專利名稱：粉末稱重混合裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種粉末稱重方法，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是涉及了一種精度高、應(yīng)用范圍廣和工作時(shí)間短的稱重方法，該方法是在稱重設(shè)置值和實(shí)際稱重值的基礎(chǔ)上，使用模糊推理的方法，改變隨后周期的粉末供料流速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明還涉及粉末稱重混合機(jī)，在將各種粉末稱重后，該混合機(jī)將它們混合起來(lái)，然后得到新的物質(zhì)。
傳統(tǒng)的粉末稱重方法是利用主要包括測(cè)力傳感器的稱量系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行稱重的。
已有的控制系統(tǒng)是靠在上述計(jì)算稱重周期中被稱重物質(zhì)根據(jù)所花費(fèi)時(shí)間得出的平均流量和總的出料重量來(lái)調(diào)整在隨后的稱重周期中所花時(shí)間和流量的系統(tǒng)。然后，這些系統(tǒng)在平均流量的基礎(chǔ)上得出與目標(biāo)重量的偏差，這些控制系統(tǒng)已在日本特許(OPI)公開(kāi)148019/81號(hào)和155412/81號(hào)專利中所公開(kāi)。也可參見(jiàn)日本特許公開(kāi)(OPI)29114/82號(hào)專利。
到目前為止，還沒(méi)有能按照在接收容器中稱出的實(shí)際重量值來(lái)順序地改變流速的閉環(huán)稱重控制方法。
而且，在傳統(tǒng)的粉末稱重混合機(jī)內(nèi)，當(dāng)粉末從幾個(gè)送料容器(或幾個(gè)罐)中被送到一個(gè)接收容器的時(shí)候，每臺(tái)送料容器都須有一個(gè)單獨(dú)的稱重設(shè)備與之相連。
比如，在

圖1中，兩臺(tái)粉末容器就必須使用兩臺(tái)稱重設(shè)備。對(duì)于這些各個(gè)單獨(dú)設(shè)置的稱重設(shè)備的閉環(huán)控制(本發(fā)明的特征之一)，就需要有用于流量預(yù)測(cè)控制的雙環(huán)路控制功能。
這就是說(shuō)，由于粉末的流量是隨著存留在送料容器內(nèi)的粉末量，目標(biāo)重量，以及粉末的各種物理性能變化值的變化而改變，所以用單一的控制功能不可能進(jìn)行所希望的高精度稱重。
另外，還有一些稱重方法可實(shí)現(xiàn)改變到接近于設(shè)定的目標(biāo)重量的較慢流速的高精度稱重，這種方法是利用具有改變到不同流速的固定狀態(tài)的性能的裝置完成的。該方法已為日本特許出愿公開(kāi)(OPI)72015/82號(hào)申請(qǐng)所公開(kāi)。另一方面，改變流速的流量調(diào)節(jié)器可以串聯(lián)設(shè)置。但是這里為有控制功能也需要用雙環(huán)控制。
使用雙環(huán)控制功能的原因在于，如當(dāng)使用離散式控制裝置時(shí)，可以計(jì)算出帶有單一控制裝置的控制功能，因此，事實(shí)上不需要兩臺(tái)控制裝置。然面從軟件和輸入、輸出的數(shù)量的觀點(diǎn)上看，這仍可看作是兩臺(tái)控制裝置。
此外，還有一些與上述方法有關(guān)的預(yù)測(cè)在終止稱重和剛要停止流動(dòng)時(shí)流入到稱重容器中的數(shù)量的方法。
由于傳統(tǒng)的稱重控制方法在給定的范圍內(nèi)有固定的稱重狀態(tài)，這些方法有的具有固定的流速，有的將流速分成兩級(jí)并在兩級(jí)之間變動(dòng)，它們有如下缺陷(1)稱重精確度由于存在粉末物理性質(zhì)方面的干擾和變化，所以有時(shí)精度不能保證。
因此，選擇輸送設(shè)備時(shí)，將根據(jù)粉末的物理性質(zhì)的不同而選用不同的輸送裝置，比如，若是顆粒狀粉末，就采用閘板式的，因?yàn)檫@種粉末有較好的流動(dòng)特性；若是流動(dòng)特性差的粉末，就采用螺旋送料器。但是按照單個(gè)的法則是不能確定粉末的流動(dòng)特性的，而流動(dòng)特性是隨著粉末的阻力、粉末的形式和振動(dòng)等干擾因素而變化的。
吸濕粉末和易形成分流的粉末的流動(dòng)特性尤其要隨著存料條件而變化。因此，在能長(zhǎng)時(shí)期存儲(chǔ)于送料容器中粉末的這種系統(tǒng)中，粉末的流動(dòng)特性還要隨著環(huán)境狀態(tài)，比如溫度、濕度以及振動(dòng)器，用于加快粉末流動(dòng)特性的氣錘等輔助設(shè)備所產(chǎn)生的振動(dòng)而引起的變化而改變。這樣，稱重的精確度便隨著送料的流動(dòng)狀態(tài)而下降。因此，必須對(duì)儲(chǔ)存數(shù)量加以限制，并對(duì)設(shè)備的安裝條件加以限制，這使得零部件的初始投資和操作費(fèi)用增加。這些限制對(duì)保持稱重的精確性來(lái)說(shuō)是必要的。
(2)稱重范圍稱重范圍窄。
原因在于，即使在系統(tǒng)的一部分流動(dòng)停止后，還存在著由系統(tǒng)的延遲引起的殘余流入量。由于總量是靠流速來(lái)確定的，所示當(dāng)流速固定時(shí)，流入的容許總量可由縮小稱重范圍來(lái)保證。因而，即使是在對(duì)相同的粉末稱重時(shí)，如果稱重設(shè)置值有很大的偏差，稱重設(shè)備必須適合每個(gè)稱重范圍，這樣設(shè)備的組件數(shù)目也要增加。
(3)稱重時(shí)間稱重時(shí)間受目標(biāo)重量支配。
當(dāng)目標(biāo)重量小時(shí)，稱重時(shí)間就短，而目標(biāo)重量值大時(shí)，稱重時(shí)間就長(zhǎng)。根據(jù)目標(biāo)重量，所需的稱重設(shè)備采用適合于生產(chǎn)周期的稱重時(shí)間，而且稱重設(shè)備的組件數(shù)目也因此而增加。此外，如果當(dāng)幾種粉末要混合成一種新的混合粉末，幾個(gè)目標(biāo)重量是不一致時(shí)，系統(tǒng)的生產(chǎn)能力由原先未混合的材料來(lái)確定，這些材料需要最長(zhǎng)的稱重持續(xù)時(shí)間。
此外，在傳統(tǒng)的粉末稱重混合機(jī)中，由于上述原因，對(duì)于各送料容器，都需要安裝許多稱重設(shè)備的各自獨(dú)立的控制元件。為了提高生產(chǎn)能力，取得每個(gè)最佳稱重時(shí)間，需要安裝上述控制元件，所以使系統(tǒng)較為復(fù)雜，而且稱重設(shè)備還要增加許多組成部分。
基于上述事實(shí)，本發(fā)明要提供一種非常經(jīng)濟(jì)的粉末稱重混合機(jī)
(1)由于減少了設(shè)備組件的數(shù)量，因而使初始投資減少；(2)由于減少了設(shè)備組件的數(shù)量，從而減少了花費(fèi)在維護(hù)設(shè)備方面的勞動(dòng)；(3)由于減少了設(shè)備組件的數(shù)量，提高了可靠性，從而減少了生產(chǎn)事故；(4)由于減少了原材料的損耗，從而減少了操作費(fèi)用。
該稱重控制設(shè)備不只是不受由于粉末物理特性上的干擾和偏差引起的流速改變的影響，使稱重的精度得以提高，而且還保證了有較寬的稱重范圍。該稱重設(shè)備可在不受目標(biāo)重量大小支配的情況下，在短時(shí)間內(nèi)完成稱重。這樣，便可以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在減少了原材料損耗的同時(shí)，提高了生產(chǎn)能力和簡(jiǎn)化了組成部分。
基于以上考慮，本發(fā)明是要提供一種粉末稱重方法，該方法不受由于粉末物理特性上的干擾和偏差引起的流速改變的影響，來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度稱重，該方法確保了一個(gè)較寬的稱重范圍，而且還能在不受目標(biāo)重量大小支配的短時(shí)間內(nèi)完成稱重。
本發(fā)明的上述任務(wù)是靠使用粉末混合機(jī)來(lái)完成的，該混合機(jī)利用了稱重控制設(shè)備，而該控制設(shè)備采用閉環(huán)控制和在模糊推理基礎(chǔ)上的控制，使得流速時(shí)刻都可以變化。這種混合設(shè)備可以減少上述的稱重控制設(shè)備中的組成部分的數(shù)量。
本發(fā)明的粉末稱重混合機(jī)是使用了如下基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的1.幾個(gè)送料容器是儲(chǔ)存需要稱重粉末的幾個(gè)容器。
該容器的容量應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。
本發(fā)明沒(méi)有對(duì)容器內(nèi)的存放材料的數(shù)量加以限制。從理論上說(shuō)，稱重也可以在村料的存放量減少到零的情況下進(jìn)行。而且，只要測(cè)量不受材料的物理特性(比如顆粒的大小，等等)的影響，任何粉末都可以在存放量減少到零的情況下進(jìn)行稱重，并且能使粉末流出。
2.流量調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器的數(shù)量與送料容器的數(shù)量相一致。例如，調(diào)節(jié)器靠控制螺旋送料器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)控制流量。使用有開(kāi)口的閘板時(shí)，利用一個(gè)位置命令改變開(kāi)口大小來(lái)改變流量。
此外，螺旋送料器和開(kāi)口閘板的流動(dòng)特性，解釋在旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)率和開(kāi)口度都在稍大于零并且流動(dòng)是出現(xiàn)在最大速度和最大開(kāi)口度的大約10％的情況下，為什么外流不會(huì)發(fā)生的原因。
交流伺服電機(jī)或類(lèi)似裝置可用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)器。
(3)幾個(gè)接收容器容器的容量與生產(chǎn)的規(guī)模相適應(yīng)。
(4)幾個(gè)檢測(cè)器安裝在幾個(gè)接收容器上，檢測(cè)器稱出送到接收容器內(nèi)的粉末的重量。對(duì)于可以混合在一起的粉末，可在一個(gè)接收容器內(nèi)進(jìn)行累積稱重。
(5)稱重控制設(shè)備控制設(shè)備采用閉環(huán)控制和改變流速的方式進(jìn)行操作。這種控制采用模糊推理的控制系統(tǒng)，允許流量調(diào)節(jié)器內(nèi)的粉末隨流速發(fā)生變化。這就是說(shuō)，在流量調(diào)節(jié)器中粉末輸送的初始速度是由流量調(diào)節(jié)器內(nèi)的流量特性和稱重設(shè)置值來(lái)確定的。此后，輸送速度的改變便由以實(shí)際稱重值和稱重設(shè)置值為根據(jù)的模糊控制來(lái)確定。
(6)轉(zhuǎn)換設(shè)備把稱重控制設(shè)備的輸入量轉(zhuǎn)換成與前述的流量調(diào)節(jié)器相聯(lián)的幾個(gè)輸出量中的一個(gè)輸出量。
(7)移動(dòng)設(shè)備用來(lái)輸送接收容器的移動(dòng)設(shè)備。使用自動(dòng)送料機(jī)或可用來(lái)進(jìn)行輸送的其它輸送裝置。但是也存在接收容器本身就具有輸送功能和輸送功能與接收容器分離等情況。
以上給出了本發(fā)明的基本構(gòu)成。本發(fā)明還要使用能改變流速的閉環(huán)稱重控制設(shè)備。而且，稱重控制設(shè)備是在模糊推理的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制的。
本發(fā)明的上述幾個(gè)目的是靠閉環(huán)粉末稱重方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法是利用粉末從送料容器被送到接收容器的過(guò)程時(shí)稱出的實(shí)際稱重值與任意設(shè)置的目標(biāo)重量來(lái)改變粉末的供料流速的。輸送的速度是靠運(yùn)用了目標(biāo)重量和流量調(diào)節(jié)器的流量特性進(jìn)行模糊推理來(lái)改變的，其中流量調(diào)節(jié)器控制流動(dòng)速度以便確定粉末在稱重之前通過(guò)流量調(diào)節(jié)器時(shí)的輸送速度。然后在目標(biāo)重量和順序觀察到的實(shí)際稱重值的基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊控制。
圖1是已有技術(shù)的測(cè)量混合機(jī)的示意圖；圖2是能夠應(yīng)用本發(fā)明的第一實(shí)施例的粉末稱重設(shè)備的示意圖；圖3是解釋圖2中設(shè)備的控制過(guò)程的方框圖；圖4、5、6和6A是解釋模糊控制的曲線圖；圖7是通過(guò)螺旋送料器的兩種粉末的流量特性曲線圖；圖8到圖10是根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)例的稱重特性的曲線圖；圖11是一種用于各種粉末的稱重混合機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖12是解釋圖11中設(shè)備的控制方框圖；圖13是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的稱重混合機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖14是解釋圖13中的設(shè)備的控制方框圖；圖15表示具有兩個(gè)稱重容器的固定式粉末稱重混合機(jī)；圖16是本發(fā)明的可移動(dòng)式粉末稱重混合機(jī)中的一個(gè)實(shí)例的工藝流程圖；圖17是本發(fā)明的閉環(huán)控制方式的方框圖；圖18是表示流量調(diào)節(jié)器的流量特性曲線圖。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。。
圖2表示適用于作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的粉末稱重設(shè)備。該實(shí)施例說(shuō)明一種在接收容器中進(jìn)行的加法稱重。粉末被送到放置在下游端的接收容器里。
圖中，儲(chǔ)料漏斗1作為一個(gè)儲(chǔ)存要稱重的粉末的送料容器。螺旋送料器2作為一個(gè)控制粉末流速的流量調(diào)節(jié)器，它位于儲(chǔ)料漏斗1的外部。閘板門(mén)3能夠使流動(dòng)停止。稱重漏斗4作為一個(gè)具有稱重功能的接收容器，它放置在測(cè)力傳感器5的頂部。測(cè)力傳感放大器6將測(cè)力傳感器5的輸出信號(hào)放大。稱重控制器7控制螺旋送料器2和閘板門(mén)3。伺服驅(qū)動(dòng)器8由稱重控制器7控制，而它又驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)9，伺服電機(jī)9驅(qū)動(dòng)螺旋送料器2旋轉(zhuǎn)。螺旋送料器2能夠靠改變它的旋轉(zhuǎn)速度在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)改變粉末的輸送量。
現(xiàn)在利用圖2和圖3的控制方框圖來(lái)解釋本發(fā)明的粉末稱重方法。
當(dāng)一個(gè)任意數(shù)量的目標(biāo)重量送入稱重控制器內(nèi)時(shí)，稱重控制器7的模糊控制部件72根據(jù)預(yù)先知道的螺旋送料器2的流量特性，運(yùn)用模糊推理計(jì)算出螺旋送料器2的初始旋轉(zhuǎn)速度。
與此同時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行稱重，稱重控制器7打開(kāi)閘板門(mén)3，并且螺旋送料器2的伺服電機(jī)9以其初始旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，用這種方式控制伺服驅(qū)動(dòng)器8。
用這種方法，將粉末從儲(chǔ)料漏斗1輸送到稱重漏斗4，實(shí)際重量是使用稱重漏斗4來(lái)測(cè)得的。這時(shí)，稱重漏斗4被用于觀測(cè)實(shí)際重量，該實(shí)際重量在以前描述過(guò)的控制循環(huán)中是不斷變化的。實(shí)際重量由測(cè)力傳感器5稱出，并且經(jīng)過(guò)測(cè)力傳感放大器6反饋到稱重控制器7。
除了計(jì)算在預(yù)置目標(biāo)重量設(shè)定值和實(shí)際反饋重量之間的偏差和在一段時(shí)間內(nèi)的偏差變化之外，稱重控制器7內(nèi)的濾波計(jì)算部件71還要對(duì)這兩個(gè)量進(jìn)行低通濾波處理。
模糊控制部件72根據(jù)經(jīng)濾波處理所觀測(cè)量進(jìn)行模糊推理來(lái)改變流速，并計(jì)算在下一控制循環(huán)中螺旋送料器2的旋轉(zhuǎn)速度。
現(xiàn)在來(lái)描述模糊推理。用在模糊控制系統(tǒng)的模糊推理，是由操作人員來(lái)進(jìn)行模仿控制的。如果操作人員觀測(cè)到目標(biāo)值和測(cè)得值之間的偏差較大，而這個(gè)偏差的時(shí)間變化率較小，那么操作人員就會(huì)提高流速，以便非常迅速地減小偏差。另一方面，如果操作人員觀測(cè)到偏差較小，但偏差的時(shí)間變化率稍大時(shí)，操作人員就會(huì)稍微減小流速。E.H.Mamdani在一篇題為“控制簡(jiǎn)單動(dòng)力設(shè)備模糊算法的應(yīng)用”的技術(shù)論文中討論了模糊控制，這篇文章發(fā)表在IEEE會(huì)刊1974年第121卷1585-1588頁(yè)上。L.A.Zadeh在題為“模糊集論”的備忘錄中也討論了模糊控制，該文章刊登在加州大學(xué)伯克利分校電子研究實(shí)驗(yàn)室的備忘錄ERL-M502號(hào)(1975)中。
在圖4中用曲線表示出偏差e(這里是目標(biāo)重量和實(shí)際測(cè)得的重量之差)，它作為時(shí)間變化量δe的函數(shù)(這里是本測(cè)量周期與過(guò)去測(cè)量周期之間所測(cè)得偏差e的差值)。如果測(cè)得的偏差e和測(cè)得的時(shí)間變化量δe在平衡區(qū)域內(nèi)下降，那么從現(xiàn)在的偏差看來(lái)，現(xiàn)在的流量是合適的，所以閥門(mén)的開(kāi)口度等不需要改變。寧不進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)算，而只要選擇像根小，小，適中；大和很大等“不明確”變量就可以了。
如果變量被選定為幾個(gè)不明確變量和幾個(gè)從屬度函數(shù)，并且如果控制方法由“如果一則”規(guī)則來(lái)確定，那么進(jìn)行模糊測(cè)量控制將是可能的。模糊規(guī)則通常用這種方式來(lái)表達(dá)如果e是A，δe是B，則δu是C。在本發(fā)明中，e是偏差，δe是偏差的時(shí)間變化，δu是控制流動(dòng)量的時(shí)間變化量(在各控制周期間)，比如像控制閥的開(kāi)口量。在幾個(gè)規(guī)則中，幾個(gè)變量A、B、C由與幾個(gè)不明確變量同樣的規(guī)則確定，如很小，小等等。
從屬度函數(shù)用于確定每個(gè)偏差e、偏差的時(shí)間變化量δe和控制量的時(shí)間變化量δu。用于確定偏差e(以克為單位)的從屬度函數(shù)用圖5的曲線表示?？v軸為從屬度值，從屬度函數(shù)在0和1之間變化。如果實(shí)測(cè)的偏差是3，則本次測(cè)量周期的偏差被確定為“小”。對(duì)于δe和δu必須建立起相似的從屬度函數(shù)。
幾個(gè)測(cè)量值(即偏差e和偏差的時(shí)間變化量δe)的從屬度函數(shù)將沿著測(cè)得值軸被分隔開(kāi)，使較小的測(cè)得值的間隔變得越來(lái)越小。這一變化從與從屬度函數(shù)相比較的e的半對(duì)數(shù)曲線中可以明顯看出，其中幾個(gè)控制不明確值在用對(duì)數(shù)表達(dá)時(shí)具有相等的寬度。
如果要想提高稱重精度和縮短稱重時(shí)間，需要這種類(lèi)型的變化。當(dāng)偏差較大時(shí)，就不需要精確的控制能力，而當(dāng)偏差較小時(shí)，就需要提高控制精度。同樣的方法也適用于低通濾波過(guò)程。當(dāng)偏差或相似的量小時(shí)，這些量的低通波的輸出量用于提高稱重精度，采用方法是減弱稱重檢測(cè)器(測(cè)力傳感器)的短期運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于模糊控制，要預(yù)先確定一些模糊規(guī)則。例如第一規(guī)則是如果e小，δe大，則δu負(fù)大；第二規(guī)則是如果e小，δe適中，則δu負(fù)適中。另一套規(guī)則可以從圖4中得出，比如如果e和δe都是小，則δu為零。其他規(guī)則從圖4中可明顯看出。當(dāng)e和δe中的每一個(gè)在不明確變量的唯一區(qū)域內(nèi)下降時(shí)，要得到操作量δu，只要運(yùn)用帶有那些不明確變量的單一的模糊規(guī)則就可以了。但若觀測(cè)得到的數(shù)量在不明確變量的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)下降，那么要得到操作量δu就必須適用帶有從屬度函數(shù)值的兩個(gè)模糊規(guī)則，該從屬度值在組合操作數(shù)量δu的“則”值時(shí)，起著重要的作用。例如圖6是用于獲得控制量δu的曲線圖。假設(shè)e在小區(qū)域內(nèi)的從屬度值為0.8，并且δe在大區(qū)域內(nèi)的從屬度值為0.6和在適中區(qū)域內(nèi)值為0.7。另外再假設(shè)模糊規(guī)則(1)是e小和δe大，則δu負(fù)大，模糊規(guī)則(2)是e小和δe適中，則δu負(fù)適中。在這種情況下，δu的從屬度值由e和δe中數(shù)值較小的那個(gè)來(lái)確定。(其它的選擇也是可以的)。因此運(yùn)用規(guī)則(1)時(shí)，δu的從屬度值是0.6，適用規(guī)則(2)時(shí)δu的從屬度值為0.7。根據(jù)從屬度值，δu可以靠計(jì)算得出，例如由圖6中劃有陰影那部分面積的重心來(lái)得出。
流量的初始設(shè)置值也可以用以目標(biāo)重量和流量調(diào)節(jié)器的流量特性為基礎(chǔ)的模糊推理的形式求得。從屬度值和模糊推理規(guī)則需由幾個(gè)變量來(lái)限定。一種結(jié)果是幾個(gè)目標(biāo)重量在0到1的范圍內(nèi)有幾個(gè)從屬度值，以離散的間隔構(gòu)成，從而可控制流量調(diào)節(jié)器。
稱重開(kāi)始后，以假設(shè)一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)速度的方式來(lái)控制著螺旋送料器2。旋轉(zhuǎn)速度隨著稱重偏差逐漸減小而逐漸趨于緩慢，這樣，流量便減少。當(dāng)稱重偏差和稱重偏差的時(shí)間變化量逐漸減小，使稱重偏差降到低于某一值時(shí)，稱重就停止，閘板門(mén)3關(guān)閉，螺旋送料器2旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)率被設(shè)定為0，因此，旋轉(zhuǎn)停止。這時(shí)，流速極小，殘余流入量也因此而變得非常小。其結(jié)果是由于有目標(biāo)重量和處理系統(tǒng)，使螺旋送料器2的動(dòng)作在稱重范圍內(nèi)變化。因此，雖然必須觀測(cè)檢測(cè)器的靜態(tài)準(zhǔn)確度，但稱重范圍增大，并且可以用一臺(tái)稱重設(shè)備進(jìn)行稱重，而不必考慮目標(biāo)重量的大小。
然而，閘板門(mén)3的動(dòng)作，即使在稱重時(shí)間的范圍內(nèi)，也是變化的，并且可以在幾乎同樣短的稱重時(shí)間內(nèi)稱重，而不用顧及目標(biāo)重量的大小。
如上所述，本發(fā)明的稱重方法之所以能控制流速是由于對(duì)螺旋送料器的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)率采用了模糊控制，這種控制是在由測(cè)力傳感器5觀測(cè)到的實(shí)際重量的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了具有固定式控制環(huán)路的閉環(huán)控制(圖3)實(shí)現(xiàn)的。
在上述實(shí)施例中，螺旋送料器就作為流量調(diào)節(jié)感，它能改變流速。但是，流量調(diào)節(jié)器也可以是一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能以和螺旋送料器同樣的方式通過(guò)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)指令來(lái)改變流量。另外，驅(qū)動(dòng)裝置不限于伺服電機(jī)，也可以使用倒向電機(jī)(inverter motor)而且任何能改變旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)或位置的裝置都可以使用。
現(xiàn)在來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。
這些試驗(yàn)是利用圖2中顯示的稱重設(shè)備完成的。
試驗(yàn)所用稱重設(shè)備的最大稱重量為5公斤。測(cè)力傳感器的精確度為1/2500。螺旋送料器通過(guò)倒向電機(jī)控制其旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)指令(電壓輸出)從稱重指令裝置向外輸出。
圖7表示出兩種粉末的流量平均值的特性曲線，該特性是倒向器輸入電壓(旋轉(zhuǎn)信號(hào))的函數(shù)。這兩種粉末有如下特性粉末A是可見(jiàn)密度為0.5的粒狀粉末，粉末B是具有很強(qiáng)粘著力、可見(jiàn)密度為0.5的面粉類(lèi)粉料。這兩種粉末采用圖2中的對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)或類(lèi)似控制系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何變化的系統(tǒng)進(jìn)行稱重。
圖8表示出1公斤粉末A的稱重結(jié)果。圖9表示出1公斤的粉料B的稱重結(jié)果。正如圖8和9清楚地表示出的，在大約相等的稱重時(shí)間內(nèi)，即使螺旋送料器旋轉(zhuǎn)操作方式發(fā)生變化，也可以獲得高精度的稱重結(jié)果。
此外，由于使儲(chǔ)料漏斗振動(dòng)和擠壓粉末造成的不同流動(dòng)性質(zhì)而形成了不同的流量特性。但是，雖然螺旋送料器的操作方式因此而改變但在稱重時(shí)間和稱重精度上卻獲得了相同的結(jié)果。
用來(lái)獲得圖9中表示的測(cè)量結(jié)果的過(guò)程，將根據(jù)模糊控制來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
流量調(diào)節(jié)器的初始旋轉(zhuǎn)信號(hào)由從屬度函數(shù)來(lái)確定，如圖6A所示。例如，當(dāng)設(shè)置值(目標(biāo)重量)是1000克時(shí)，根據(jù)圖6A，與設(shè)置值相對(duì)應(yīng)的從屬度函數(shù)值是0.1。根據(jù)調(diào)節(jié)器的流量特性，調(diào)節(jié)器的最大旋轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)定在5V，以使調(diào)節(jié)器的初始旋轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)定在5×0.1＝0.5V。模糊控制在一段短的時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行(無(wú)用時(shí)間)。由于將流體從送料箱(儲(chǔ)料漏斗)輸送到一個(gè)測(cè)量箱(稱重漏斗)要花費(fèi)一定時(shí)間，如圖2所示的，如果模糊控制在初始測(cè)量之后立即進(jìn)行，調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)信號(hào)可以極大地增大。因此，模糊控制在這段無(wú)用時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行，這段時(shí)間在0-9.9秒的范圍內(nèi)。
在測(cè)量時(shí)，所運(yùn)用的模糊規(guī)則如下(1)如果e很大，δe中等，則δu正中等；(2)如果e很大，δe大，則δu正??；(3)如果e很大，δe很大，則δu為零；(4)如果e大，δe很大，則δu負(fù)?。?5)如果e中等，δe很大，則δu負(fù)中等；(6)如果e中等，δe大，則δu負(fù)??；(7)如果e大，δe大，則δu為零；
(8)如果e大，δe中等，則δu正小，等等。
在圖9或圖4中的點(diǎn)A，運(yùn)用模糊規(guī)則(1)，結(jié)果δu增大。在圖4的點(diǎn)A1運(yùn)用模糊規(guī)則(1)和(2)，結(jié)果開(kāi)口度進(jìn)一步增大。在圖4中的點(diǎn)A2運(yùn)用模糊規(guī)則(2)。在圖4的點(diǎn)A3，運(yùn)用了模糊規(guī)則(2)和(3)。在圖9或圖4中的點(diǎn)B，運(yùn)用模糊規(guī)則(3)，結(jié)果閥的開(kāi)口度不變。在圖9或圖4中的點(diǎn)C，運(yùn)用模糊規(guī)則(3)和(4)，使得調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)信號(hào)減弱。在圖9或圖4中的點(diǎn)C和點(diǎn)D之間，使用了像在點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的某些模糊規(guī)則。圖9或圖4的點(diǎn)D，運(yùn)用了模糊規(guī)則(8)，使得調(diào)節(jié)器的旋轉(zhuǎn)信號(hào)增大。用類(lèi)似的方法進(jìn)行模糊控制，所得到的測(cè)量結(jié)果顯示在圖9中。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量了通常不連續(xù)流動(dòng)的粉末，結(jié)果在點(diǎn)B和C之間出現(xiàn)了小的波動(dòng)。對(duì)于e和δe也可以使用低通濾波器來(lái)減小波動(dòng)。
表1表示出作為目標(biāo)重量函數(shù)的稱重時(shí)間和稱重精確度之間的關(guān)系。為了獲得較好的稱重精度，使用一個(gè)單獨(dú)的通過(guò)鑒定的差重計(jì)來(lái)測(cè)量粉末的外流量。5公斤的稱重范圍是由在這個(gè)試驗(yàn)中使用的倒向電機(jī)的最大旋轉(zhuǎn)速度所限定的，因此，擴(kuò)展的稱重時(shí)間被加以擴(kuò)展了。盡管如此，稱重精度達(dá)到±2克。如果倒向電機(jī)的容量增大的話，有可能減少稱重時(shí)間。圖10表示出5公斤的粉末B的稱重結(jié)果，它清楚地表明，流量是在最大旋轉(zhuǎn)速度時(shí)的流量，并且如果流速提高，時(shí)間甚至?xí)s短。
由于在這個(gè)試驗(yàn)中是使用精度為1/2500的測(cè)力傳感器，稱重為50克，精度為±2克，這等效于測(cè)力傳感器的靜態(tài)精度。因此，證據(jù)表明，使用精度為1/5000的測(cè)力傳感器，在1∶100的稱重范圍內(nèi)，精度可達(dá)±1.0％。而且，在試驗(yàn)中使用了倒向電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)速度的范圍(最小速度和最大速度之比)為1∶10。如果電機(jī)用伺服電機(jī)代替，旋轉(zhuǎn)速度的范圍將變寬，并且可在相同的稱重時(shí)間內(nèi)，稱重范圍是1∶100時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度的稱重。
表1
本發(fā)明所使用的粉末稱重方法如上所述，用幾個(gè)相同的從屬度函數(shù)和幾個(gè)模糊規(guī)則可以得到如下結(jié)果，而且模糊規(guī)則不依賴于流量調(diào)節(jié)器的流量特性或稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，等等。
(1)可以實(shí)現(xiàn)高精度稱重，而不管由于粉末的物理性質(zhì)上的干擾和變化會(huì)使流速產(chǎn)生怎樣的變化。
(2)由于目標(biāo)重量設(shè)置值有較寬的范圍，所以可以獲得較寬的稱重范圍。
(3)可以實(shí)現(xiàn)不依賴于目標(biāo)重量值大小的短時(shí)間的稱重測(cè)量。
另外，稱重控制設(shè)備采用低容量?jī)?chǔ)存器能夠很容易制造出來(lái)，并且可以減少設(shè)備數(shù)目。
現(xiàn)在將解釋，具有多個(gè)送料容器和一個(gè)固定式接收容器的稱重混合機(jī)的兩個(gè)實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例如圖11所示，它是一種有N種粉末的稱重混合機(jī)。在此實(shí)施例中生產(chǎn)混合粉末的方法是將幾種原材料儲(chǔ)存在N個(gè)儲(chǔ)料漏斗102中，儲(chǔ)料漏斗102在流動(dòng)開(kāi)始時(shí)作為送料容器，將粉末輸送到置于送料容器下游作為接收容器的單個(gè)稱重漏斗104中，在稱重漏斗104中對(duì)N種粉末進(jìn)行累積稱重之后，把這些粉末輸送到制備罐106中。
N個(gè)儲(chǔ)料漏斗102的出口經(jīng)過(guò)N個(gè)伺服電機(jī)112控制的N個(gè)螺旋送料器110與N個(gè)閘板門(mén)108相連。這些閘板門(mén)108的出口被引導(dǎo)通過(guò)一個(gè)管路或管路結(jié)構(gòu)，以保證所有粉末無(wú)遺留地全部流入稱重漏斗104。
螺旋送料器110旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)率可以改變，因此可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)改變粉末傳輸速度。
為了測(cè)量由每個(gè)儲(chǔ)料漏斗102輸送的粉末重量，稱重漏斗104上裝有作為檢測(cè)器的測(cè)力傳感器114。測(cè)力傳感器114通過(guò)測(cè)力傳感放大器116與稱重控制器118相連。稱重控制器118又通過(guò)一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器120與轉(zhuǎn)換裝置122相連。
轉(zhuǎn)換裝置122根據(jù)稱重控制器118的指令選擇幾個(gè)粉末供給系統(tǒng)中的一個(gè)令其改變輸入以產(chǎn)生幾個(gè)不同的輸出。稱重控制器118把旋轉(zhuǎn)操作指令和開(kāi)口位置指令輸送到選定的伺服電機(jī)112及閘板門(mén)108。
此外，稱重漏斗104具有管路通過(guò)排料門(mén)114連接到制備罐106中，并且在稱重漏斗104上裝有如振動(dòng)器或空氣錘的設(shè)備以將其中剩余粉末清除，制備罐106中裝有攪拌設(shè)備126，制備罐的出口安排了底部閥門(mén)128。
下面，結(jié)合圖12的控制方框圖對(duì)使用上述粉末稱重混合機(jī)的粉末稱重混合過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
首先，由稱重控制器118規(guī)定稱重和混合標(biāo)準(zhǔn)，例如，得到被涉及的儲(chǔ)料漏斗的混合稱重結(jié)果，對(duì)輸送儲(chǔ)存粉末的儲(chǔ)料漏斗加以說(shuō)明。
在開(kāi)始對(duì)某一種指定的粉末進(jìn)行稱重之前，先由稱重控制器118設(shè)定一個(gè)目標(biāo)重量，由轉(zhuǎn)換裝置選擇供給系統(tǒng)。在這例子中，假定選中N種供給系統(tǒng)中的第一種，則選擇第一個(gè)閘板門(mén)108打開(kāi)。稱重控制器118提供給伺服驅(qū)動(dòng)器120的轉(zhuǎn)數(shù)指令，使第一螺旋送料器110以一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)速輸送粉末。第一伺服電機(jī)112被啟動(dòng)，螺旋送料器以指定的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，致使原材料開(kāi)始流動(dòng)。此時(shí)，用所選定的螺旋送料器110的流量特性和目標(biāo)重量，根據(jù)一個(gè)模糊推理，由稱重控制器的模糊控制部分130計(jì)算出第一螺旋送料器110的起始轉(zhuǎn)速。這樣，第一供料漏斗102中的原材料就開(kāi)始送入到稱重漏斗104中。稱重漏斗104的測(cè)力傳感器114檢測(cè)出輸送到稱重漏斗中的原材料重量，并且將信號(hào)通過(guò)測(cè)力傳感放大器116傳回到稱重控制器118。
在稱重控制器118中，過(guò)濾計(jì)算部分132計(jì)算出目標(biāo)重量與實(shí)際反饋的測(cè)量重量之間的偏差，以及這個(gè)偏差隨時(shí)間的變化，而且還通過(guò)低通濾波器處理過(guò)的這種重量值來(lái)計(jì)算出一個(gè)視重量。
模糊控制部分130根據(jù)這個(gè)視重量值進(jìn)行模糊推理，計(jì)算出在下次控制周期中所選定的螺旋送料器110的旋轉(zhuǎn)數(shù)，以改變其流速。
如圖5所示，在模糊推理中所用的從屬度函數(shù)在橫軸上的比例對(duì)應(yīng)于被分開(kāi)的偏差和偏差的時(shí)間變化的各個(gè)物理量，例如，在半對(duì)數(shù)座標(biāo)內(nèi)劃分出等區(qū)間，使之便于對(duì)各小物理量的間隔進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。這種劃分不但可以提高稱重精度，而且還可以縮短稱重時(shí)間。當(dāng)偏差值大時(shí)，不需要有很高的控制能力，而當(dāng)偏差值小時(shí)，就有必要提高控制精確度。這就是低通濾波器處理的實(shí)際情況，當(dāng)偏差值等，較小時(shí)，使用低通濾波器的偏差輸出，利用稱重檢測(cè)器(測(cè)力傳感器)的運(yùn)動(dòng)特性來(lái)改善稱重精度。
開(kāi)始稱重后，螺旋送料器110受一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速控制著。當(dāng)重量偏差逐漸減小時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度也逐漸放慢，并且流速也減小。重量偏差以及偏差的時(shí)間變化減小。當(dāng)偏差下降到低于某一確定值時(shí)，測(cè)量停止，閘板門(mén)108關(guān)閉，螺旋送料器110的旋轉(zhuǎn)速度為零，旋轉(zhuǎn)停止。流速和流量都極小。因此，在停止稱重后，流入稱重漏斗的粉末極少，不依賴于流速變化而提高稱重精度。
如圖7所示，由于螺旋送料器110的流量特性在低于最大轉(zhuǎn)速10％的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)死區(qū)。對(duì)于使用模糊推理來(lái)說(shuō)，該死區(qū)內(nèi)可認(rèn)為整個(gè)偏差為零。因此，即使發(fā)生螺旋送料器無(wú)規(guī)律地旋轉(zhuǎn)，或機(jī)械游隙等等情況時(shí)，在死區(qū)內(nèi)及模糊控制系統(tǒng)中允許出現(xiàn)這些不利影響，從而可能獲得較高精度的稱重值。此外，在稱重范圍內(nèi)，螺旋送料器110的操作隨目標(biāo)重量及過(guò)程系統(tǒng)而改變，不必考慮目標(biāo)重量的大小及擴(kuò)展了的稱重范圍，使用稱重設(shè)備的一個(gè)元件就能完成稱重。而且，必須觀察檢測(cè)器的靜態(tài)精度。
此外，即使在稱重期內(nèi)，閘板門(mén)108也可以被驅(qū)動(dòng)，且有可能不必考慮目標(biāo)重量的大小在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行稱重。
而后，在稱重和混合過(guò)程中，用相同的方法，在選定的第二個(gè)供料漏斗102中轉(zhuǎn)換為稱重粉末。轉(zhuǎn)換裝置122轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)于供給漏斗102的第二個(gè)螺旋送料器110。目標(biāo)重量是預(yù)定好的，稱重是使用象前述的在稱重開(kāi)始指示后的那樣的控制類(lèi)型來(lái)完成的。也就是說(shuō)，在控制設(shè)備的控制功能中除由轉(zhuǎn)換裝置122改變成給第二個(gè)閘板門(mén)108和第二個(gè)螺旋送料器110(一些操作設(shè)備)的輸出信號(hào)外，其余仍一樣。
而且，第二個(gè)螺旋送料器110的流量特性不必與第一個(gè)螺旋送料器110的流量特性相同。但是，在死區(qū)附近的特性相類(lèi)似。由于這樣，雖然在稱重開(kāi)始后輸送速度變化不同，在稱重結(jié)束之前的瞬時(shí)傳送速度大體是相同的，因此可以使用相同的從屬度函數(shù)和模糊規(guī)則來(lái)完成稱重。所以高精度，寬范圍，短周期的稱重可以不依賴于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的差異，如流量調(diào)節(jié)器的流量特主等等，而實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)各種類(lèi)型的粉末的累積稱重在稱重漏斗104中完成后，稱重漏斗104的卸料閥門(mén)124打開(kāi)，所有粉末都被傳送到制備罐106中。而且，當(dāng)粉末在稱重漏斗中流出時(shí)，通過(guò)一個(gè)輔助裝置134例如振動(dòng)器，使粉末由稱重漏斗中全部流出。通過(guò)制備罐106中的攪拌設(shè)備126的旋轉(zhuǎn)完成混合，同時(shí)可加入所希望的流體化學(xué)添加劑。在攪拌均勻后，底部閥門(mén)128打開(kāi)，使混合好的粉末流出。
接著，參考圖7，8和9，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果是與這幾幅圖所描述的情況相同。
在上述實(shí)施例中，描述了一個(gè)稱重漏斗累積稱重N種粉末，對(duì)于稱重和混合粉末的種類(lèi)沒(méi)有限制。但是，從該系統(tǒng)的情況來(lái)看，由相同稱重設(shè)備控制的螺旋送料器的最佳數(shù)目大約是8個(gè)。
圖13表示本發(fā)明的測(cè)量混合機(jī)的又一個(gè)實(shí)施例。
在此例中，一個(gè)減法稱重系統(tǒng)與前述的加法稱重系統(tǒng)相結(jié)合。減法系統(tǒng)稱重是用供料漏斗中的檢測(cè)器給出供料漏斗的粉末流出總量。
因此，首先在這個(gè)圖中的(N-1)個(gè)儲(chǔ)料漏斗，粉末供料系統(tǒng)和稱重混合系統(tǒng)有像先前的實(shí)施例一樣的結(jié)構(gòu)。所以，使用相同的參考標(biāo)號(hào)對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單的解釋。在這個(gè)例子中，第N個(gè)儲(chǔ)料漏斗102附帶有一個(gè)測(cè)力傳感器140，靠測(cè)力傳感器140可以測(cè)出重量，因此，就可測(cè)出第N個(gè)漏斗102的粉末流出量。而且，一個(gè)開(kāi)口調(diào)節(jié)器142安裝在第N個(gè)供料漏斗102的出口處，由開(kāi)口調(diào)節(jié)器142控制著漏斗102的粉末流出量。因此，雖在圖中顯示出利用開(kāi)口調(diào)節(jié)器在減法稱重的操作位置，但也可以通過(guò)其它裝置例如，螺旋送料器，來(lái)控制流速。
圖14表示上述的另一個(gè)實(shí)施例的控制方框圖。第N個(gè)儲(chǔ)料漏斗102中粉末流出量的變化是由測(cè)力傳感器140進(jìn)行減法稱重測(cè)出的。同樣，當(dāng)粉末輸送到稱重漏斗104時(shí)，通過(guò)測(cè)力傳感器114將粉末重量累積到已經(jīng)輸送到已經(jīng)輸送至稱重漏斗104的前(N-1)個(gè)儲(chǔ)料漏斗102的重量之中。在此方法中，把減法稱重和加法稱重所得到的實(shí)際重量值分別反饋到對(duì)應(yīng)的減法系統(tǒng)稱重控制器144和加法系統(tǒng)稱重控制器146。稱重控制器144和146分另計(jì)算出實(shí)際重量與設(shè)置目標(biāo)重量之間的偏差及偏差的時(shí)間變化量。用模糊控制的方法輸出了幾個(gè)控制值。而這些控制值通過(guò)一個(gè)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備148。從減法系統(tǒng)所得出的值經(jīng)過(guò)位置指令轉(zhuǎn)換器150轉(zhuǎn)換為表示開(kāi)口調(diào)節(jié)器142的開(kāi)口量的值，而且，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換裝置122轉(zhuǎn)換并輸出之后，由它們把附加系統(tǒng)得到的螺旋送料器的轉(zhuǎn)速一起傳遞到伺服驅(qū)動(dòng)器120中。
使用上述結(jié)構(gòu)，即使稱重范圍較寬，也可以利用減法稱重完成精密稱重，并且可以利用加法稱重進(jìn)行大目標(biāo)重量的稱重。
本發(fā)明中的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一個(gè)可移動(dòng)的制備罐。它是這樣一種結(jié)構(gòu)，在攪拌和反應(yīng)過(guò)程中利用可移動(dòng)制備罐分另在將要供給制備容器的各種粉末的卸料門(mén)之下移動(dòng)，即可接收粉末，又可以筒化配給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在前述實(shí)施例中，螺旋送料器用改變流動(dòng)速度來(lái)控制流量，因而，也可以用旋轉(zhuǎn)型的送料器，與用螺旋送料器同樣的方法，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度來(lái)改變流量。此外，若粉末具有很好的流量特性，同樣，也可以使用改變開(kāi)口的位置指令來(lái)控制流量的開(kāi)口調(diào)節(jié)器。
如上所述，本發(fā)明的粉末稱重混合機(jī)，可以做到(1)減少稱重元件的數(shù)目；(2)減少由于使用目標(biāo)重量控制稱重設(shè)備而造成的原材料損耗，保持了粉末的物理性質(zhì)及數(shù)量，因此可以獲得以下經(jīng)濟(jì)效益(a)由于元件的減少使原始投資下降；(b)由于元件數(shù)量減少，使維修損耗也減少；(c)由于減少了元件數(shù)量，提高了可靠性，使損壞現(xiàn)象隨之減少以及(d)由于減少原材料損失，使操作費(fèi)用下降。
在使用多種粉末的成批量生產(chǎn)過(guò)程中，由于粉末的物理性質(zhì)不同，許多情況下，不能在一個(gè)接收漏斗中完成累積稱重過(guò)程。因此，在一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，可以使用多個(gè)接收或稱重漏斗104和105，每個(gè)漏斗上均帶有稱重設(shè)備。如圖15所示的。因此，可混合的各種粉末在稱重漏斗104中稱重，不可混合的各種粉末分別在稱重漏斗105中稱重。下游的制備罐106要求制備和反應(yīng)的粉末的裝置不同，因此，系統(tǒng)就復(fù)雜了。
當(dāng)在帶有固定制備罐106的生產(chǎn)系統(tǒng)中配置幾種產(chǎn)品時(shí)，要根據(jù)產(chǎn)品的構(gòu)成安裝設(shè)備。正如前面所述的，需要大量的稱重漏斗，制備罐和稱復(fù)設(shè)備、控制設(shè)備以及用于高精度稱重的特別合適的幾個(gè)閥門(mén)。在這個(gè)例子中，這種設(shè)備僅適合于某些產(chǎn)品而不適合其他類(lèi)型的產(chǎn)品，這將是一種很浪費(fèi)的系統(tǒng)，因?yàn)樵黾恿烁髟冀M成部分的一次性投資。而且，最近的生產(chǎn)系統(tǒng)需要有多種應(yīng)用，而不僅固定為一種形式的生產(chǎn)系統(tǒng)。對(duì)于這種固定系統(tǒng)的管路需要進(jìn)行一些變換，并加入其它附加部分以組成一個(gè)非常復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)。
最近，新提出一種具有幾個(gè)可移動(dòng)的接收容器，制備罐等等的可動(dòng)式的批量生產(chǎn)系統(tǒng)。
然而，在這種系統(tǒng)中使用一種傳統(tǒng)的稱重設(shè)備，稱復(fù)時(shí)間取決于目標(biāo)重量的大小而不同。目標(biāo)重量大則稱重時(shí)間就長(zhǎng)，對(duì)可移動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)中的容器的輸送時(shí)間旋加了一種限制。因此，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，提供了所需要的稱重設(shè)備元件的數(shù)量，以便對(duì)輸送時(shí)不加以限制。但是，這將會(huì)抵消可移動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)位置那里停留的時(shí)間也增長(zhǎng)了。而且，由于目標(biāo)重量的范圍，稱重時(shí)間的限制，稱重精度條件，等等，需要大量的稱重設(shè)備元件。因此，在管道連接器中的工作時(shí)間增長(zhǎng)。
在生產(chǎn)攝影材料的過(guò)程中，由于涉及到感光材料，需要保持無(wú)光條件，任何一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)由于增加連接部件或改變了輸送周期都將對(duì)產(chǎn)品的效果產(chǎn)生影響。
通過(guò)給接收漏斗配置可移動(dòng)的設(shè)備，由于稱重漏斗可以移動(dòng)，使從所有的粉末供料漏斗那里接收各種粉末變?yōu)榭赡艿氖虑?。由于已稱過(guò)重的粉末都進(jìn)入到制備罐中，這樣不用安裝管路，可以減少稱重漏斗的數(shù)量，也能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)組成部分的機(jī)動(dòng)性。因此，當(dāng)生產(chǎn)多種產(chǎn)品時(shí)，能夠避免有空閑著的稱重漏斗。加工方法的改變能夠減少設(shè)備的增加。而且，由于使用可移動(dòng)稱重漏斗能夠縮短稱重周期，在小批量生產(chǎn)制造中時(shí)間變化也能縮小。在稱重漏斗中加入攪拌裝置，以在其中攪拌來(lái)自供料漏斗的粉末，這樣，稱重漏斗又可以作為一個(gè)制備罐。
下面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)可移動(dòng)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖16所示，考慮在這個(gè)例子中有N種粉末物質(zhì)，假定要生產(chǎn)多種類(lèi)型的產(chǎn)品，但生產(chǎn)類(lèi)型的數(shù)量要小于N。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，既使是同類(lèi)型的設(shè)備，由于稱重范圍，稱重時(shí)間，稱重精度方面的限制，要用于單一類(lèi)型的產(chǎn)品時(shí)，也需要有稱重設(shè)備和供應(yīng)物料的粉末供料漏斗。不管系統(tǒng)是可移動(dòng)的，還是固定的，要具有多重使用性，就要使用多于N個(gè)元件的設(shè)備。但是，在這個(gè)發(fā)明中，由于使用可改變流速的閉環(huán)稱重控制設(shè)備以及稱重控制設(shè)備采用了模糊控制，則不必顧及稱重范圍、稱重時(shí)間和稱重精度的情況。由于有足夠的輸送能力，確定了稱重元件的數(shù)目很小，N個(gè)粉末供料漏斗元件也足夠，且不會(huì)發(fā)生粉末混雜在一起的問(wèn)題。
這里，假定稱重設(shè)備114(測(cè)力傳感器)為一個(gè)元件。N個(gè)粉末供料漏斗102是足夠用的，但是由于稱重元件114的數(shù)量要由生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)品的生產(chǎn)量來(lái)確定，因而有理由要求稱重元件的數(shù)量比這個(gè)量更多。
每個(gè)稱重設(shè)備帶有一個(gè)稱重控制器154，它具有控制能力，并按圖17所示的進(jìn)行工作。由一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置156轉(zhuǎn)換稱重控制器154的選擇后的輸出，將這個(gè)輸出傳送到各個(gè)流量調(diào)節(jié)器，例如，N個(gè)螺旋送料器110。這就是說(shuō)，利用相同的控制準(zhǔn)則，帶有測(cè)力傳感器114的稱重漏斗104可以完成由第1至N種物質(zhì)的稱重。
由于螺旋送料器110的旋轉(zhuǎn)數(shù)是可以改變的，因此，可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粉末的流動(dòng)速度。
稱重控制器154由低通濾波元件158，模糊控制器160，驅(qū)動(dòng)控制器162和旋轉(zhuǎn)裝置156所組成。就N個(gè)螺旋送料器110的流動(dòng)特性來(lái)說(shuō)，根據(jù)目標(biāo)重量和由測(cè)力傳感器114測(cè)得的重量值就能完成模糊控制。因而，控制了N個(gè)螺旋送料器110的轉(zhuǎn)數(shù)。
此外，當(dāng)用開(kāi)口調(diào)節(jié)器作為流量調(diào)節(jié)器時(shí)，由一個(gè)位置指令來(lái)控制調(diào)節(jié)器的角度。
本發(fā)明的粉末稱重混合機(jī)操作步驟如下由主生產(chǎn)控制設(shè)備對(duì)可獨(dú)立移動(dòng)式的稱重漏斗104發(fā)出命令，使稱重漏斗104運(yùn)動(dòng)到所要求的粉末儲(chǔ)料漏斗102的正下方?？肯到y(tǒng)選擇的信號(hào)和被選定的儲(chǔ)料漏斗102的螺旋送料器110的信號(hào)使轉(zhuǎn)換裝置156轉(zhuǎn)換。通過(guò)稱重控制器154控制被選定的第一個(gè)斷流閥或閘板門(mén)108。
此外，由主生產(chǎn)控制設(shè)備發(fā)出命令，以使與第一個(gè)粉末供料漏斗102對(duì)應(yīng)的連接件164和稱重漏斗104對(duì)應(yīng)的連接件166連接起來(lái)。當(dāng)稱重準(zhǔn)備狀態(tài)已確定后，由主控制設(shè)備經(jīng)過(guò)初始設(shè)置發(fā)出開(kāi)始稱重的指令，根據(jù)稱重開(kāi)始指令，由轉(zhuǎn)換裝置156選定第一個(gè)供給系統(tǒng)。在這個(gè)例子中，選擇了第1個(gè)粉末供料系統(tǒng)，從驅(qū)動(dòng)控制器162的稱重控制器156給出的旋轉(zhuǎn)指令，使輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)112旋轉(zhuǎn)，這樣使第一個(gè)螺旋送料器110以一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)傳送粉末，并使第一個(gè)閘板門(mén)108打開(kāi)，因此，原材料開(kāi)始流動(dòng)。這時(shí)，根據(jù)目標(biāo)重量和螺旋送料器110的流量特性，用模糊控制器160計(jì)算出第一螺旋送料器110的轉(zhuǎn)數(shù)。然后，第一儲(chǔ)料漏斗102中的原材料開(kāi)始輸送到稱重漏斗104中。稱重漏斗104上的測(cè)力傳感器進(jìn)行稱重，它檢測(cè)傳送來(lái)的原材料的重量，并且將測(cè)量值反饋給稱重控制器154。
稱重控制器154的過(guò)濾部分158根據(jù)目標(biāo)重量偏差，以及反饋回來(lái)的供料粉末稱重值偏差的時(shí)間變化量來(lái)執(zhí)行操作。它根據(jù)由低通濾波器所過(guò)濾過(guò)的這些量來(lái)計(jì)算出一個(gè)值。
在這個(gè)計(jì)算出值的基礎(chǔ)上，根據(jù)幾個(gè)模糊規(guī)則，前述的模糊控制器160可以完成推理的操作，它可以計(jì)算出在下一控制周期中，螺旋送料器110為了具有合適的流速應(yīng)有的轉(zhuǎn)數(shù)。
在開(kāi)始稱重之后，隨著稱重偏差變小，螺旋送料器110的旋轉(zhuǎn)數(shù)減少，直到它達(dá)到非常小的流速。稱重偏差及偏差的時(shí)間變化量也變小。當(dāng)稱重偏差下降到低于一個(gè)確定值時(shí)，第一個(gè)閘板門(mén)108完全關(guān)閉。在這時(shí)，流速很小，流入量也很小。結(jié)果，在停止稱重之后，流入稱重漏斗的粉末量很小，這樣，不依賴于流速的變化，稱重精度得到改善。此外，圖18中給出了具有一般流量特性的結(jié)果。螺旋送料器110在其允許的旋轉(zhuǎn)速度范圍的10％以下有一個(gè)死區(qū)。在模糊推理操作中可以認(rèn)為該死區(qū)為零。因此，既使螺旋送料器存在著無(wú)規(guī)律旋轉(zhuǎn)，或機(jī)械間隙，間隙的有害影響都被這個(gè)死區(qū)所吸收了。因此，模糊控制和高精度稱重成為可能。而且，流量調(diào)節(jié)器的功能將根據(jù)目標(biāo)重量和過(guò)程系統(tǒng)而變化，用相同的稱重設(shè)備進(jìn)行稱重時(shí)，可以不考慮目標(biāo)重量的大小。因此，稱重范圍被擴(kuò)大了。在稱重過(guò)程中，前述的流量調(diào)節(jié)器的操作特性也將發(fā)生變化，這樣，不考慮目標(biāo)重量的大小可以在幾個(gè)幾乎相等的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行稱重測(cè)量。根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型的構(gòu)成情況來(lái)看，上述操作方法是有效的。當(dāng)一產(chǎn)品型的全部所需物質(zhì)被稱重之后，該過(guò)程就轉(zhuǎn)換到下一個(gè)操作，把粉末輸送到放在下游處的一個(gè)制備罐中。
這個(gè)制備罐168可以移動(dòng)，并且使它的連接件與管路連接件172的下部連接在一起。在這種連接完成后，稱重漏斗104的底部閥124由輸送控制設(shè)備控制并且打開(kāi)，把粉末通過(guò)管路連接件172傳輸?shù)街苽涔?68中。
在圖16中，測(cè)力傳感器114放置于稱重漏斗104上。稱重漏斗104的移動(dòng)設(shè)備也是獨(dú)立/運(yùn)動(dòng)型的，移動(dòng)設(shè)備是在所需位置稱重的一種形式，移動(dòng)設(shè)備也是用無(wú)人操作載體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。而且，在每個(gè)連接位置進(jìn)行焊接都是必需的，例如，幾個(gè)位置傳感器，等等，都是以電連接方式相連接的。
當(dāng)在稱重漏斗104中加入一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片，它承擔(dān)混合功能，并作為制備罐的定位裝置，這樣將使系統(tǒng)更加有效。
在前述的實(shí)施例中，作為一個(gè)稱重設(shè)備舉例給出了一個(gè)測(cè)力傳感器114，如果使用另一種罐稱重檢測(cè)器也是相同的。
移動(dòng)設(shè)備可以無(wú)入操作進(jìn)行運(yùn)載，它載起稱重漏斗104在兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間運(yùn)行，或者可以在稱重漏斗104上加幾個(gè)輪子。
由于使用本發(fā)明的粉末稱重混合機(jī)，粉末稱重混合機(jī)可以從多個(gè)粉末供給漏斗累積稱重各種粉末，在一個(gè)接收漏斗中接收這些粉末，并且在其中混合它們。稱重控制裝置中配有轉(zhuǎn)換設(shè)備，它們閉環(huán)方式進(jìn)行控制操作，其中根據(jù)各種供給粉末的目標(biāo)重量，利用模糊推理，由稱重控制裝置改變流過(guò)各種流量調(diào)節(jié)器的流量。每個(gè)粉末供料漏斗帶有與粉末供給管路相串聯(lián)的流量調(diào)節(jié)器。把從供料漏斗來(lái)的供給粉末的稱重設(shè)備置于接收漏斗的旁邊。本發(fā)明的另一個(gè)特征是具有接收容器的可移動(dòng)設(shè)備。在本發(fā)明控制設(shè)備的系統(tǒng)中，既使在較寬的稱重范圍內(nèi)，也有可能在短時(shí)間內(nèi)并且快速地完成稱重測(cè)量。由于干擾和粉末的物理性質(zhì)上的變化，甚至有大塊的組成部分時(shí)，流速發(fā)生變化，對(duì)稱重的精度也不會(huì)產(chǎn)生什么影響。由于減少了稱重設(shè)備元件，組成部分簡(jiǎn)化了，從而增加了生產(chǎn)能力?？看笠?guī)模制備的方法，可以有效地減少原材料的損耗，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，原始投資，維護(hù)費(fèi)用和操作費(fèi)用都可以減少，并且增加了可靠性。
權(quán)利要求
1.一種粉末稱重方法，由下列步驟組成設(shè)置所測(cè)量粉末的目標(biāo)重量；用一個(gè)流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)由送料容器輸送到接收容器粉末的流速；測(cè)量輸送到所說(shuō)接收容器中的粉末重量；確定在所說(shuō)的測(cè)量重量與所說(shuō)的目標(biāo)重量之間的偏差；確定所述偏差的時(shí)間變化量；根據(jù)所說(shuō)偏差及所說(shuō)的偏差的時(shí)間變化量，使用模糊推理得出在下一個(gè)控制周期中所希望的粉末流速；以及在所說(shuō)下一個(gè)控制周期中，對(duì)應(yīng)于所希望流速再次調(diào)整流速，并且重復(fù)所說(shuō)的測(cè)量步驟，所說(shuō)的兩個(gè)確定值步驟，及所說(shuō)的執(zhí)行步驟；在所說(shuō)的流量調(diào)節(jié)器中有一個(gè)死區(qū)，在該死區(qū)內(nèi)，所說(shuō)的調(diào)節(jié)器的初始運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了基本為零的流速，而且在使用模糊推理的過(guò)程中所說(shuō)的死區(qū)也與零流速有關(guān)。
2.一個(gè)粉末稱重方法，由下列步驟組成設(shè)置所測(cè)粉末的目標(biāo)重量；用流量調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)由供料容器輸送到接收容器的所說(shuō)粉末的流速；測(cè)量輸送到所說(shuō)接收容器內(nèi)的粉末重量；將測(cè)量到重量輸入到低通濾波器中進(jìn)行處理；確定經(jīng)過(guò)所說(shuō)低通濾波器處理的測(cè)量重量與目標(biāo)重量之間的偏差；確定所說(shuō)的偏差的時(shí)間變化量；根據(jù)所說(shuō)偏差及時(shí)間變化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速；以及，在所說(shuō)的下一次控制周期中，相應(yīng)于所希望的流速再次調(diào)節(jié)流速，并且重復(fù)測(cè)量步驟，兩個(gè)確定數(shù)值的步驟，及執(zhí)行步驟。
3.一種粉末稱重方法，由下列步驟組成設(shè)置所測(cè)粉末的目標(biāo)重量；用流量調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)由供料容器輸送到接收容器的所說(shuō)粉末的流速；測(cè)量輸送到所說(shuō)接收容器內(nèi)的粉末重量；確定在測(cè)得量與目標(biāo)重量之間的偏差；確定所說(shuō)偏差的時(shí)間變化量；根據(jù)所說(shuō)偏差及時(shí)間變化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速，將用在模糊推理中所說(shuō)的偏差及偏差的時(shí)間變化量的從屬度函數(shù)劃分成有更小間隔的幾個(gè)組，以使偏差和時(shí)間變化量的值更??；在所說(shuō)的下一個(gè)控制周期中，相應(yīng)于所希望的流速，再次重復(fù)所說(shuō)的測(cè)量步驟，所說(shuō)的兩個(gè)確定值步驟及執(zhí)行步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的粉末稱重方法，其中對(duì)于每個(gè)所說(shuō)的從屬度函數(shù)至少某些間隔在半對(duì)數(shù)座標(biāo)軸上為等間隔。
5.一種粉末稱重方法，由下列步驟組成設(shè)置所測(cè)粉末的目標(biāo)重量；通過(guò)流量調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)由送料容器輸送到接收容器的粉末流速；測(cè)量輸送到所說(shuō)接收容器中的粉末重量；確定測(cè)量重量與目標(biāo)重量之間的偏差；確定所說(shuō)的偏差的時(shí)間變化量；根據(jù)所說(shuō)的偏差及所說(shuō)的時(shí)間變化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速；以及在所說(shuō)的下一次控制周期中，根據(jù)所希望的流速，再次調(diào)整流速，并且重復(fù)所說(shuō)的測(cè)量步驟，所說(shuō)的兩個(gè)確定步驟，及所說(shuō)的執(zhí)行步驟；根據(jù)流量調(diào)節(jié)器的流量特性和目標(biāo)重量，利用模糊推理來(lái)確定通過(guò)流量調(diào)節(jié)器的初始調(diào)整過(guò)的流速，所說(shuō)的目標(biāo)重量的從屬度函數(shù)有取決于目標(biāo)重量的多級(jí)形式。
6.一種粉末測(cè)量混合裝置，包括多個(gè)供料容器；多個(gè)附加在所說(shuō)各個(gè)供料容器出口處的流量調(diào)節(jié)器；多個(gè)附加在所說(shuō)的流量調(diào)節(jié)器的各個(gè)輸出端的供料管路；一個(gè)在所說(shuō)的多個(gè)供料管路之間可移動(dòng)的接收容器，該接收容器收集經(jīng)過(guò)多個(gè)流量調(diào)節(jié)器的粉末；測(cè)量裝置，它用于測(cè)量出不論來(lái)自那個(gè)供料管路進(jìn)入到接收容器內(nèi)的粉末重量；確定裝置，它用于測(cè)定在測(cè)量重量與目標(biāo)重量之間的偏差，以及偏差的時(shí)間變化量；控制裝置，它根據(jù)所說(shuō)的偏差及偏差的時(shí)間變化量，按照模糊推理進(jìn)行操作，得出下一次控制周期中控制裝置的所希望的流速；以及轉(zhuǎn)換裝置，它用于轉(zhuǎn)換控制裝置的一個(gè)輸出量，以選擇使用所說(shuō)的流量調(diào)節(jié)器中的一個(gè)。
全文摘要
一種粉末測(cè)量設(shè)備和粉末測(cè)量混合裝置，其粉末由供料漏斗傳輸?shù)綔y(cè)量漏斗中，粉末流速由接在漏斗上的流量調(diào)節(jié)器控制。對(duì)測(cè)量漏斗的重量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。控制器把測(cè)得重量與目標(biāo)重量進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)偏差以及一個(gè)偏差的時(shí)間變化量?？刂破鞲鶕?jù)模糊推理進(jìn)行操作，以得出在下一個(gè)控制周期中所希望的流速。該所希望的流速被輸送到流量調(diào)節(jié)器?？梢允褂脦讉€(gè)帶有流量調(diào)節(jié)器的供料漏斗。在混合測(cè)量的不同階段，控制器的輸出在不同的流量調(diào)節(jié)器之間轉(zhuǎn)換。另外，在幾個(gè)不同供料漏斗間可移動(dòng)測(cè)量漏斗，以避免使用復(fù)雜管路。
文檔編號(hào)G01G11/08GK1030486SQ88103618
公開(kāi)日1989年1月18日 申請(qǐng)日期1988年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月12日
發(fā)明者樋口登, 松井敬三, 小林忠造, 大西弘志 申請(qǐng)人:富士膠片公司