專利名稱：一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸送機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
在散態(tài)物料自動稱量過程中，通常使用螺旋輸送機(jī)承擔(dān)向電子秤設(shè)備精確送料的任務(wù)?，F(xiàn)有的螺旋輸送機(jī)均為單螺旋結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)設(shè)計成漸開螺旋，即將螺旋輸送機(jī)的螺旋由小螺距分段展開為大螺距，在螺旋推進(jìn)物料前進(jìn)時，使散態(tài)物料在螺旋U型槽中呈現(xiàn)送料量逐步降低的輸送狀態(tài)，達(dá)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，一般采用直流電機(jī)或調(diào)頻電機(jī)控制送料螺旋的旋轉(zhuǎn)速度。依照螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(dāng)稱量開始時，螺旋快速推進(jìn)送料，以提高送料效率；當(dāng)電子秤測得物料重量達(dá)到某值時，螺旋轉(zhuǎn)為慢速推進(jìn)物料，使物料逐步更加接近設(shè)定值；當(dāng)物料重量十分接近設(shè)定值時，螺旋轉(zhuǎn)為點動方式送料，精確送料過程需要經(jīng)過一次或多次點動；點動送料過程中，由電子秤及PLC測量并計算其重量是否達(dá)到設(shè)定值要求，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值要求時，稱量結(jié)束?，F(xiàn)有的螺旋輸送機(jī)采用漸開螺旋配合電子秤進(jìn)行自動稱量，存在以下問題:1、螺旋點動送料有時會超過設(shè)定值和允許誤差，使稱量失??；由于自動稱量時，設(shè)備都是在密封狀態(tài)下工作的，重量不足時，控制程序可以操作設(shè)備逐步添加物料，但是當(dāng)稱量失敗時，則只能人工進(jìn)行處理，使自動稱量作業(yè)中斷，費工誤時，還可能造成環(huán)境的深度污染。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(yè)時長，嚴(yán)重限制了自動稱量設(shè)備適應(yīng)生產(chǎn)工藝要求的自由度，使得自動稱量設(shè)備的選用受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、稱量準(zhǔn)確、效率高的雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，由雙螺旋輸送機(jī)和雙螺旋微分定量控制裝置連接構(gòu)成，該雙螺旋輸送機(jī)包括機(jī)身、進(jìn)料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機(jī)、副螺旋和副螺旋電動機(jī)，進(jìn)料口設(shè)置在機(jī)身的一側(cè)上方，主螺旋水平安裝在機(jī)身內(nèi)部并與主螺旋電動機(jī)相連接，出料口設(shè)置在機(jī)身另一側(cè)的下方，在出料口旁的機(jī)身底部設(shè)有副螺旋進(jìn)料口，副螺旋水平安裝在副螺旋進(jìn)料口下方的物料槽內(nèi)并與副螺旋電動機(jī)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(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器，該主控單元分別與稱重傳感器、人機(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器相連接，該稱重傳感器安裝在出料口下方的電子秤內(nèi)。而且，所述的主螺旋由兩種螺距螺旋構(gòu)成，進(jìn)料口處的主螺旋采用葉片式，后段主螺旋采用單一螺距結(jié)構(gòu)。而且，所述的主螺旋通過主螺旋減速機(jī)及鏈輪與主螺旋電動機(jī)相連接；所述的副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機(jī)與副螺旋電動機(jī)相連接。而且，所述的在進(jìn)料口下方的機(jī)身側(cè)壁上設(shè)有可觀察進(jìn)料情況的觀察窗。而且，所述的出料口處安裝有用于控制出料的蝶閥。而且，所述的開關(guān)量輸入輸出模塊采用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(jī)交互裝置獲取用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息作為控制的目標(biāo)重量；步驟2:雙螺旋輸送機(jī)啟動，確定螺旋轉(zhuǎn)動速度；步驟3:以一定的采樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并記錄；步驟4:丟棄雙螺旋輸送機(jī)啟動時的數(shù)據(jù)，快速采集并記錄啟動穩(wěn)定后的稱重傳感器的量值；步驟5:對采集到的重量值進(jìn)行數(shù)字濾波與特征分析，分別提取重量信息和沖擊信息，在重量信息中濾除散態(tài)物料下降過程引入的沖擊量，然后對此信息加入預(yù)估的滯空重量值，進(jìn)行預(yù)估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機(jī)的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中:s(n)為當(dāng)前物料的總重量值，xl (η)為稱重傳感器輸出的重量數(shù)值，x2(n+k)為前k次序列分析得出的預(yù)估的滯空分量，χ3 (η)為散料下落后對稱重傳感器產(chǎn)生的沖擊分量；δ (η)是系統(tǒng)的各種噪聲值；a、b、c分別是上述三種重量的系數(shù)，在雙螺旋輸送機(jī)安裝完成后通過標(biāo)定的方法預(yù)置于系統(tǒng)的存儲介質(zhì)中；步驟6:根據(jù)重量計算值與預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息比對的結(jié)果，控制主螺旋停止位置，采用同樣的控制方法進(jìn)一步控制副螺旋停止位置，從而實現(xiàn)高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟2確定螺旋轉(zhuǎn)動速度是通過記錄啟動時間和工作時長來確定的。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟3的采樣頻率為每秒鐘1000次的采樣頻率。10、根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟4丟棄雙螺旋輸送機(jī)啟動時的數(shù)據(jù)為雙螺旋輸送機(jī)啟動后第一秒的數(shù)據(jù)，所述步驟4記錄啟動穩(wěn)定后的稱重傳感器的量值為啟動后的第二秒及以后的稱重傳感器量值。。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明采用雙螺旋輸送機(jī)及雙螺旋微分定量控制裝置實現(xiàn)對散態(tài)物料的精確稱重及輸送控制功能，有效地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了散態(tài)物料自動稱量的精度要求；同時，可以根據(jù)不同用戶的需要靈活地進(jìn)行設(shè)置，滿足了不同生產(chǎn)工藝的要求，能更好地適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。


圖1是本發(fā)明的雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的雙螺旋微分定量控制裝置的電路方框圖；圖3是本發(fā)明的控制方法的處理示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述。一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，由雙螺旋輸送機(jī)和雙螺旋微分定量控制裝置連接構(gòu)成。如圖1所示，雙螺旋輸送機(jī)包括機(jī)身14、進(jìn)料口 3、出料口 5、主螺旋2、主螺旋電動機(jī)
11、副螺旋7和副螺旋電動機(jī)10，進(jìn)料口設(shè)置在機(jī)身的一側(cè)上方，主螺旋水平安裝在機(jī)身內(nèi)部，主螺旋電動機(jī)安裝在進(jìn)料口一側(cè)的機(jī)身下方，該主螺旋電動機(jī)通過主螺旋減速機(jī)12及鏈輪13與主螺旋相連接，在進(jìn)料口下方的機(jī)身側(cè)壁上設(shè)有可觀察進(jìn)料情況的觀察窗4。出料口設(shè)置在機(jī)身另一側(cè)的下方，在出料口旁的機(jī)身底部設(shè)有副螺旋進(jìn)料口 I，副螺旋水平安裝在副螺旋進(jìn)料口下方的物料槽內(nèi)，該副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機(jī)與副螺旋電動機(jī)相連接，該副螺旋電動機(jī)安裝在機(jī)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用于出料控制。在本實施例中，主螺旋被設(shè)計為兩種螺距螺旋，進(jìn)料口處的主螺旋采用葉片式，其螺旋螺距為160mm，該螺旋螺距大小適用于物料的高效推進(jìn)，后段主螺旋采用單一螺距，其螺旋螺距均為200mm，該螺旋螺距適用于物料的均勻流動；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(dāng)主螺旋轉(zhuǎn)動時，散態(tài)物料沿螺旋斜面被推送前進(jìn)，并從出料口流出進(jìn)入電子秤，同時副螺旋的物料槽被物料填滿；副螺旋轉(zhuǎn)動時，推動少量散態(tài)物料流出；主、副螺旋的轉(zhuǎn)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(zhǔn)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(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器。所述的主控單元分別與稱重傳感器、人機(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器相連接；人機(jī)交互裝置采用操作顯示面板實現(xiàn)相應(yīng)的重量信息設(shè)定值及稱量精度要求等參數(shù)的設(shè)置與顯示，稱重傳感器安裝在電子秤內(nèi)用于采集電子秤上物料的重量信息；開關(guān)量輸入輸出模塊采用PLC控制模塊實現(xiàn)開關(guān)量數(shù)據(jù)的采集和開關(guān)量數(shù)據(jù)的輸出控制功能，主控單元通過主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器分別控制主螺旋電動機(jī)和副螺旋電動機(jī)。當(dāng)操作人員通過人機(jī)交互裝置輸入重量信息設(shè)定值及稱量精度要求參數(shù)后，雙螺旋微分定量控制裝置根據(jù)操作人員的指令啟動主螺旋和副螺旋旋轉(zhuǎn)送料，物料通過螺旋輸送機(jī)出口進(jìn)入電子秤，雙螺旋微分定量控制裝置采集稱重傳感器發(fā)出的重量信息，對主螺旋和副螺旋的物料輸送狀態(tài)信息進(jìn)行判斷并和設(shè)定的重量值進(jìn)行不斷的比較，然后再通過雙螺旋微分定量控制裝置控制主螺旋和副螺旋進(jìn)行精確送料。在雙螺旋微分定量控制裝置內(nèi)的主控單元內(nèi)安裝有雙螺旋微分定量控制程序，實現(xiàn)雙螺旋微分定量輸送控制方法。本發(fā)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(jī)交互裝置獲取用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息，并作為控制的目標(biāo)重量；
步驟2:雙螺旋輸送機(jī)啟動，確定螺旋轉(zhuǎn)動速度；雙螺旋輸送機(jī)啟動時，通過記錄啟動時間和工作時長，可以確定螺旋的轉(zhuǎn)動速度；步驟3:以每秒鐘1000次的采樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(通過24位ADC)，并記錄；步驟4:丟棄雙螺旋輸送機(jī)啟動時第一秒的數(shù)據(jù)，快速采集并記錄稱量開始后第
二秒及以后的稱重傳感器量值；步驟5:對采集到的重量值進(jìn)行數(shù)字濾波與特征分析，分別提取重量信息和沖擊信息，在重量信息中濾除散態(tài)物料下降過程引入的沖擊量，然后對此信息加入預(yù)估的滯空重量值，進(jìn)行預(yù)估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機(jī)的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中的xl (n)為數(shù)字濾波后的低頻分量，表示稱重傳感器輸出的重量數(shù)值；x2(n+k)為前k次序列分析得出的預(yù)估的滯空分量；x3(n)為散料下落后對稱重傳感器產(chǎn)生的沖擊分量；δ (η)是系統(tǒng)的各種噪聲。表達(dá)式的輸出s(n)即為當(dāng)前物料的總重量值；所述的a、b、c分別是上述三種重量的系數(shù)，在雙螺旋輸送機(jī)安裝完成后通過標(biāo)定的方法預(yù)置于系統(tǒng)的存儲介質(zhì)中。步驟6:根據(jù)重量計算值與預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息比對的結(jié)果，控制主螺旋停止位置，采用同樣的控制方法進(jìn)一步控制副螺旋停止位置，從而實現(xiàn)高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:由雙螺旋輸送機(jī)和雙螺旋微分定量控制裝置連接構(gòu)成，該雙螺旋輸送機(jī)包括機(jī)身、進(jìn)料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機(jī)、副螺旋和副螺旋電動機(jī)，進(jìn)料口設(shè)置在機(jī)身的一側(cè)上方，主螺旋水平安裝在機(jī)身內(nèi)部并與主螺旋電動機(jī)相連接，出料口設(shè)置在機(jī)身另一側(cè)的下方，在出料口旁的機(jī)身底部設(shè)有副螺旋進(jìn)料口，副螺旋水平安裝在副螺旋進(jìn)料口下方的物料槽內(nèi)并與副螺旋電動機(jī)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(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器，該主控單元分別與稱重傳感器、人機(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器相連接，該稱重傳感器安裝在出料口下方的電子秤內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:所述的主螺旋由兩種螺距螺旋構(gòu)成，進(jìn)料口處的主螺旋采用葉片式，后段主螺旋采用單一螺距結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:所述的主螺旋通過主螺旋減速機(jī)及鏈輪與主螺旋電動機(jī)相連接；所述的副螺旋通過同步帶輪和副螺旋減速機(jī)與副螺旋電動機(jī)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:所述的在進(jìn)料口下方的機(jī)身側(cè)壁上設(shè)有可觀察進(jìn)料情況的觀察窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:所述的出料口處安裝有用于控制出料的蝶閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)，其特征在于:所述的開關(guān)量輸入輸出模塊采用PLC控制模塊。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一項所述雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:通過人機(jī)交互裝置獲取用戶預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息作為控制的目標(biāo)重量； 步驟2:雙螺旋輸送機(jī)啟動，確定螺旋轉(zhuǎn)動速度； 步驟3:以一定的采樣頻率對稱重傳感器的輸出量值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并記錄； 步驟4:丟棄雙螺旋輸送機(jī)啟動時的數(shù)據(jù)，快速采集并記錄啟動穩(wěn)定后的稱重傳感器的量值； 步驟5:對采集到的重量值進(jìn)行數(shù)字濾波與特征分析，分別提取重量信息和沖擊信息，在重量信息中濾除散態(tài)物料下降過程引入的沖擊量，然后對此信息加入預(yù)估的滯空重量值，進(jìn)行預(yù)估滯空重量補償，從而建立雙螺旋輸送機(jī)的重量模型: s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) _cx3 (η) - δ (n) 上式中:s(n)為當(dāng)前物料的總重量值，xl (η)為稱重傳感器輸出的重量數(shù)值，x2(n+k)為前k次序列分析得出的預(yù)估的滯空分量，x3(n)為散料下落后對稱重傳感器產(chǎn)生的沖擊分量；δ (η)是系統(tǒng)的各種噪聲值；a、b、c分別是上述三種重量的系數(shù)，在雙螺旋輸送機(jī)安裝完成后通過標(biāo)定的方法預(yù)置于系統(tǒng)的存儲介質(zhì)中； 步驟6:根據(jù)重量計算值與預(yù)設(shè)目標(biāo)重量信息比對的結(jié)果，控制主螺旋停止位置，采用同樣的控制方法進(jìn)一步控制副螺旋停止位置，從而實現(xiàn)高精度的雙螺旋微分定量輸送控制功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟2確定螺旋轉(zhuǎn)動速度是通過記錄啟動時間和工作時長來確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟3的采樣頻率為每秒鐘1000次的采樣頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種雙螺旋微分定量輸送控制方法，其特征在于:所述步驟4丟棄雙螺旋輸送機(jī)啟動時的數(shù)據(jù)為雙螺旋輸送機(jī)啟動后第一秒的數(shù)據(jù)，所述步驟4記錄啟動穩(wěn)定后的稱重傳感器的量值為啟動后的第二秒及以后的稱重傳感器量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙螺旋微分定量輸送系統(tǒng)及其控制方法，其技術(shù)特點是該系統(tǒng)由雙螺旋輸送機(jī)和雙螺旋微分定量控制裝置連接構(gòu)成，所述的雙螺旋輸送機(jī)包括機(jī)身、進(jìn)料口、出料口、主螺旋、主螺旋電動機(jī)、副螺旋和副螺旋電動機(jī)，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(jī)交互裝置、開關(guān)量輸入輸出模塊、主螺旋驅(qū)動器和副螺旋驅(qū)動器；所述的控制方法對采集到的重量值進(jìn)行數(shù)字濾波與特征分析,分別提取重量信息和沖擊信息，在重量信息中濾除散態(tài)物料下降過程引入的沖擊量，然后對此信息加入預(yù)估的滯空重量值，進(jìn)行預(yù)估滯空重量補償。本發(fā)明有效地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了散態(tài)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(yōu)先權(quán)日2013年2月18日
發(fā)明者薛海軍, 陳勁, 任智鋒, 何衛(wèi)國 申請人:天津市國達(dá)測控技術(shù)有限公司