計算值與預設目標重量信息比對的結果，控制主螺旋停止位置，採用同樣的控制方法進一步控制副螺旋停止位置，從而實現高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明包括並不限於具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:由雙螺旋輸送機和雙螺旋微分定量控制裝置連接構成，該雙螺旋輸送機包括機身、進料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機、副螺旋和副螺旋電動機，進料口設置在機身的一側上方，主螺旋水平安裝在機身內部並與主螺旋電動機相連接，出料口設置在機身另一側的下方，在出料口旁的機身底部設有副螺旋進料口，副螺旋水平安裝在副螺旋進料口下方的物料槽內並與副螺旋電動機相連接，該副螺旋與主螺旋共用一個出料口 ；所述的雙螺旋微分定量控制裝置包括主控單元、稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器，該主控單元分別與稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器相連接，該稱重傳感器安裝在出料口下方的電子秤內。
2.根據權利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:所述的主螺旋由兩種螺距螺旋構成，進料口處的主螺旋採用葉片式，後段主螺旋採用單一螺距結構。
3.根據權利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:所述的主螺旋通過主螺旋減速機及鏈輪與主螺旋電動機相連接；所述的副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機與副螺旋電動機相連接。
4.根據權利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:所述的在進料口下方的機身側壁上設有可觀察進料情況的觀察窗。
5.根據權利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:所述的出料口處安裝有用於控制出料的蝶閥。
6.根據權利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統，其特徵在於:所述的開關量輸入輸出模塊採用PLC控制模塊。
7.—種如權利要求1至6任一項所述雙螺旋微分定量輸送系統的控制方法,其特徵在於:包括以下步驟: 步驟1:通過人機互動裝置獲取用戶預設目標重量信息作為控制的目標重量； 步驟2:雙螺旋輸送機啟動，確定螺旋轉動速度； 步驟3:以一定的採樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進行模數轉換並記錄； 步驟4:丟棄雙螺旋輸送機啟動時的數據，快速採集並記錄啟動穩定後的稱重傳感器的量值； 步驟5:對採集到的重量值進行數字濾波與特徵分析，分別提取重量信息和衝擊信息，在重量信息中濾除散態物料下降過程引入的衝擊量，然後對此信息加入預估的滯空重量值，進行預估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機的重量模型: s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) _cx3 (η) - δ (n) 上式中:s(n)為當前物料的總重量值，xl (η)為稱重傳感器輸出的重量數值，x2(n+k)為前k次序列分析得出的預估的滯空分量，x3(n)為散料下落後對稱重傳感器產生的衝擊分量；δ (η)是系統的各種噪聲值；a、b、c分別是上述三種重量的係數，在雙螺旋輸送機安裝完成後通過標定的方法預置於系統的存儲介質中； 步驟6:根據重量計算值與預設目標重量信息比對的結果，控制主螺旋停止位置，採用同樣的控制方法進一步控制副螺旋停止位置，從而實現高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。
8.根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟2確定螺旋轉動速度是通過記錄啟動時間和工作時長來確定的。
9.根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟3的採樣頻率為每秒鐘1000次的採樣頻率。
10.根據權利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特徵在於:所述步驟4丟棄雙螺旋輸送機啟動時的數據為雙螺旋輸送機啟動後第一秒的數據，所述步驟4記錄啟動穩定後的稱重傳感器的量值為啟動後的第二秒及以後的稱重傳感器量值。
全文摘要
本發明涉及一種雙螺旋微分定量輸送系統及其控制方法，其技術特點是該系統由雙螺旋輸送機和雙螺旋微分定量控制裝置連接構成，所述的雙螺旋輸送機包括機身、進料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機、副螺旋和副螺旋電動機，所述的雙螺旋微分定量控制裝置包括主控單元、稱重傳感器、人機互動裝置、開關量輸入輸出模塊、主螺旋驅動器和副螺旋驅動器；所述的控制方法對採集到的重量值進行數字濾波與特徵分析,分別提取重量信息和衝擊信息，在重量信息中濾除散態物料下降過程引入的衝擊量，然後對此信息加入預估的滯空重量值，進行預估滯空重量補償。本發明有效地提高了生產效率，降低了生產成本，滿足了散態物料自動稱量的精度要求。
文檔編號B65G33/14GK103171877SQ20131005094
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月18日 優先權日2013年2月18日
發明者薛海軍, 陳勁, 任智鋒, 何衛國 申請人:天津市國達測控技術有限公司