专利名称：连续自动配料机及其应用的制作方法
技术领域：
本发明连续自动配混料机及应用属于机械制造与自动化控制等技术领域。具体而言，是一种主要应用于化纤、塑料等行业，通过该设备将多组分原料(粒料)按工艺配比进行动态配料，并搅拌均匀，连续供料给化纤纺丝或塑料注塑等设备的技术方案。
背景技术：
随着复合材料的广泛应用，越来越多的塑料、化纤等产品要求赋于特殊的功能(如着色、阻燃、抗静电、远红外、抑菌除臭、高强、高韧、高吸湿等功能)，往往通过在其基料中添加各种助剂来实现。由于塑料、化纤的基料均为切片粒料，因此大部分工艺是先将各种添加助剂制成母粒(其助剂含量较高，形状、尺寸与基料切片相仿)，由母粒供应商提供；在使用螺杆挤出机生产上述塑料、化纤等功能性产品时，将基料和母粒按工艺配比配制、混合均匀后加入螺杆挤出机，连续自动配料机就是实现这一目标的生产设备，是螺杆挤出机的配套设备，连续配料机的技术路线有三种a、小螺杆配(母粒)料，与生产设备主螺杆按速度比例运转，以保证配比，但其致命弱点是精度无法提高、且供料量发生变化时，小螺杆无法迅速同步变化，造成配比失调。
b、动态称重法，理论上是最精确的，但实际运用中除存在与方案a同样的无法迅速同步变化的弊端外，而且现场稍有振动，则影响动态称重。
c、利用体积间接配重法(本项目所采取的技术路线)即通过大量的统计数据求出各组分原料(基料、母料)每计量孔体积的重量，据此按配比要求控制固定时间段各组分的落孔数(计量孔数)，并将计量好的各组分原料搅拌均匀，动态贮存在一搅拌桶内，随出随进，保持一定的料位高度，从而使配料比例不受出料量变化的影响。
方案a对于需料量常变的生产设备缺陷比较明显；方案b亦由于其结构复杂，使用要求苛刻，且价格高。
所以方案c即间接重量法已被供料量常变的连续生产线生产厂家所认同。目前国际上有数家公司都采用此技术路线生产同类设备，且趋于同一结构形式即计量盘采用固定的转速或采用交流电动机调速，配比范围变化较大时需更换不同孔径的计量盘；对于每一种工艺配比，控制系统需先算出每个计量周期(数分钟)的各组分落孔数，如果有时单一计量周期无法保证配比精度，往往通过相邻的两个计量周期落孔比平均数来保证配比的精确度。
国内也有很多厂家生产同类设备，大多数为小螺杆配料法的廉价产品，以满足那些对配比要求不高的用户的需求；另有两家公司生产的配料机采用方案c即间接重量法，但均为照搬国外80年代产品，关键机电部件从国外引进。目前只有一家公司生产此设备，控制仍沿袭80年代8位单板机水平，只能适用于一般要求的普通产品，对配比要求精度较高的产品，(如配比计量计算精度达万分之一时)无法胜任。
发明内容
本发明连续自动配料机及应用，目的在于应用PLC可编程控制器+步进电动机组成的粒料计量自动控制系统，集控制算法、软件编程、故障报警、良好的人机对话界面等功能，并采用自清洁装置和预混合装置等技术，用以克服现有同类产品的缺陷，进一步提高配料精度和运行可靠性。从而公开一种连续自动配料机的技术方案。
本发明连续自动配料机，其特征在于主要由控制系统I、配料装置II和混料装置III三部分组成。
控制系统I主要由PLC可编程控制器1、人机对话界面2(带键盘显示器)、步进电动机驱动装置3、步进电动机4、堵转报警传感器5、配料仓料位传感器6、混料仓料位传感器7、控制按钮8、控制旋钮9、信号灯10、蜂呜器11、频闪报警器12、变频器13、交流电动机14、控制程序软件23等组成。控制程序软件23由计量周期各组分落料孔整数的计算程序24、测试程序25、运行程序26三部分组成。部件3、4、5、6、8、9、10的数量可依据配料组分的多少(二组分或三组分等)而变化。连接见说明书附图1，虚线框内器件装于电控柜上，省略号表示其上方器件数量可变。
配料装置II是多单元装置，基料和各母粒均有一个单独的配料装置，其数量根据配料组分数确定。每个配装置单元主要由配料仓15、计量盘16、计量盘底座17、自清洁装置18、减速机构19等组成。自清洁装置18嵌入在计量盘底座17底部，位于落料口一侧，其进气口与压缩空气管线相连，该装置中间为气腔，出气口为一窄缝隙口。PLC可编程控制器1、驱动装置3、步进电动机4、减速机构19、计量盘16顺序连接。连接见说明书附图2，以三组分配料机为例。
混料装置III主要由混料仓20、预混料装置21、搅拌器22等组成，预混料装置21为一伞形园盘，在盘面的多个同心园园周处，分别开有若干个孔径不一的园孔。该装置位于弓形搅拌器上方，与弓形搅拌器同步运转。预混料装置21、搅拌器22由变频器13经交流电动机14连接。连接见说明书附图3，以二组分配料机为例。
上述连续自动配料机的应用，其特征在于A、旋动“测试”控制旋钮9后，控制程序软件23进入测试程序25，每按动对应各配料装置单元的“测试”控制按钮8一次，可对其计量盘16进行一次计量标定取样，每组分要连续取十份样品；B、将每组分的十份样品，用精密天平称重后，按公式每组分计量盘16每孔重量标定值(克)＝∑每组分样品重量(克)/80(孔)，进行计算；C、通过人机对话界面2输入各组分配比相关参数及各组分计量盘16每孔重量的标定值；D、控制程序软件23中计量周期各组分落料孔整数的计算程序24自动计算出一组运行参数，供料量、计量周期时间、各组分计量周期落料孔数，并以此求出各计量盘16的运行参数；E、旋动“运行”控制旋钮9后，进入运行程序26，计量盘16依照工艺配比对各组分进行配料，自清洁装置18喷出的线状气流可杜绝计量盘“卡料”故障的发生；F、配好的料落入混料仓20，经预混料装置21进行粒料预混合，再经搅拌器22使其混合均匀，从混料仓20出口进入螺杆挤出机；G、当混料仓20中的料位高于混料仓上限位时，混料仓料位传感器7动作，系统停止配料；H、当料位低于上限位一定程度后，系统又开始配料；I、当某配料仓15缺料或计量盘16卡料时，PLC可编程控制器1使对应信号灯10亮，蜂呜器11、频闪报警器12发出声光报警信号；J、人机对话界面2能设定和修改配料工艺，还能显示运行参数及产量累计值。
上述连续自动配料机及应用，其特征还在于a、用步进电动机组成粒料计量控制系统，拓展了步进电动机的应用领域。
b、艺配比可精确到小数点后四位，计量计算精度可达0.01％以上。
c、在设备允许的不同配比、供料量范围内，采用“逼进法”控制算法均可在一个计量周期内求得各组分的落料孔数，且为整数。无需用相邻的两个计量周期不同落孔数之平均数来保证配比，使配比更为精确。
d、在设备允许的不同配比、供料量范围内，均无需更换不同孔径的计量盘16，给生产带来极大的方便。
e、采用自清洁装置18，可进一步提高设备的运行可靠性f、预混料装置21的应用，使设备混料均匀性得到改善。
附图1为控制系统I的连接框中的标号分别为1.为PLC可编程控制器 2.为人机对话界面3.为步进电动机驱动装置4.为步进电动机5.为堵转报警传感器6.为配料仓料位传感器7.为混料仓料位传感器 8.为控制按钮9.为控制旋钮 10.为信号灯11.为蜂呜器 12.为频闪报警器13.为变频器 14.为交流电动机。
附图2为配料装置II的连接框中的标号分别为4.为步进电动机 15.为配料仓16.为计量盘 17.为计量盘底座18.为自清洁装置 19.为减速机构附图3为混料装置III的连接框中的标号分别为14.为交流电动机 20.为混料仓21.为预混料装置 22.为搅拌器具体实施方式
实施方式1配料装置II为两组分配料方案，生产滌纶POY有色纤维。
步骤1编程控制器1选用SIEMENS S7-224，人机对话界面2选用SIEMENS TD200文本显示器，步进电动机驱动装置3选用国产SH-2H-130M型，步进电动机4选用国产130BYG-405A型，堵转报警传感器5选用OMRON E2K型，配料仓料位传感器6、混料仓料位传感器7选用德国图尔克B12-M12-AN6X型，变频器13选用富士G11-0.75KW型，交流电动机14选用国产0.55KW型，依照各器件的功能并按附图一所示的连接关系进行组装，经软硬件调试，即可实现控制装置I。
步骤2将配料装置II、混料装置III依据附图二、三进行组装并调试，即可实现配料机机械部分。
步骤3根据用户生产线现场设备情况，设计制作配料机上方、下方与现场设备的机械接口部件。将组装好的控制装置I、配料装置II和混料装置III，经整机调试后可在用户生产线安装。
步骤4将配料装置II各单元分别装入基料和母粒，启动配料机的测试程序，进行各组分每孔克重的实物多次取样。并用精密天平将各试样称重，计算出各组分每孔克重标定值。本实施方式将配料装置II单元1装入滌纶切片(基料)，单元2装入色母粒，步骤5将生产工艺相关参数及各组分配比、各组分每孔重量标定值输入人机对话界面2。启动配料机的运行程序，同时启动生产线(如螺杆挤压机)，连续自动配料机开始连续配、供料。
以下实施方式2、3的其它内容同实施方式1。
实施方式2配料装置II为三组分配料方案，生产锦纶FDY有色除臭防菌纤维。本实施方式将配料装置II单元1装入锦纶切片(基料)，单元2装入色母粒，单元3装入除臭防菌母粒。按工艺配比配料。
实施方式3配料装置II为三组分配料方案，用于注塑生产尼龙6增韧、着色工程塑料件。本实施方式将配料装置II单元1装入尼龙6切片(基料)，单元2装入增韧母粒，单元3装入色母粒。按工艺配比配料。
权利要求
1.本发明连续自动配料机，其特征在于主要由控制系统I、配料装置II和混料装置III三部分组成；控制系统I由PLC可编程控制器(1)、人机对话界面(2)、步进电动机驱动装置(3)、步进电动机(4)、堵转报警传感器(5)、配料仓料位传感器(6)、混料仓料位传感器(7)、控制按钮(8)、控制旋钮(9)、信号灯(10)、蜂呜器(11)、频闪报警器(12)、变频器(13)、交流电动机(14)及控制程序软件(23)组成；控制程序软件(23)由计量周期各组分落料孔整数的计算程序(24)、测试程序(25)、运行程序(26)三部分组成；部件(3)、(4)、(5)、(6)、(8)、(9)、(10)的数量根据配料组分数确定；配料装置II是多单元装置，基料和各母粒均有一个单独的配料装置，其数量与配料组分数相对应；每个配料装置单元由配料仓(15)、计量盘(16)、计量盘底座(17)、自清洁装置(18)、减速机构(19)组成；自清洁装置(18)嵌入在计量盘底座(17)底部，位于落料口一侧，其进气口与压缩空气管线相连，该装置中间为气腔，出气口为一窄缝隙口；PLC可编程控制器(1)、驱动装置(3)、步进电动机(4)、减速机构(19)、计量盘(16)顺序连接；混料装置III主要由混料仓(20)、预混料装置(21)、搅拌器(22)组成；预混料装置(21)为一伞形圆盘，在盘面的多个同心圆圆周处，分别开有若干个孔径不一的园孔，该装置位于搅拌器(22)上方，与搅拌器(22)同步运转；变频器(13)经交流电动机(14)连接预混料装置(21)、搅拌器(22)。
2权利要求1所述的连续自动配料机的应用，其特征在于，其具体的步骤方法为A、旋动“测试”控制旋钮(9)后，控制程序软件(23)进入测试程序(25)，每按动对应各配料装置单元的“测试”控制按钮(8)一次，可对其计量盘(16)进行一次计量标定取样，每组分要连续取十份样品；B、将每组分的十份样品，用精密天平称重后，按公式每组分计量盘(16)每孔重量标定值(克)＝∑每组分样品重量(克)/80(孔)，进行计算；C、通过人机对话界面(2)输入各组分配比相关参数及各组分计量盘(16)每孔重量的标定值；D、控制程序软件(23)中计量周期各组分落料孔整数的计算程序(24)自动计算出一组运行参数，供料量、计量周期时间、各组分计量周期落料孔数，并以此求出各计量盘(16)的运行参数；E、旋动“运行”控制旋钮(9)后，进入运行程序(26)，计量盘(16)依照工艺配比对各组分进行配料，自清洁装置(18)喷出的线状气流可杜绝计量盘“卡料”故障的发生；F、配好的料落入混料仓(20)，经预混料装置(21)进行粒料预混合，再经搅拌器(22)使其混合均匀，从混料仓(20)出口进入螺杆挤出机；G、当混料仓(20)中的料位高于混料仓上限位时，混料仓料位传感器(7)动作，系统停止配料；H、当料位低于上限位一定程度后，系统又开始配料；I、当某配料仓(15)缺料或计量盘(16)卡料时，PLC可编程控制器(1)使对应信号灯(10)亮，蜂呜器(11)、频闪报警器(12)发出声光报警信号；J、人机对话界面(2)能设定和修改配料工艺，还能显示运行参数及产量累计值。
全文摘要
本发明连续自动配料机及应用，属于机械制造与自动化控制等技术领域。是一种将多种原料组分(粒料)按工艺配比进行动态配料，并搅拌均匀，连续供料给化纤纺丝或塑料注塑设备的技术方案。其特征在于通过PLC+步进电动机组成的粒料计量自动控制系统，实现了高精度连续自动配、混料；工艺配比可精确到小数点后四位，计量计算精度可达0.01％以上；在设备允许的不同配比供料量范围内程序软件均可在一个计量周期内求得各组分的落料孔数，且为整数，无需用相邻的两个计量周期不同落孔数之平均数来保证配比；同样在上述工艺范围内，均无需更换不同孔径的计量盘；同时采用自清洁装置、预混料装置，进一步提高了设备的运行可靠性及混料均匀性。
文档编号B65G47/51GK1513740SQ0314325
公开日2004年7月21日 申请日期2003年8月18日 优先权日2003年8月18日
发明者王中苏, 李世焕, 戴晋明, 高立斌 申请人:太原理工大学