CN1028182C - 一种料斗秤称量的控制方法及其设备 - Google Patents

Abstract

料斗秤称重控制的方法及其设备，尤其适用于称重偏差超过允许指标时的自处理。利用贮料仓底部给料门和称料斗底部卸料门的动态特性，设置计算机及其接口设备，建立给料门执行机构的动态给料时间与加进称料斗内物料量的特征模型和卸料门执行机构动态卸料时间与卸料门截留物料量的特征模型，编制成程序执行。如称重偏差低于允许指标时，调出给料门执行机构的特征模型，控制给料门重复加料的时间进行补料；当称重偏差高于允许指标时，调出卸料门执行机构的特征模型，控制卸料门的卸料时间，使过量的物料截留在称料斗内。经补料或退料自动处理，使卸入包装袋内的物料称重偏差低于允许指标。

Description

本发明涉及一种料斗秤称量的控制方法及其设备，属带有自动供料或卸料称量成批材料的称量设备。

现有技术的颗粒状或粉状成批物料称量用的料斗秤包括贮料仓、贮料仓底部的给料门、称料斗、称料斗底部的卸料门、控制系统及其执行机构。称重量值给定值的控制系统及其执行机构有多种型式：US2954202专利是一种机械式配以开关接点顺序控制器的加料、称量、卸料控制系统，采用杠杆平衡原理称料。首先，粗、细给料门同时打开，向称料斗给料，然后，粗给料门定时关闭，由细给料门继续给料，当称料斗内称重达到给定值、与配重法码平衡时，平衡杠杆触动电气接点，控制细给料门关闭，随之卸料。称料斗一卸空，杠杆就失去平衡，松开电气接点，粗、细给料门又同时打开，循环称料。EP290999A2专利在贮料仓底部装有螺旋式给料机，并配有驱动器和驱动马达，利用螺旋给料机的动特性及速度可调的驱动马达，根据称重信号与给定值信号之差来控制马达的运转速度，达到按称重量值给定值调节给料的目的。US4793512专利装有容积给料器及驱动容积给料器的马达和微处理机控制器，将批量给料时采用容积法计量改进成称量法给料，并通过容积给料器马达的可控性，改变容积给料器的单位时间供料，以调节给料。US4705125专利是由步进电机控制给料门的开闭来调节给料的，步进电机由计算机控制，给料门开启的大小和时间由预先设置的固化程序指令控制。

料斗秤称重量值给定值是称料斗空重与包装袋每包所需重量（净重）之和减去“落空料重”。称料斗空重与每包所需重量由人工给出。而所谓落空料重是控制系统对称重传感器的重量信号经处理后，发出关闭给料门指令到给料门全部关闭这一过程中，由给料门落下的全部物料重量。由于物料流动的不均匀性等状态的变化和控制系统及其执行机构的机电时间常数不稳定等因素的变化，落空料重是随机变化的，使得现有料斗秤称重量值给定值的控制系统存在较大的动态称量偏差，因而装入包装袋内的物料 重量误差也较大。尤其在高湿、高温的环境下，物料流动性变差，不均匀甚至结块，此时的落空料重变化很大，致使料斗秤的称量超过允许的偏差指标，即出现“超差”。现有技术的料斗秤称重量值给定值的控制系统没有克服超差的措施，在高湿、高温的环境条件下料斗秤无法使用。

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供的一种可对超差自处理的控制方法及其设备，从而可对称料斗内的物料称重超过允许偏差值时实施自动补、退，使料斗秤的称量偏差保持在允许的指标内。

本发明可以通过下述技术方案实现：利用现有料斗秤给料门和卸料门的动态特性，在称料斗装设称重传感器，配置计算机及其信号处理通道、输出控制口，建立给料门执行机构的动态给料时间与加进称料斗内物料量的特征函数的数学模型（给料门执行机构的特征模型）和卸料门执行机构的动态卸料时间与卸料门截留物料量的特征函数的数字模型（卸料门执行机构的特征模型），编制成程序存入计算机存贮器中，作为执行程序。当料斗称的动态称量结束，转入校正物料称重时，如称料斗内的称量出现负超差，计算机算出超差值，并调出给料门执行机构的特征模型，求出给料门执行机构的重加料时间，以此时间值控制给料门执行机构重复加料（补料自处理）。如果一次补料不成功，以上述程序重复启动给料门，再次补料，直到称重偏差在允许值范围内。当称量斗内称量出现正超差时，计算机算出超差值，并调出卸料门执行机构的特征模型，求出卸料门执行机构的卸料时间，利用对卸料时间的控制，将正超差的物料量截留在称料斗内（退料自处理）。经补料或退料自动处理，使卸入包装袋内的物料重量在允许的偏差指标内。

采用本发明的技术方案，当环境的相对湿度持续在80-90%，温度30-35℃时，在物料流动性差、不均匀甚至结块的条件下，经补料或退料自处理后，卸入包装袋内的物料重量偏差不超过±40克。而对同一料斗秤，在未实施本发明的自处理技术时，卸入包装袋内的物料重量偏差超过±200克。对于已使用计算机控制的料斗秤，实施本发明的技术方案不需增添硬设备，向计算机输入程序即可实现本发明的目的。

附图的图面说明如下：

图1为料斗秤称量控制系统图;

图2为细给料门执行机构的时间片与物料量关系的数据序列;

图3为经平滑处理后的细给料门动态补料特征曲线（数据表1）;

图4为负超差自处理自建模逻辑框图;

图5为负超差自处理执行逻辑框图;

图6为卸料门放料时间与被截留物料量关系的数据序列;

图7为经平滑处理后的卸料门动态退料特征曲线（数据表2）;

图8为正超差自处理自建模逻辑框图;

图9为正超差自处理执行逻辑框图;

图10为称量总逻辑框图。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的陈述：

图1示出了料斗秤称量控制系统。本实施例采用US2954202专利所描述的料斗称，包括贮料仓（1）;贮料仓底部的细给料门（2）和粗给料门（3），给料门的开闭由气缸推动;称料斗（4）;称料斗底部的卸料门（5），卸料门的开闭也由气缸推动;气电转换执行机构（11）。本实施例增设了二只称重传感器（6）、（7），取代US2954202专利的杠杆和配重法码机构;配置了模数转换器（8）、微机算机（9）、输出控制口（10）;将由硬逻辑线路组成的粗给料门（3）和卸料门（5）的定时工作方式改成由微机算机（9）控制。

称重传感器（6）、（7）采用L-100型弯曲梁式;模数传换器（8）由MC14052多路开关、信号放大级、滤波处理级及模数转换级构成，模数转换器件采用16位A/D芯片;微计算机（9）采用MCS-51系列单片机;输出控制口（10）由光电偶合器及双向可控硅组成。

称重传感器（6）、（7）将被称重的物料与称料斗空重之和转换成电信号，送至模数转换器（8），微机算机（9）对由模数转换器（8）送来的数字信号进行处理，通过输出控制口（10）隔离并推动气电转换级（11），从而通过气动执行机构控制称料工作。

一、负超差自处理

1、细给料门执行机构特征函数的建模

（1）编制细给料门执行机构间竭式等差递增时间片的工作程序，存于微机算机的存贮器内。

（2）按上述所编制的工作程序启动系统，通过称重传感器测出细给料门执行机构各时间片内加到称料斗内的物料量，经微计算机处理，得到一组细给料门执行机构的时间片与物料量的相关动态数据序列。如图2所示。

（3）根据所得的数据序列，计算其均值并经平滑处理，作出细给料门执行机构的动态时间与加进称料斗内物料量的特征函数的数学模型（细给料门执行机构的特征模型）。如图3的曲线所示。

（4）将该特征模型编制成数据表1，存入微计算机的存贮器中，作为执行程序使用。

图4示出了负超差自处理自建模逻辑框图。

2、负超差自处理的执行

料斗秤在动态称量结束，转入物料称量校正时，如动态加料不足的量超过允许指标时，即出现负超差，微计算机算出超差值，调出细给料门执行机构的特征模型（数据表1，图3），求出细给料门执行机构的重加料时间值，再以此时间值控制细给料门执行机构重复加料，从而补偿料斗秤动态加料时的不足，完成自动补料处理。图5示出了负超差自处理执行逻辑框图。

二、正超差自处理

1、卸料门执行机构特征函数的建模

（1）编制卸料门每斗卸料时间按等差递减方式工作程序，存于微计算机的存贮器内。

（2）启动料斗秤，按所建程序模式工作，通过秤重传感器，由微计算机测得卸料门的不同卸料时间与被截留物料量的一组数据序列。如图6的曲线所示。

（3）根据所得的数据序列，计算其均值并经平滑处理，作出卸料门执行 机构的动态时间与被卸料门截留的物料量的特征函数的数学模型（卸料门执行机构的特征模型）。如图7的曲线所示。

（4）将该特征模型编制成数据表2，存入微计算机的存贮器中，作为执行程序使用。

图8示出了正超差自处理自建模逻辑框图。

2、正超差自处理的执行

当料斗秤动态称量结束，转入物料称量校正时，如动态加料过多的量超过允许指标时，即出现正超差，微计算机算出超差值，调出卸料门执行机构的特征模型（数据表2，图7），计算卸料门应卸料的时间，将正超差的物料量截留在称料斗内，通过对卸料时间的控制，使卸入包装袋内的物料称重在允许的偏差指标内，完成自动退料处理。图9示出了正超差自处理执行逻辑框图。

图10示出了称量总逻辑框图。系统启动后，由工作状态识别来决定系统本身的工作状态。初投入由人工干予，由人机口进入超差自处理自建模子块，首先调出负超差（补料）自处理自建模程序（图4），作出数据表1（图3），存入存贮器。接着，微计算机向下执行正超差（退料）自处理自建模程序（图8），作出数据表2（图7），存入存贮器。致此，超差自建模工作结束，系统进入正常称量工作状态，其程序是：系统在每次动态称量结束后，便立即校正本次称量误差值，以便对下一次称量值作调整，同时，根据误差是否超过允许的偏差指标，决定是否执行补料或退料自处理。

如误差超过下限，微计算机将调用负超差自处理执行子块（图5），根据偏差值，找出存贮器中数据表1上相邻的二点数据，计算出细给料门的补料时间，以此时间控制细给料门进行补料。补料结束，再一次校正称料斗总称重，计算实际补料值，并以此补料值重新校正细给料门动态补料特征曲线（数据表1，图3）。如果一次补料不成功，系统会以上述补料程序，再次启动细给料门补料，直到称重偏差在允许值范围内。

同理，当误差超过上限，微计算机将调用正超差自处理执行子块（图 9），根据偏差值，找出存贮器中数据表2上相邻的二点数据，计算出卸料门的卸料时间，以此时间控制卸料门的卸料，以截留部分物料的手段作退料处理。卸料结束，再一次校正称料斗的总称重，计算实际退料值，并以此退料值重新校正卸料门动态退料特征曲线（数据表2，图7）。至此，退料结束。系统进入下一次称量。

本实施例在环境的相对湿度持续80-90%、温度为30-35℃时，物料流动性差、不均匀甚至结块的条件下，经补料自处理后，卸入包装袋内的物料重量偏差不超过±20克，经退料自处理后的物料重量偏差不超过±40克。

Claims (4)

1、一种料斗秤称量的控制方法，分动态称量和校正物料称量负超差两个阶段，动态称量结束其重量值小于预定值时，确定检测差值，利用计算机校正误差值，然后利用料门的闸门补料，其特征在于利用给料门和卸料门的动态特性，在称料斗装设称重传感器，配置计算机及信号处理通道，输出控制口，建立给料门执行机构的动态给料时间与加进称料斗内物料量的特征函数的数字模型和卸料门执行机构的动态卸料时间与卸料门截留物料量的特征函数的数学模型，编制成程序，存入计算机存贮器中，作为执行程序，当料斗秤的动态称量结束，转入校正物料称量时，如称量出现负超差时，计算机算出超差值，并调出给料门执行机构的特征模型，求出给料门执行机构的重加料时间，以此时间值控制给料门执行机构进行补料，如称量出现正超差时，计算机算出超差值，并调出卸料门执行机构的特征模型，求出卸料门执行机构的卸料时间，利用对卸料时间的控制，将正超差的物料量截留在称料斗内，进行退料。

2、按权利要求1所述的料斗秤称量控制方法，其特征在于若一次补料不成功，则以同样的补料程序，启动给料门，再次补料，直到称量偏差在允许值内。

3、按权利要求1所述的料斗秤称量控制方法，其特征在于每次补料或退料结束，校正称料斗总称量，计算实际补料或退料值，并以此补料或退料分别重新校正给料门动态补料特征曲线或卸料门动态退料特征曲线。

4、按权利要求1所述的料斗秤称量控制方法的设备，其特征包括贮料仓（1）贮料仓（1）底部的细给料门（2）和粗给料门（3）、称料斗（4）、称料斗（4）底部的卸料门（5）、称料斗（4）上的称重传感器（6）、（7）;来自称重传感器（6）、（7）的信号输入模数转换器（8），转换成数字信号后输入计算机（9）处理，再通过输出控制口（10）隔离并推动气电转换执行机构（11）控制料斗秤称量。

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