一种控制粉体供料器供料速率的方法及系统与流程

1.本发明涉及粉体供料技术领域，尤其涉及一种控制粉体供料器供料速率的方法及系统。


背景技术：

2.粉体供料器是工业领域应用十分广泛的一类设备。粉体供料器中的一大类是采用旋转供料装置的供料器(如螺旋供料器、锁气阀供料器)，该类供料器通过调节转速改变供料速率(即单位时间内供出的粉体的质量)。
3.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：供料速率与转速的量化对应关系通常是不确知、非线性的。而且，由于供料器内部构件不可避免的磨损以及粉体物理特性(如粒度、湿度)多变等原因，供料器在同一转速下的供料速率也是动态变化的。
4.再者，在连续生产的情况下，供料器配套的料仓需要周期性地补料，以维持料仓中合适的料位。现有技术中为供料器配套的料仓加装称重装置(如cn213170459u“一种带有称重功能的定量供料仓”)，试图通过监视料仓重量的变化掌握供料速率。然而，在补料阶段，重量信号的变化是上料和下料两个环节的综合贡献，无法从中单独抽取下料(供料)的信息，导致补料阶段成为上述方法的“盲区”。
5.上述问题导致在工业生产中只能主要依靠运行人员的经验(供料速率与供料器转速的模糊对应关系)对供料器转速进行设定和调节，供料速率无法直接掌握且控制误差较大，并且难以投入自动化运行控制。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的目的在于提出一种控制粉体供料器供料速率的方法及系统。
8.为达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种控制粉体供料器供料速率的方法，包括：
9.采集料仓的实时重量；
10.采集供料器的实时转速；
11.对下降段内料仓的重量和时间进行线性拟合获得供料速率，其中下降段是料仓无进料只往外输料的阶段；
12.对供料器转速和供料速率进行曲线拟合，得到供料曲线数学表达式；
13.接收一个供料速率设定值，根据预先设定的第一供料曲线数据表进行插值计算得到对应的供料器的第一设定转速，其中第一供料曲线数据表由供料器转速和供料速率组成，根据供料曲线数学表达式计算得到对应的供料器的第二设定转速；
14.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件；
15.在满足预定条件的情况下控制供料器以第二设定转速运行，否则控制供料器以第
一设定转速运行。
16.本发明的控制粉体供料器供料速率的方法，使得当供料器的供料速率由于设备磨损、物料特性变化等因素发生变化时，能够根据运行数据重新获得供料速率与供料器转速的对应关系，进而对转速进行自动调整，使上位控制端的控制程序和运行人员不会受到前述变化的干扰，也不必关心供料系统内部的控制和调整。
17.进一步地，
18.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件包括：
19.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否超过供料器在频率为50z时工作时转速的30％，如果超过则满足所述预定条件。
20.进一步地，所述供料器转速的改变是通过改变变频器的频率来实现的。
21.进一步地，还包括：
22.将拟合得到的供料曲线数学表达式在供料器转速的一些离散数据点上计算对应的供料速率，形成第二供料曲线数据表，根据第二供料曲线数据表进行插值计算得到对应的供料器的第三设定转速，控制供料器以第三设定转速运行。
23.本发明的第二方面提出了一种控制粉体供料器供料速率的系统，包括：
24.料仓，用于存放物料；
25.称重传感器，用于检测料仓的实时重量；
26.供料器，用于供料；
27.电机，电机的输出轴与供料器连接，用于驱动供料器；
28.变频器，变频器与电机连接，用于调整电机的转速；
29.控制器，控制器分别与称重传感器和变频器相连；
30.计算机，计算机与控制器相连，计算机用于接收转速和重量数据，对下降段内料仓的重量和时间进行线性拟合获得供料速率，其中下降段是料仓无进料只往外输料的阶段，对供料器转速和供料速率进行曲线拟合，得到供料曲线的数学表达式；
31.控制器用于从外部获取一个供料速率设定值，根据预先设定的第一供料曲线数据表进行插值计算得到对应的变频器的第一设定频率，其中第一供料数据表由变频器频率和供料速率组成，根据从计算机得到的供料曲线的数学表达式计算得到对应的变频器的第二设定频率，判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件，在满足预定条件的情况下控制变频器以第二设定频率运行，否则控制变频器以第一设定频率运行。
32.进一步地，
33.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件包括：
34.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否超过供料器在频率为50z时工作时转速的30％，如果超过则满足所述预定条件。
35.进一步地，所述供料器为螺旋式供料器或单锁气阀式供料器。
36.进一步地，还包括卸料阀，卸料阀安装在所述料仓的上方，用于控制物料能否进入所述料仓。
37.进一步地，所述计算机还用于将供料曲线数学表达式在变频器频率的一些离散数据点计算得到对应的供料速率，形成第二供料曲线数据表；
38.所述控制器还用于根据第二供料曲线数据表进行插值计算得到对应的供料器的第三设定转速，控制供料器以第三设定转速运行。
39.本发明的控制粉体供料器供料速率的系统，使得当供料器的供料速率由于设备磨损、物料特性变化等因素发生变化时，能够根据运行数据重新获得供料速率与供料器转速的对应关系，进而对转速进行自动调整，使上位控制端的控制程序和运行人员不会受到前述变化的干扰，也不必关心供料系统内部的控制和调整。本系统因此一定程度上具备了自学习、自适应、自调整的智能装备的特征。
40.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
41.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
42.图1是本发明一实施例提出的控制粉体供料器供料速率的方法的流程示意图；
43.图2是本发明一实施例提出的控制粉体供料器供料速率的系统的结构示意图；
44.图3示出了图1中料仓的重量信号随时间变化的曲线。
45.图4示出了图1中的供料器转速与供料速率的原始数据散点。
46.图5示出了对图4中的原始数据进行多项式拟合得到的供料曲线。
47.附图标记说明：
48.卸料阀1、称重传感器2、料仓3、供料器4、电机5、变频器6、控制器7、计算机8、实时转速信号11、转速设定信号12、供料曲线数据13、重量和转速信号14、供料速率设定信号15、实时重量信号16。
具体实施方式
49.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
50.图1是本发明一实施例提出的控制粉体供料器供料速率的方法的流程示意
51.参见图1，一种控制粉体供料器供料速率的方法，包括：
52.采集料仓的实时重量；
53.采集供料器的实时转速；
54.对下降段内料仓的重量和时间进行线性拟合获得供料速率，参照图3，其中下降段是料仓无进料只往外输料的阶段；
55.对供料器转速和供料速率进行曲线拟合，得到供料曲线数学表达式；
56.接收一个供料速率设定值，根据预先设定的第一供料曲线数据表进行插值计算得
到对应的供料器的第一设定转速，其中第一供料曲线数据表由供料器转速和供料速率组成，根据供料曲线数学表达式计算得到对应的供料器的第二设定转速；
57.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件；
58.在满足预定条件的情况下控制供料器以第二设定转速运行，否则控制供料器以第一设定转速运行。
59.通过上述步骤，根据一个供料速率设定值可以使供料器以准确的转速运行，从而避免现有技术中主要依靠运行人员的经验(供料速率与供料器转速的模糊对应关系)对供料器转速进行设定和调节，提供了一种新的控制粉体供料器供料速率的方法，对供料器转速进行自动调整。
60.预定条件的配置可以根据实际的需要来确定，也就是说，供料器以何种设定转速运行可以是预先配置的，这种配置的方式有很多种，无论配置了哪种条件，只要该条件是用来对供料器的转速进行设定的，都可以不再使用现有技术中的人员经验去调节，都可以解决现有技术中的问题。
61.判断供料器运行时间是否满足预定条件的方式有很多种，在本实施例中提供两种可选的实现方式。
62.在一个实施例中，上述步骤中判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件可以是：
63.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否超过供料器在频率为50z时工作时转速的30％，，如果超过则满足预定条件。
64.供料器投入实际运行后的较短时间内，由于尚未积累足够多的运行数据以获得实际供料曲线数据，因此将采用出厂设定的供料曲线数据，第一供料曲线数据表采用出厂设定，用以根据供料速率设定值算得供料器转速目标值。
65.而当已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否超过供料器在频率为50z时工作时转速的30％，也就是占到0～50hz范围足够的大的比例，对下降段内料仓的重量和时间进行线性拟合获得供料速率，对供料器转速和供料速率进行曲线拟合，得到供料曲线数学表达式时，供料器转速和供料速率数据量是可以满足基本需要。经过多个下降段，取得的供料器转速和供料速率数据量更大，可以获得更具有代表性的数据。
66.可以理解的是，供料器转速的改变是通过改变变频器的频率来实现的。
67.可选的，控制粉体供料器供料速率的方法，还包括：
68.将拟合得到的供料曲线数学表达式在供料器转速的一些离散数据点上计算对应的供料速率，形成第二供料曲线数据表，根据第二供料曲线数据表进行插值计算得到对应的供料器的第三设定转速，控制供料器以第三设定转速运行。
69.也就是说，供料器的设定转速还可以根据第二供料曲线数据表进行插值计算得到，不必采用供料曲线数学表达式计算得到。
70.参照图2，本发明实施例还给出了一种控制粉体供料器供料速率的系统，包括称重传感器2、料仓3、供料器4、电机5、变频器6、控制器7和计算机8。其中，料仓3，用于存放物料；称重传感器2，用于检测料仓的实时重量；供料器4，用于供料；电机5，电机的输出轴与供料器4连接，用于驱动供料器4；变频器6，变频器6与电机5连接，用于调整电机5的转速；控制器7，控制器7分别与称重传感器2和变频器6相连；计算机8，计算机8与控制器7相连，计算机8
用于接收转速和重量数据，对下降段内料仓的重量和时间进行线性拟合获得供料速率，其中下降段是料仓无进料只往外输料的阶段，对供料器转速和供料速率进行曲线拟合，得到供料曲线的数学表达式。
71.本实施例系统的各种信号的传输关系如下：供料速率设定信号15由外部输入，实时重量信号16从称重传感器2传输给控制器7，实时转速信号11从变频器6传输给控制器7，重量和转速信号14从控制器7传输给计算机8，供料曲线数据13从计算机9传输给控制器7，转速设定信号12从控制器7传输给变频器6。
72.控制器7可以选用plc，用于从外部获取一个供料速率设定值，根据预先设定的第一供料曲线数据表进行插值计算得到对应的变频器的第一设定频率，其中第一供料数据表由变频器频率和供料速率组成，根据从计算机得到的供料曲线的数学表达式计算得到对应的变频器的第二设定频率，判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否满足预定条件，在满足预定条件的情况下控制变频器以第二设定频率运行，否则控制变频器以第一设定频率运行。
73.可选地，判断供料器运行时间是否满足预定条件包括：
74.判断已采集到的供料器最大转速与供料器最小转速的差值是否超过供料器在频率为50z时工作时转速的30％，如果超过则满足预定条件。
75.在一些实施例中，供料器4为螺旋式供料器或单锁气阀式供料器。
76.有利地，本发明实施例一种控制粉体供料器供料速率的系统还包括卸料阀1，卸料阀1安装在料仓3的上方，用于控制物料能否进入料仓3。
77.计算机8还用于将供料曲线数学表达式在变频器频率的一些离散数据点计算得到对应的供料速率，形成第二供料曲线数据表；控制器7还用于根据第二供料曲线数据表进行插值计算得到对应的供料器的第三设定转速，控制供料器以第三设定转速运行。
78.供料曲线数据，也可以是通过供料曲线数学公式在供料器转速的一系列离散数值点上计算得到的[供料器转速，供料速率]组成的数据表，控制器可利用插值的方法，由供料速率设定值算得供料器转速目标值。
[0079]
下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及到的内容进行说明。
[0080]
本实施例提供的控制粉体供料器供料速率的系统，采用双锁气阀式供料器，通过变频器控制供料器驱动电机的转速，变频器工作频率范围为0～50hz。
[0081]
供料器投入运行后，某段时间稳定运行在转速为q1下，重量信号随时间变化的曲线如图3示例。曲线的下降段是料仓上部卸料阀关闭从而料仓无进料的阶段，此时重量信号的变化(减小)完全来自于供料器向外的输料，因此对下降段进行直线拟合得到的斜率的绝对值，就是该下降段对应的供料速率。由于测量误差、物料特性波动等原因，即使在转速不变的情况下，对多个相邻的下降段按照上述拟合方法获得的供料速率也不完全相同，故而对多个下降段的供料速率取平均值，作为该转速下的供料速率w1。
[0082]
参照图4，由于生产的需要，供料器会在不同的转速下工作一定的时长。重复上述过程，得到一系列的[qi,wi]原始数据。参照图5，本系统中的计算机对这些运行数据进行曲线拟合。以供料速率为自变量，转速为因变量，采用四次多项式拟合，四次多项式为示例，也可采用其它数学形式，在此不做限定，得到拟合表达式：
[0083]
[0084]
其中k0＝0(这里强制要求曲线过零点故k0＝0)，k1＝19.21503，k2＝26.64171，k3＝-39.24768，k4＝20.36192。计算机将参数数组[0.0,19.21503,26.64171,-39.24768,20.36192]发送至控制器，控制器根据该数组的长度判断多项式的阶数，并设定多项式的各系数值。
[0085]
某时刻，控制器接收到的供料速率设定信号为w
sd
＝1.2kg/s，控制器将该数据代入上述表达式，得到供料器转速目标值q
js
≈35.8hz，控制器将该值传送至变频器，以之作为变频器的工作频率。
[0086]
在另一个优选实施例中，与上一个优选实施例的差别在于，计算机将拟合得到的供料曲线数学表达式在供料器转速的一些离散数据点上计算对应的供料速率，形成供料曲线数据表，并将该表(而不是供料曲线数学表达式的参数数组)发送至控制器。
[0087]
举例来说，在上一个优选实施例得到的曲线表达式的基础上，在q＝0～50hz的一些离散点上计算对应的w，得到下表，并发送至控制器。
[0088][0089]
某时刻，控制器接收到的供料速率设定信号为w
sd
＝1.2kg/s，控制器根据供料曲线数据表，找到分别小于和大于w
sd
的两个相邻点，即(35hz,1.18kg/s)和(40hz,1.27kg/s)，通过线性插值，得到对应于w
sd
＝1.2kg/s的转速应为q
js
＝(1.2-1.18)/(1.27-1.18)
×
(40-35) 35≈36.1hz，控制器将该值传送至变频器，以之作为变频器的工作频率。
[0090]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0091]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0092]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0093]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。