[发明专利]一种颗粒料或粉料的加料称量控制系统

说明书

  

技术领域

本发明公开了一种颗粒料或粉料的加料称量控制系统。可以实现对颗粒料或粉料连续加料称量设备的控制。通过数学模型给出的加料速度，运用PID连续调节设备加料，可以实现对定量颗粒料或粉料的高效精确称量。 

背景技术

在颗粒料或粉料的称量过程中，一直采用的是段速称量过程。即将物料称量速度分为快慢双速或多段速进行称量。在上位计算机中根据配方设定相应炭黑的快称值和慢称值。上位计算机系统将两个值传入PLC控制系统。在PLC控制程序中，根据设定的重量，先快称，以保证称量效率。当接近称量目标值时慢速称量以保证称量精度。 

双速调节称量作为粉料称量的常用方式，它以简单的重量控制完成称量过程。具备结构简单，控制方便等优点。高低速搭配保证了一定的称量效率和精度。但是作为传统的称量方案，其不足也十分明显，主要体现在以下几个方面： 

(1)称量速度设定不便。(2)称量速度固定。(3)慢称定速困难。

(4)难以实现称量效率和精度的平衡。  

发明内容

技术方案： 

为了解决上述问题，本发明采取一种新的设计方案，采用连续调速的方法实现对定量颗粒或粉料的高精度高效率称量。

在生产过程中由于称量过程的非线性，原来控制的方法需频繁调整控制参数，且很难保证称量过程高效精确。因此研究采用速度闭环控制的方法实现称量过程。选取控制的目标为物料的加料速度，称量的过程为：称量初期由于设备加料速度的物理限制，停留在最高加料速度,此时系统是定值调速系统。当称量重量接近目标重量时速度设定值自动减小，此时系统为连续调速系统。速度的设定通过加料设备的加料速度设定实现，整个过程实现了无级调速，改变了原来段速称量固定的模式。采用控制称量物料加料速度的方法，保证了整个过程的可控性，提高了称量精度和效率。系统可自动根据加料的情况，闭环控制，避免了生产过程中的人工调整，提高生产效率。 

 首先要建立系统的数学模型。考虑到计算和分析方便，采用e指数下降函数作为称量速度下降段得函数，构造称量速度函数如下： 

为速度的下降速率，为重量目标值，为需要在调速称量过程中称重的重量值。根据称量速度与称量重量的微积分关系，以及约束条件，可以确定相应称量过程的上述参数值。从而给出称量系统所需的实时速度。数学模型确定的称量速度与时间的关系如附图1所示。

根据加料重量与加料速度的微积分关系，加料控制时间的约束条件，可以得到数学模型的参数。即根据设定重量、要求控制的加料时间，可确定系统中的各个参数。（其中速度跳变点的重量可采用简单的线性比例关系确定）确定过程如下： 

(1)初速度

根据生产试验，在称重目标量为140KG时，初始速度=4kg/s较为合适。在称重目标量为时，初始速度较为合适。为了计算和控制方便，近似将称重目标量与初始速度看作线性关系。则可推定称重目标量与初始速度关系如下：

由此式可得。

(2)速度下降指数 

速度下降指数决定了称量的速度下降过程，如果选择过大，由于设备惯性的局限性很难达到，如果选择过小又会延长速度下降时间，影响称重效率。

生产试验表明，选择较为合适。为了简化计算，近似认为初速度与速度下降指数为线性关系。由此线性关系可得速度下降指数a。 

(3)称量总时间T 

考虑到称量重量和称量总时间的关系。为了方便模型计算，认为二者是线性关系。根据生产经验对于5kg的物料在8S中完成，对于150kg的物料在90S内。

  

(4)速度转变点

根据数学模型，当称重量达到时，速度开始呈指数下降，此时为开始称量后秒。则有：

解上述两个方程即可得到。

  

然后按照数学模型给出的设定速度，根据称量控制模型附图2，对加料速度进行闭环PID控制，实现加料过程的连续调速。

在速度的采集数据进行处理时，为了避免个别结块粉料和大颗粒物料对称冲击造成的影响，采用加权平均的方法，由前几次采集的当前采集的称量速度和前几次采集数据进行加权平均得出此时的称重速度。如下式： 

   - 其中V(K)为当前速度。