专利名称：一种双螺旋微分定量输送系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于输送机技术领域，尤其是一种双螺旋微分定量输送系统及其控制方法。
背景技术：
在散态物料自动称量过程中，通常使用螺旋输送机承担向电子秤设备精确送料的任务。现有的螺旋输送机均为单螺旋结构的输送机，螺旋输送机设计成渐开螺旋，即将螺旋输送机的螺旋由小螺距分段展开为大螺距，在螺旋推进物料前进时，使散态物料在螺旋U型槽中呈现送料量逐步降低的输送状态，达到微量送料的目的，从而控制称量精度符合要求。这时，为满足高精度称量的需要，一般采用直流电机或调频电机控制送料螺旋的旋转速度。依照螺旋输送机的旋转速度，可分为如下三个送料阶段:快速送料阶段、慢速送料阶段、点动送料阶段。即:当称量开始时，螺旋快速推进送料，以提高送料效率；当电子秤测得物料重量达到某值时，螺旋转为慢速推进物料，使物料逐步更加接近设定值；当物料重量十分接近设定值时，螺旋转为点动方式送料，精确送料过程需要经过一次或多次点动；点动送料过程中，由电子秤及PLC测量并计算其重量是否达到设定值要求，当达到设定值要求时，称量结束。现有的螺旋输送机采用渐开螺旋配合电子秤进行自动称量，存在以下问题:1、螺旋点动送料有时会超过设定值和允许误差，使称量失败；由于自动称量时，设备都是在密封状态下工作的，重量不足时，控制程序可以操作设备逐步添加物料，但是当称量失败时，则只能人工进行处理，使自动称量作业中断，费工误时，还可能造成环境的深度污染。2、称量操作时间长，尤其是慢速和点动送料操作耗费了大部分称量作业时长，严重限制了自动称量设备适应生产工艺要求的自由度，使得自动称量设备的选用受到极大限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、称量准确、效率高的双螺旋微分定量输送系统及其控制方法。本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:一种双螺旋微分定量输送系统，由双螺旋输送机和双螺旋微分定量控制装置连接构成，该双螺旋输送机包括机身、进料口、出料口、主螺旋、主螺旋电动机、副螺旋和副螺旋电动机，进料口设置在机身的一侧上方，主螺旋水平安装在机身内部并与主螺旋电动机相连接，出料口设置在机身另一侧的下方，在出料口旁的机身底部设有副螺旋进料口，副螺旋水平安装在副螺旋进料口下方的物料槽内并与副螺旋电动机相连接，该副螺旋与主螺旋共用一个出料口 ；所述的双螺旋微分定量控制装置包括主控单元、称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器，该主控单元分别与称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器相连接，该称重传感器安装在出料口下方的电子秤内。而且，所述的主螺旋由两种螺距螺旋构成，进料口处的主螺旋采用叶片式，后段主螺旋采用单一螺距结构。而且，所述的主螺旋通过主螺旋减速机及链轮与主螺旋电动机相连接；所述的副螺旋通过同步带轮和副螺旋减速机与副螺旋电动机相连接。而且，所述的在进料口下方的机身侧壁上设有可观察进料情况的观察窗。而且，所述的出料口处安装有用于控制出料的蝶阀。而且，所述的开关量输入输出模块采用PLC控制模块。一种双螺旋微分定量输送控制方法，包括以下步骤:步骤1:通过人机交互装置获取用户预设目标重量信息作为控制的目标重量；步骤2:双螺旋输送机启动，确定螺旋转动速度；步骤3:以一定的采样频率对称重传感器的输出量值进行模数转换并记录；步骤4:丢弃双螺旋输送机启动时的数据，快速采集并记录启动稳定后的称重传感器的量值；步骤5:对采集到的重量值进行数字滤波与特征分析，分别提取重量信息和冲击信息，在重量信息中滤除散态物料下降过程引入的冲击量，然后对此信息加入预估的滞空重量值，进行预估滞空重量补偿，从而建立双螺旋输送机的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中:s(n)为当前物料的总重量值，xl (η)为称重传感器输出的重量数值，x2(n+k)为前k次序列分析得出的预估的滞空分量，χ3 (η)为散料下落后对称重传感器产生的冲击分量；δ (η)是系统的各种噪声值；a、b、c分别是上述三种重量的系数，在双螺旋输送机安装完成后通过标定的方法预置于系统的存储介质中；步骤6:根据重量计算值与预设目标重量信息比对的结果，控制主螺旋停止位置，采用同样的控制方法进一步控制副螺旋停止位置，从而实现高精度的双螺旋微分定量输送控制功能。8、根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤2确定螺旋转动速度是通过记录启动时间和工作时长来确定的。9、根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤3的采样频率为每秒钟1000次的采样频率。10、根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤4丢弃双螺旋输送机启动时的数据为双螺旋输送机启动后第一秒的数据，所述步骤4记录启动稳定后的称重传感器的量值为启动后的第二秒及以后的称重传感器量值。。本发明的优点和积极效果是:本发明采用双螺旋输送机及双螺旋微分定量控制装置实现对散态物料的精确称重及输送控制功能，有效地提高了生产效率，降低了生产成本，满足了散态物料自动称量的精度要求；同时，可以根据不同用户的需要灵活地进行设置，满足了不同生产工艺的要求，能更好地适应工业化生产的要求。
图1是本发明的双螺旋微分定量输送系统的结构示意图；图2是本发明的双螺旋微分定量控制装置的电路方框图；图3是本发明的控制方法的处理示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。一种双螺旋微分定量输送系统，由双螺旋输送机和双螺旋微分定量控制装置连接构成。如图1所示，双螺旋输送机包括机身14、进料口 3、出料口 5、主螺旋2、主螺旋电动机
11、副螺旋7和副螺旋电动机10，进料口设置在机身的一侧上方，主螺旋水平安装在机身内部，主螺旋电动机安装在进料口一侧的机身下方，该主螺旋电动机通过主螺旋减速机12及链轮13与主螺旋相连接，在进料口下方的机身侧壁上设有可观察进料情况的观察窗4。出料口设置在机身另一侧的下方，在出料口旁的机身底部设有副螺旋进料口 I，副螺旋水平安装在副螺旋进料口下方的物料槽内，该副螺旋通过同步带轮和副螺旋减速机与副螺旋电动机相连接，该副螺旋电动机安装在机身的下方。该副螺旋与主螺旋共用一个出料口，在出料口处安装有蝶阀6用于出料控制。在本实施例中，主螺旋被设计为两种螺距螺旋，进料口处的主螺旋采用叶片式，其螺旋螺距为160mm，该螺旋螺距大小适用于物料的高效推进，后段主螺旋采用单一螺距，其螺旋螺距均为200mm，该螺旋螺距适用于物料的均匀流动；副螺旋的直径为80mm-100mm，螺旋长径比为8，螺旋截面积为5027-7854平方毫米。当主螺旋转动时，散态物料沿螺旋斜面被推送前进，并从出料口流出进入电子秤，同时副螺旋的物料槽被物料填满；副螺旋转动时，推动少量散态物料流出；主、副螺旋的转速和启闭时间受双螺旋微分定量控制装置的控制，做高效和准确的定量输送。如图2所示，双螺旋微分定量控制装置包括主控单元、称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器。所述的主控单元分别与称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器相连接；人机交互装置采用操作显示面板实现相应的重量信息设定值及称量精度要求等参数的设置与显示，称重传感器安装在电子秤内用于采集电子秤上物料的重量信息；开关量输入输出模块采用PLC控制模块实现开关量数据的采集和开关量数据的输出控制功能，主控单元通过主螺旋驱动器和副螺旋驱动器分别控制主螺旋电动机和副螺旋电动机。当操作人员通过人机交互装置输入重量信息设定值及称量精度要求参数后，双螺旋微分定量控制装置根据操作人员的指令启动主螺旋和副螺旋旋转送料，物料通过螺旋输送机出口进入电子秤，双螺旋微分定量控制装置采集称重传感器发出的重量信息，对主螺旋和副螺旋的物料输送状态信息进行判断并和设定的重量值进行不断的比较，然后再通过双螺旋微分定量控制装置控制主螺旋和副螺旋进行精确送料。在双螺旋微分定量控制装置内的主控单元内安装有双螺旋微分定量控制程序，实现双螺旋微分定量输送控制方法。本发明的双螺旋微分定量输送控制方法，如图3所示，包括以下步骤:步骤1:通过人机交互装置获取用户预设目标重量信息，并作为控制的目标重量；
步骤2:双螺旋输送机启动，确定螺旋转动速度；双螺旋输送机启动时，通过记录启动时间和工作时长，可以确定螺旋的转动速度；步骤3:以每秒钟1000次的采样频率对称重传感器的输出量值进行模数转换(通过24位ADC)，并记录；步骤4:丢弃双螺旋输送机启动时第一秒的数据，快速采集并记录称量开始后第
二秒及以后的称重传感器量值；步骤5:对采集到的重量值进行数字滤波与特征分析，分别提取重量信息和冲击信息，在重量信息中滤除散态物料下降过程引入的冲击量，然后对此信息加入预估的滞空重量值，进行预估滞空重量补偿，从而建立双螺旋输送机的重量模型:s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) -cx3 (η) - δ (n)上式中的xl (n)为数字滤波后的低频分量，表示称重传感器输出的重量数值；x2(n+k)为前k次序列分析得出的预估的滞空分量；x3(n)为散料下落后对称重传感器产生的冲击分量；δ (η)是系统的各种噪声。表达式的输出s(n)即为当前物料的总重量值；所述的a、b、c分别是上述三种重量的系数，在双螺旋输送机安装完成后通过标定的方法预置于系统的存储介质中。步骤6:根据重量计算值与预设目标重量信息比对的结果，控制主螺旋停止位置，采用同样的控制方法进一步控制副螺旋停止位置，从而实现高精度的双螺旋微分定量输送控制功能。需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:由双螺旋输送机和双螺旋微分定量控制装置连接构成，该双螺旋输送机包括机身、进料口、出料口、主螺旋、主螺旋电动机、副螺旋和副螺旋电动机，进料口设置在机身的一侧上方，主螺旋水平安装在机身内部并与主螺旋电动机相连接，出料口设置在机身另一侧的下方，在出料口旁的机身底部设有副螺旋进料口，副螺旋水平安装在副螺旋进料口下方的物料槽内并与副螺旋电动机相连接，该副螺旋与主螺旋共用一个出料口 ；所述的双螺旋微分定量控制装置包括主控单元、称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器，该主控单元分别与称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器相连接，该称重传感器安装在出料口下方的电子秤内。
2.根据权利要求1所述一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:所述的主螺旋由两种螺距螺旋构成，进料口处的主螺旋采用叶片式，后段主螺旋采用单一螺距结构。
3.根据权利要求1所述一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:所述的主螺旋通过主螺旋减速机及链轮与主螺旋电动机相连接；所述的副螺旋通过同步带轮和副螺旋减速机与副螺旋电动机相连接。
4.根据权利要求1所述一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:所述的在进料口下方的机身侧壁上设有可观察进料情况的观察窗。
5.根据权利要求1所述一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:所述的出料口处安装有用于控制出料的蝶阀。
6.根据权利要求1所述一种双螺旋微分定量输送系统，其特征在于:所述的开关量输入输出模块采用PLC控制模块。
7.—种如权利要求1至6任一项所述双螺旋微分定量输送系统的控制方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:通过人机交互装置获取用户预设目标重量信息作为控制的目标重量； 步骤2:双螺旋输送机启动，确定螺旋转动速度； 步骤3:以一定的采样频率对称重传感器的输出量值进行模数转换并记录； 步骤4:丢弃双螺旋输送机启动时的数据，快速采集并记录启动稳定后的称重传感器的量值； 步骤5:对采集到的重量值进行数字滤波与特征分析，分别提取重量信息和冲击信息，在重量信息中滤除散态物料下降过程引入的冲击量，然后对此信息加入预估的滞空重量值，进行预估滞空重量补偿，从而建立双螺旋输送机的重量模型: s (n) =axl (n) +bx2 (n+k) _cx3 (η) - δ (n) 上式中:s(n)为当前物料的总重量值，xl (η)为称重传感器输出的重量数值，x2(n+k)为前k次序列分析得出的预估的滞空分量，x3(n)为散料下落后对称重传感器产生的冲击分量；δ (η)是系统的各种噪声值；a、b、c分别是上述三种重量的系数，在双螺旋输送机安装完成后通过标定的方法预置于系统的存储介质中； 步骤6:根据重量计算值与预设目标重量信息比对的结果，控制主螺旋停止位置，采用同样的控制方法进一步控制副螺旋停止位置，从而实现高精度的双螺旋微分定量输送控制功能。
8.根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤2确定螺旋转动速度是通过记录启动时间和工作时长来确定的。
9.根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤3的采样频率为每秒钟1000次的采样频率。
10.根据权利要求7所述一种双螺旋微分定量输送控制方法，其特征在于:所述步骤4丢弃双螺旋输送机启动时的数据为双螺旋输送机启动后第一秒的数据，所述步骤4记录启动稳定后的称重传感器的量值为启动后的第二秒及以后的称重传感器量值。
全文摘要
本发明涉及一种双螺旋微分定量输送系统及其控制方法，其技术特点是该系统由双螺旋输送机和双螺旋微分定量控制装置连接构成，所述的双螺旋输送机包括机身、进料口、出料口、主螺旋、主螺旋电动机、副螺旋和副螺旋电动机，所述的双螺旋微分定量控制装置包括主控单元、称重传感器、人机交互装置、开关量输入输出模块、主螺旋驱动器和副螺旋驱动器；所述的控制方法对采集到的重量值进行数字滤波与特征分析,分别提取重量信息和冲击信息，在重量信息中滤除散态物料下降过程引入的冲击量，然后对此信息加入预估的滞空重量值，进行预估滞空重量补偿。本发明有效地提高了生产效率，降低了生产成本，满足了散态物料自动称量的精度要求。
文档编号B65G33/14GK103171877SQ20131005094
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月18日 优先权日2013年2月18日
发明者薛海军, 陈劲, 任智锋, 何卫国 申请人:天津市国达测控技术有限公司