CN108896145A - 一种转子秤给料装置的计量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子秤给料装置的计量控制方法，该方法内容是：根据秤体型号不同、各项秤体系数的不同将流量设定值由低到高分为若干等级，根据流量设定值的等级不同将秤体回转轮有效称量段内的物料量设定不同的值，依据流量设定值和对应的物料量设定值可得出相应回转轮速度设定值，再通过将回转轮有效称量空间等分为N个虚拟扇形空间，对每个虚拟扇形空间内的物料进行称量计算，通过每个虚拟扇形空间内的物料量对进料口挡板开度、回转轮速度进行调整以及对物料流量进行实时监控。本发明通过控制回转轮速度和料口挡板的开度可以有效的提高物料计量的精度和准确性。

Description

一种转子秤给料装置的计量控制方法

技术领域

本发明涉及控制方法技术领域，尤其涉及一种转子秤给料装置的计量控制方法。市场上转子秤给料装置的计量控制方法都是采用连续计量控制方法：有效的扇形称量段称量即时物料的重量，此重量与即时速度的乘积即为即时流量，再根据生产需要的设计流量通过电气控制调整设备回转轮的即时转速，使输送的即时流量与设计流量相等，达到定量输送的目的。

技术背景

由于转子秤给料装置的机械特点，无法将物料均匀的分布在转子秤给料装置的回转轮各个叶片间的扇形空间内，这使得每个扇形空间内的物料量差量很大，而回转轮的叶片数量又不能太多，占用有限的空间，增加整体的重量，增加消耗，这使得物料形心产生很大的偏差。而电气控制***要调整设备回转轮的快慢，这将进一步的增大了各个扇形空间内的物料量差以及物料形心的偏差，而连续计量控制的方式是将有效称量段内的物料按照均匀分布计算的，物料的形心位置不变，这将对物料给定的准确度产生很大的影响，也不能保证瞬时给料率的稳定，在实际生产中造成大量的经济损失，甚至对于很多生产工艺的要求都无法满足。

针对以上问题，我们迫切的需要一种能够精确、稳定的控制给料量的计量控制方法。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，其目的在于提出一种转子秤给料装置的计量控制方法，该方法根据秤体型号不同、各项秤体系数的不同将流量设定值由低到高分为若干等级，根据流量设定值的等级不同将秤体回转轮有效称量段内的物料量设定不同的值，依据流量设定值和所在等级对应的物料量设定值可得出相应回转轮速度设定值，通过每个虚拟扇形空间内的物料量对进料口挡板开度、回转轮速度进行调整以及对物料流量进行实时监控。通过控制回转轮的转速和料口挡板的开度可以有效的提高物料计量的精度和准确性、增强瞬时给料率的稳定性，满足了生产工艺的高要求，提高了生产效率和产品质量。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种转子秤给料装置的计量控制方法，该方法具体内容如下：

根据转子秤秤体型号不同、各项秤体指标的不同将流量设定值S由低到高分为M个等级，M为大于1的自然数，根据流量设定值的不同等级将秤体回转轮有效称量段内的物料量Q设定对应的M个物料值依次记为Q₁、Q₂、Q₃····Q_M；根据流量设定值S和所在设定流量等级对应的物料量Q可得出该设定值下回转轮速度设定值V_s；

回转轮进料口下端切线与出料口下端切线形成的扇形空间为有效称量段；将有效称量段等分为N个虚拟扇形空间，N为大于1的自然数，按扇形空间进入称量段的顺序即从入料口到出料口将虚拟扇形空间物料重量依次记为q₁、q₂、q₃、.......q_N；将每旋转一个虚拟扇形空间时称重装置进行一次称量的重量记为F；回转轮两个支点的连线为称量轴；将有效称量段内的每个虚拟扇形空间的形心到称量轴的距离记为L₁、L₂、L₃、.......LN；将称重装置受力点到称量轴的距离记为L；

每个虚拟扇形中物料的重力计算方法为：

当回转轮第1次旋转过一个虚拟扇形空间时，物料进入第一个虚拟扇形空间，此时称重装置测得重量为F，根据力矩平衡平衡原理有F·L＝q₁·L₁，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第2次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第3次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

回转轮顺次旋转，依据相同的原理可得出此时第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第n次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁；第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂··········第N个虚拟扇形空间物料为上一时刻第N-1个虚拟扇形空间的物料即q_N＝q_N-1，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃+·····+q_N·L_N，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁，流入出料口的物料q_N；

求出的Q、q₁用于对进料口挡板开度的调整，求出的q_N、V_s用于对回转轮速度进行调整，对实时流量进行监控。

作为上述计量控制方法的一种优选方案，所述进料口挡板开度的调整是通过公式求出每个虚拟分隔扇形设定物料量q_s，其中Q为有效称量段设定物料量，N为有效称量段虚拟扇形的分隔数；

根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，其中q₁为进入第一个虚拟扇形空间的物料值；最后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对进料口挡板开度进行调整，其中C为进料口挡板开度调整数值，K_p、K_i、K_d为PID调节的比例、积分、微分系数，E_k、E_k-1、E_k-2分别为第k次、第k-1次、第k-2次采样时刻的偏差值；

所述回转轮速度的调整是通过公式求出流量的反馈值S_F，其中q_N为流入出料口的物料值，V为回转轮的瞬时转速，α为虚拟分隔扇形的角度值；根据公式I＝S-S_F求出流量设定值与反馈值的偏差值，其中S为流量的设定值；

最后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，其中D为回转轮速度调整数值，K_p1、K_i1、K_d1为PID调节的比例、积分、微分系数，I_k、I_k-1、I_k-2分别为第k次、第k-1次、第k-2次采样时刻的偏差值。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种转子秤给料装置的计量控制方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：

本发明通过改进转子秤给料装置的计量控制方法，实现了转子秤的进料口挡板开度和回转轮速度并行控制，大大减小了两者之间的相互干扰，同时提高了调节的速度和精度。通过对回转轮有效称量段进行虚拟分隔，使物料的计算不在局限于有限的扇形空间数量，增大了可测量范围，通过维持每个虚拟扇形空间物料保持不变，很大程度减小了由于物料不均匀、扇形形心发生偏移等引起的问题。通过对每个虚拟扇形空间内的物料进行称量计算，并根据所得数据对进料口挡板开度进行调整以及对物料流量进行实时监控并依据相应回转轮速度设定值对回转轮转速进行调整。使得转子秤给料装置的计量精度和准确性提高同时增强瞬时给料率的稳定性，满足了生产工艺的高要求，提高了生产效率和产品质量。

附图说明

图1为本发明具体实施的转子秤给料装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施的转子秤给料装置的回转轮结构示意图；

图3为本发明具体实施的转子秤回转轮有效称量段的物料量分配的结构示意图；

图4为本发明具体实施方法提供转子秤给料装置的回转轮有效称量段虚拟分隔为N个扇形空间的结构示意图；

其中图中：

1：吊装轴承；2：电机；3：测速装置；4：称重装置；5：进料口；6：回转轮；7：称体；8：框架：9：出料口；10：叶片；11：扇形空间。

具体实施方案

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明是一种转子秤给料装置的计量控制方法的一个实施方式，如图1所示，本实施方式提供参考的一种转子秤给料装置，包括两个吊装轴承1、电机2、测速装置3、称重装置4、进料口5、回转轮6、秤体7、框架8和出料口9。

上述装置中两个吊装轴承1的两个支点连线应与进料口5和出料口9圆心连线重合，且两个支点对称等距分布；称重装置4测力点应在吊装轴承1的另一侧且在两个吊装轴承1支点连线的中心线上；进料口5上面应有控制进料量的进料口挡板。

如图2所示，为图1中回转轮6的结构示意图，其中进料口5与出料口9为圆心在同一水平线上半径不等的圆；若干个叶片10将回转轮6分隔成若干个等角度的扇形空间11。

如图3所示，根据转子秤秤体型号不同、各项秤体指标的不同将流量设定值S由低到高分为M个等级，M为大于1的自然数，根据流量设定值的不同等级将图2中回转轮有效称量段内的物料量Q设定对应的M个物料值依次记为Q₁、Q₂、Q₃····Q_M，根据流量设定值S和所在设定流量等级对应的物料量Q可通过公式求出设定值S下回转轮6速度设定值V_s，其中N为虚拟扇形空间分隔数、α为虚拟扇形角度。

如图4所示，为将图2中回转轮6进料口5下端切线与出料口9下端切线形成的扇形空间即有效称量段，将有效称量段角度记为β；将有效称量段等分为N个虚拟扇形空间，N为大于1的自然数，每个虚拟扇形空间的角度记为α，按扇形空间进入称量段的顺序即进料口5到出料口9将虚拟扇形空间物料重量依次记为q₁、q₂、q₃、.......q_N；将每旋转一个虚拟扇形空间时称重装置4进行一次称量的重量记为F；回转轮5两个支点的连线A为称量轴；将有效称量段内的每个虚拟扇形空间的形心即G₁、G₂、G₃……G_N到称量轴的距离记为L₁、L₂、L₃、.......LN；将称重装置4受力点到称量轴的距离记为L；将与称量轴平行且经过回转轮6圆心的直线记为B，直线B与称量轴A之间的距离记为L₀,直线B与进料口5的下端切线形成的夹角记为γ；将回转轮中外圆半径记为R,内圆半径记为r，形心到圆心的距离记为R′。

针对不同型号的转子秤给料装置，回转轮中各项参数有所不同，但都是固定值。

根据已知参数可以通过公式：求出形心到圆心的距离R′；通过公式L_N＝L₀+R＇×sin((n-0.5)×α-γ)求出每个虚拟扇形空间的形心到称量轴的距离，其中N＝1、2、3……N。

当转子秤完成流量的设定后，根据设定的流量值确定对应的流量等级M，继而确定物料量Q，然后根据公式求出该设定值对应的回转轮速度V_s用于转子秤流量达到设定值之前的速度调节。转子秤运行后回转轮以设定速度V₁第1次旋转过一个虚拟扇形空间，进料口挡板以一定开度使物料进入第一个虚拟扇形空间，此时称重装置测得重量为F，而第一虚拟扇形空间中物料重量q₁的重心集中在形心G₁处，以称量轴为支点形成力矩平衡，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁。电气控制***根据设定好物料量q_s、回转轮速度V_s，根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，然后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对进料口挡板开度进行调整，让虚拟扇形空间物料量达到设定值。根据公式I＝V_s-V₁求出速度设定值与测量值的偏差值，其中V₁为回转轮速度的测量值，然后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，使回转轮以设定速度运行。

当回转轮以速度V₂第2次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时进料口挡板以一定开度使第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，而第一虚拟扇形空间中物料重量q₁的重心集中在形心G₁处，而第二虚拟扇形空间中物料重量q₂的重心集中在形心G₂处，以称量轴为支点形成力矩平衡，根据力矩平衡平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁，电气控制***根据设定好物料量q_s、回转轮速度V_s，根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，然后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对进料口挡板开度进行调整，让虚拟扇形空间物料量达到设定值。根据公式I＝V_s-V₂求出速度设定值与测量值的偏差值，其中V₂为回转轮速度的测量值，然后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，使回转轮以设定速度运行。

当回转轮以速度V₃第3次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时料口挡板以一定开度使第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂，而第一虚拟扇形空间中物料重量q₁的重心集中在形心G₁处，而第二虚拟扇形空间中物料重量q₂的重心集中在形心G₂处，第三虚拟扇形空间中物料重量q₃的重心集中在形心G₃处，以称量轴为支点形成力矩平衡，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁，电气控制***根据设定好物料量q_s、回转轮速度V_s，根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，然后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对挡板开度进行调整，让虚拟扇形空间物料量达到设定值。根据公式I＝V_s-V₃求出速度设定值与测量值的偏差值，其中V₃为回转轮速度的测量值，然后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，使回转轮以设定速度运行。

回转轮顺次旋转，依据相同的原理可得出此时第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁。

当回转轮以一定速度V_n第n次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁；第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂………第n个虚拟扇形空间物料为上一时刻第N-1个虚拟扇形空间的物料即q_N＝q_N-1，而第一虚拟扇形空间中物料重量q₁的重心集中在形心G₁处，而第二虚拟扇形空间中物料重量q₂的重心集中在形心G₂处，第三虚拟扇形空间中物料重量q₃的重心集中在形心G₃处………第N个虚拟扇形空间中物料重量q_N的重心集中在形心G_N处，以称量轴为支点形成力矩平衡，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃+……+q_N·L_N，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁，流入出料口的物料q_N，电气控制***根据设定好物料量q_s以及测量出的q₁、q_N，根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，然后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对进料口挡板开度进行调整，让虚拟扇形空间物料量达到设定值。根据公式求出流量的反馈值S_F，其中q_N为流入出料口的物料值，V为回转轮的瞬时速度，α为虚拟分隔扇形的角度值，通过公式I＝S-S_F求出流量设定值与反馈值的偏差值，其中S为流量的设定值，最后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，使回转轮以设定速度运行。

上述运行过程中根据输入的流量设定值确定其所在流量设定值等级，继而确定物料量。依据流量设定值、物料量设定值可得出相应回转轮速度设定值，再通过对每个虚拟扇形空间内的物料进行称量计算、通过对每一个虚拟扇形空间物料进行称量计算并且通过每个虚拟扇形空间内的物料的细微变化对料口挡板开度以及回转轮速度进行调整。而将有效称量段分隔成多个虚拟扇形空间使得物料形心位置稳定且偏差很小，通过动态的控制回转轮的转速和进料口挡板的开度可以有效的提高物料计量的精度和准确性、增强瞬时给料率的稳定性，满足了生产工艺的高要求，提高了生产效率和产品质量。

Claims (2)

1.一种转子秤给料装置的计量控制方法，其特征在于：该方法具体内容如下：

根据转子秤秤体型号不同、各项秤体指标的不同将流量设定值S由低到高分为M个等级，M为大于1的自然数，根据流量设定值的不同等级将秤体回转轮有效称量段内的物料量Q设定对应的M个物料值依次记为Q₁、Q₂、Q₃····Q_M；根据流量设定值S和所在设定流量等级对应的物料量Q可得出该设定值下回转轮速度设定值V_s；

回转轮进料口下端切线与出料口下端切线形成的扇形空间为有效称量段；将有效称量段等分为N个虚拟扇形空间，N为大于1的自然数，按扇形空间进入称量段的顺序即从入料口到出料口将虚拟扇形空间物料重量依次记为q₁、q₂、q₃、.......q_N；将每旋转一个虚拟扇形空间时称重装置进行一次称量的重量记为F；回转轮两个支点的连线为称量轴；将有效称量段内的每个虚拟扇形空间的形心到称量轴的距离记为L₁、L₂、L₃、.......L_N；将称重装置受力点到称量轴的距离记为L；

每个虚拟扇形中物料的重力计算方法为：

当回转轮第1次旋转过一个虚拟扇形空间时，物料进入第一个虚拟扇形空间，此时称重装置测得重量为F，根据力矩平衡平衡原理有F·L＝q₁·L₁，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第2次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第3次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁，第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

回转轮顺次旋转，依据相同的原理可得出此时第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁；

当回转轮第n次旋转过一个虚拟扇形空间时，此时第一个虚拟扇形空间进入新的物料，第二个虚拟扇形空间物料为上一时刻第一个虚拟扇形空间的物料即q₂＝q₁；第三个虚拟扇形空间物料为上一时刻第二个虚拟扇形空间的物料即q₃＝q₂第N个虚拟扇形空间物料为上一时刻第N-1个虚拟扇形空间的物料即q_N＝q_N-1，根据力矩平衡原理有F·L＝q₁·L₁+q₂·L₂+q₃·L₃+·····+q_N·L_N，可得出第一个虚拟扇形空间进入的物料q₁，流入出料口的物料q_N；

求出的Q、q₁用于对进料口挡板开度的调整，求出的q_N、V_s用于对回转轮速度进行调整，对实时流量进行监控。

2.根据权利要求1所述的一种转子秤给料装置的计量控制方法，其特征在于：所述进料口挡板开度的调整是通过公式求出每个虚拟分隔扇形设定物料量q_s，其中Q为有效称量段设定物料量，N为有效称量段虚拟扇形的分隔数；

根据公式E＝q_s-q₁得出物料量设定值与测量值的偏差值E，其中q₁为进入第一个虚拟扇形空间的物料值；最后通过公式C＝K_p·[E_k-E_k-1]+K_i·E_k+K_d·[E_k-2E_k-1+E_k-2]对进料口挡板开度进行调整，其中C为进料口挡板开度调整数值，K_p、K_i、K_d为PID调节的比例、积分、微分系数，E_k、E_k-1、E_k-2分别为第k次、第k-1次、第k-2次采样时刻的偏差值；

所述回转轮速度的调整是通过公式求出流量的反馈值S_F，其中q_N为流入出料口的物料值，V为回转轮的瞬时转速，α为虚拟分隔扇形的角度值；根据公式I＝S-S_F求出流量设定值与反馈值的偏差值，其中S为流量的设定值；

最后通过公式D＝K_p1·[I_k-I_k-1]+K_i1·I_k+K_d1·[I_k-2I_k-1+I_k-2]对回转轮速度进行调整，其中D为回转轮速度调整数值，K_p1、K_i1、K_d1为PID调节的比例、积分、微分系数，I_k、I_k-1、I_k-2分别为第k次、第k-1次、第k-2次采样时刻的偏差值。