JPS63279119A - 粉体計量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は粉体計量方法に関し、更に詳述すれば、計量設
定値及び実計量値に基づいて行うファジィ推論により次
サイクルの粉体の供給流速を可変にし、高精度、広範囲
及び短時間な計量を可能にする粉体計量方法に関する。

（従来技術） 従来、粉体の計量方法として、主にロードセルを用いた
重量式があり、計量容器に供給される粉体の流速は、例
えば特開昭５６−１４８０１９号。

同５６−１５５４１２号、同５７−２９１１４号公報等
に開示されているとおり、計量設定値に対応した一定流
速を前提としている。

すなわち、計量容器で計量される実計量値に応じて流速
を遂次可変にするクローズドループの計量制御方法はこ
れまでになかった。

また、高精度な計量を実現するため、流速の異なる流量
調整器を並列に設置、または、例えば特開昭５７−７２
０１５号公報に開示されている、流速を異なる固定条件
に切り換えられる機能を有した装置を設置して、計量設
定値の近傍にて、遅い流速側に切り換えて計量する方法
がある。

なお、上述の方法に関連して、計量停止条件として、計
量容器への流れ込み量を予測して事前に計量を停止させ
る方法もある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の計量制御方法では、前述のとおり
、流速一定或いは流速を二段に分割して切り換えている
ものの所定範囲内では固定しての計量のため、下記の欠
点を有していた。

■計量精度：外乱や粉体物性の変化による流速変動によ
り、精度が保証されない事態を生じる。

すなわち、粉体は物性にて移送する装置が異る、例えば
顆粒状の粉体では流動性がよいため、ダンパー等を使用
し、流動性の悪い粉体ではスクリューフィーダ等を使用
する。しかし、粉体の流れは一律に決定出来ず粉体の現
性とか粉体形状や振動等の外乱にて流れは変化する。

特に、吸湿性のある粉体とかブリッジを起こし易い粉体
では、その保存環境条件によってその粉体の流動性は異
なる。従って、供給容器に保存しながら使用するシステ
ムでは、環境条件の変化（例えば、温度、湿度とか粉体
の流動性促進のための付帯設備−一パイブレークやエア
ーノツカー等−一による振動）により、その粉体の流動
性は変化する。このため、流速の条件が異なり計量精度
を悪化させてしまう。その対策として、保存量の制限や
その装置の設置環境条件の制限が、計量精度維持に必要
であり、その結果設備的にイニシャルコストやランニン
グコストを増加させる。

■計量範囲：計量範囲が狭い。

この理由は、計量停止しても、系の応答遅れによる流れ
込み量があり、この量が供給流速により決定されるため
、流速一定のもとでは、計量範囲を狭めることにより、
許容できる流れ込み量を保証している。従って、同一粉
体の計量であっても、計量設定値が大きく相違する場合
、おのおの適性な計量範囲の計量装置が必要となり、装
置数が増加する。

■計量時間二計量設定値により計量時間が左右される。

計量設定値が小さい場合は、計量時間は短く、大きい場
合は長くなる。従って、製造サイクル上適性な計量時間
の計量装置が計量設定値に応じて必要であり、装置数が
増加する。

また、複数の原料粉を混合して新たな混合粉を生産する
場合、例えば原料粉毎に計量設定値が異なると、生産シ
ステムの製造能力は長時間計量を必要とする原材料によ
って決定される。

本発明の目的は、上記事情に基づいてなされたもので、
外乱や粉体物性の変化による流速変動に影響されない高
精度な計量を実現すると共に、広範囲な計量範囲を確保
し、かつ計量設定値の大小に左右されないで短時間計量
を実現する粉体計量方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明の上記目的は、供給容器から受入容器
に粉体を供給して計量するに際し、任意に設定される計
量設定値と実計量値とにより粉体の供給流速を変化させ
るクローズドループの粉体計量方法において、流速を制
御する流量調整器の流量特性と計量設定値とによりファ
ジィ推論を行って計量開始前の前記流量調整器の粉体移
送速度を決定すると共に、遂次観測される実計量値と計
量設定値とに基づいてファジィ制御を行い、前記移送速
度を変化することを特徴とする粉体計量方法により達成
される。

（実施態様） 以下、図面により本発明の実施態様を説明する。

第１図は、本発明の１実施態様に適用される粉体計量装
置であり、本実施態様では、粉体を下流側に配置した受
入容器に移送し、該受入容器で計量を行う加算式計量を
示している。

図において、１は被計量粉体が充填された供給容器とし
ての貯蔵ホッパ、２は貯蔵ホッパ１の出口に配置され、
粉体の送流速度を制御する流量調整器としてのスクリュ
ーフィーダ、３はシャッタゲート、４はロードセル５上
に配置されて計量機能を有した受入容器としての計量ホ
ッパ、６はロードセルアンプ、７は前記スクリューフィ
ーダ２及びシャッタゲート３を制御する計量制御装置、
８は前記計量制御装置７により制御されるサーボドライ
バ、９は前記サーボドライバにより前記スクリューフィ
ーダ２を回転駆動するサーボモータである。

前記スクリューフィーダ２は回転速度を変化する事で供
給粉体流量を広範囲に亘って変化させることができるも
のである。

次に、本発明の粉体計量方法について、第２図の制御ブ
ロック図を第１図と併用して説明する。

任意量の計量設定値が計量制御装置７に与えられると、
計量制御装置７のファジィ制御部７２は、前記スクリュ
ーフィーダ２の流量特性からファジィ推論によるスクリ
ューフィーダの初期回転速度を算出する。

計量制御装置７は、計量開始と同時にこの初期回転速度
で前記スクリューフィーダ２のサーボモータ９が回転す
るように、前記サーボドライバ８を制御し、かつシャッ
タゲート３を開く。

これにより、粉体は貯蔵ホッパ１から計量ホッパ４に移
送されて、計量ホッパ４により実重量値が計量される。

この際、前記計量ホッパ４は所定の制御周期にて、時々
刻々と変わる実計量値を観測しており、ロードセル５に
より計量された実計量値はロードセルアンプ６を介して
計量制御装置７にフィードバックされる。

計量制御装置７はフィルタ演算部７１がこのフィードバ
ックされる実計算値と計算設定値との偏差及び偏差の時
間的変化量を算出すると共に、これら量にローパスフィ
ルタ処理を施した観測量を算出する。

前記ファジィ制御部７２は、この観測量をもとにファジ
ィ推論を行い、次の制御周期における前記スクリューフ
ィーダ２の回転速度を算出し、流速を変更する。

この際、ファジィ推論によるメンバーシップ関数は、第
３図に図示するように、偏差量及び偏差時間変化量の各
物理量に対応する軸の分割が、物理量の小さい区間を細
かくした例えば片対数として表現される。これは、計量
精度向上並びに短時間計量を目的とするためであり、偏
差量が大であれば、制御性の良い事は必要なく、偏差量
が小である場合に制御精度を向上させる必要があるから
である。このことは、ローパスフィルタ処理機能にも当
てはまり、偏差量等が小さい場合にローパスフィルタの
偏差量等を使用し、計量検出器（ロードセル）の動特性
を緩和して計量精度を向上させる。

計量開始後、前記スクリューフィーダ２は適切な回転速
度となるように制御され、次第に計量偏差が小さくなる
につれ、回転速度も次第に遅くなる方向になり、流速は
少なくなる。計量偏差、計量偏差時間の時間変化量が小
さくなり、計量偏差がある値以下となると、計量停止し
、シャッタゲート３は閉となり、スクリューフィーダ２
の回転数は０となり、回転を停止する。このとき、流速
は微小であり、流れ込み量は微小である。よって、計量
範囲において、計量設定値とかプロセスの系によりスク
リューフィーダ２の動作が変わり、計量設定値の大小を
問わず同一計量装置にて計量ができ、計量範囲が拡大す
る。但し、検出端の静的精度内である。

又、計量時間においても、シャッタゲート３の動作パタ
ーンが変化し、計量設定値の大小を問わず、はぼ同一の
短時間の計量ができる。

以上の様に、本発明の計量方法は、ロードセル５の観測
量を基に、定められた制御周期にてスクリューフィーダ
の回転数をクローズドループ（第２図）にてファジィ制
御し、結果として流速を制御する。

なお、前記実施態様では、流速を可変する流量調整器と
してスクリューフィーダを挙げたが、スクリューフィー
ダと同様に回転数の指令にて流れを可変させるロークリ
式であってもよい。また、流動性のよい粉体であれば、
位置指令により開度を可変にして流れを変化させる開度
ダンパも適用できる。さらに駆動装置としてはサーボモ
ータに限らずインバータモータでも可能であり、回転数
や位置が変化できる装置であればいずれの装置でもよい
。

（実施例） 次に、本発明に基づいて行った実験結果について述べる
。

この実験は、先の第１図に示した計量装置において行っ
た。

本結果の計量装置は、最大５ｋｇの計量ができ、ロード
セルの精度は２５００分の１である。スクリューフィー
ダはインバータモータにて回転数制御され、計量制御装
置から回転数指令（電圧出力）が出力される。

第４図は、２種類の粉体の各々のインバータ入力電圧（
回転数）に対する流量（平均値）特性を示す。この２種
類の粉体の特徴について記すと、粉体Ａは顆粒状であり
、見掛は比重０．５程度であり、粉体Ｂは付着性の強い
小麦粉状のものであり、見掛は比重は０．５程度である
。この２種類の粉体について第１図の構成系にて、各々
制御方式等全く変更せずに計量を行った。

第５図は、その時の粉体Ａの１ｋｇ計量結果を示す。又
、第６図に粉体Ｂの１ｋｇ計量結果を示す。

第５図と第６図から明らかな通り、スクリューフィーダ
の回転数の動作パターンは変わるが、はぼ同じ計量時間
で高精度の計量結果が得られた。

又、貯蔵ホッパに振動を加え粉体を圧縮し、流動性を変
化させるなど、流量特性に変化を加えたが、当然スクリ
ューフィーダの動作パターンは異なるものの、計量時間
、計量精度共に同一の結果を得た。

第１表は、計量設定値に対する計量時間及び計量精度の
関係を示す。尚、計量精度は別の検定された重量計にて
流出粉体を計測したものである。

５ｋｇの計量では、本実験系で使用したインバータモー
タの最大回転数の制限にて計量時間は長くなったものの
計量精度は±２ｇであった。このインバータモータの能
力を上げれば、計量時間については短縮可能である。図
７に粉体Ｂの５ｋｇ計量結果を示すが、これから明らか
なように最大回転数で流出しており、この流出速度が向
上すれば更に時間短縮となる。

又、本実験系では、２５００分の１の精度のロードセル
を使用したため、５０ｇ計量の場合、精度は±２ｇであ
り、これはロードセルの静荷重精度と等しい。したがっ
て、ロードセルとして５０００分の１のタイプを使用す
れば、計量レンジ１：１００において±１．Ｑ％の精度
が得られることが分かる。更に、本実験系では、インバ
ータモータを使用し、回転数レンジ（最低回転数と最大
回転数の比）は１；１０であった。このモータをサーボ
モータに変更すれば、より回転数レンジが広がり計量レ
ンジ１：１００において同一の計量時間並びにより高精
度の計量が可能である。

第１表 （発明の効果） 以上記載したとおり、本発明の粉体計量方法により、流
量調整器の流量特性、計量システムの構成等に依存せず
、同一のメンバーシップ関数並びにファジィルールにて
、下記の効果が得られる。

■　外乱や粉体物性の変化による流速変動に影響されな
い高精度な計量の実現 ■　計量設定値の範囲の広いワイドレンジの計量の実現 ■　計量設定値の大小に依存しない短時間の計量の実現 更に、計量制御装置と１７で、低容量のメモリにて容易
に製作でき、装置価格のコストダウンができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施態様に適用される粉体計量装置
を説明する図、第２図は第１図の装置における制御プロ
セスを説明するブロック図、第３図はファジィ制御のメ
ンバーシップ関数を説明する図、第４図は２種類の粉体
のスクリューフィーダによる流量特性図、第５図ないし
第７図は本発明に基づいて行った実施例の計量特性図で
ある。 ■・・・貯蔵ホッパ、　　　２・・・スクリューフィー
ダ。 ３・・・シャッタゲート　４・・・計量ホッパ。 ５・・・ロードセル、　　　６・・・ロードセルアンプ
。 ７・・・計量制御装置、　　８・・・サーボドライバ。 ９・・・サーボモータ 代理人弁理士（８１０７）佐々木　清隆第　　１　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）供給容器から受入容器に粉体を供給して計量するに
   際し、任意に設定される計量設定値と実計量値とにより
   粉体の供給流速を変化させるクローズドループの粉体計
   量方法において、流速を制御する流量調整器の流量特性
   と計量設定値とによりファジィ推論を行って計量開始前
   の前記流量調整器の粉体移送速度を決定すると共に、遂
   次観測される実計量値と計量設定値とにもとずいてファ
   ジィ制御を行い、前記移送速度を変化することを特徴と
   する粉体計量方法。 ２）流量調整器がスクリューフィーダ又はロータリ式又
   は開度ダンパにより設けられることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の粉体計量方法。 ３）流量調整器の流量特性が所定範囲で流量を生じない
   デッドゾーンを有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の粉体計量方法。 ４）計量設定値と実値量値との偏差及び偏差の時間的変
   化量にローパスフィルタ処理を施して観測量とすること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項第２項又は第３項に
   記載の粉体計量方法。 ５）ファジィ推論のメンバーシップ関数として物理量に
   対応する軸の分割を、物理量の小さい区間は細かくする
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   何れか１項に記載の粉体計量方法。