CN101620001B - 一种金属粉末自动称量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属粉末自动称量的控制方法，优点是由于采用了改进的比例脉冲宽度调速控制方法来控制送料驱动电机的转速，当称重料斗内金属粉末的实际重量值小时，送料驱动电机的转速快，向称重料斗内送料的速度快，当实际重量值接近目标值时，送料驱动电机的转速慢，向称重料斗内送料的速度慢，且送料驱动电机的速度变化连续不间断，兼顾了送料的效率和精度，而且控制系统采用了单片微机控制系统，控制方法比较简单，同时也降低了成本，此外，由于设置在储料料斗内的螺旋送料机构的送料方向与重力方向一致，在送料的同时利用了金属粉末本身的重力作用，提高了粉末的送料均匀性和稳定性，而且实现整个控制方法的系统也比较简单。

Description

一种金属粉末自动称量的控制方法 

技术领域

本发明涉及一种金属粉末的称量方法，尤其涉及一种金属粉末自动称量的控制方法。 

背景技术

粉末冶金零件是以金属粉末为原料，通过成形、烧结和必要的后续处理而制得。粉末冶金零件的性能与其密度有直接的关系，而其密度取决于烧结零件时加到成型模具内的金属粉末重量，因此金属粉末称量的效率和精度，对粉末冶金零件的质量、制造效率和成本有重要的影响。为此，近年来，在自动称量及其相关技术的研究中，出现了许多新技术与新方法，如：(1)以神经网络技术为控制核心，采取多因素协调的新型动态定量称重控制方法；(2)根据动态测量原理，采取一种基于总线的实时化、智能化和网络化的动态称重系统；(3)利用PSD的结构特性及工作原理并结合FPGA的灵活高速实时特点设计的一种高精度小量程的称量系统等，上述自动称量的系统和控制方法虽然能实现粉末的精确称量，但是控制方法比较复杂，系统的结构也比较复杂，成本也比较高。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制简单、成本较低，且能保证送料效率和精度的金属粉末自动称量的控制方法。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种金属粉末自动称量的控制方法，它包括以下步骤： 

(1)、将储料料斗设置在称重料斗的上方，在储料料斗内设置送料方向与重力方向一致的螺旋送料机构，在称重料斗上连接测重传感器，并在称重料斗的出料口上设置卸料阀，然后将测重传感器、卸料阀、螺旋送料机构中的送料驱动电机分别与控制系统电连接； 

(2)、将控制系统初始化； 

(3)、设定称重料斗需要称量的金属粉末重量的目标值E和最大允许偏差ΔE(k)max，然后根据脉冲宽度调速原理以及比例脉冲宽度调速控制算法，设定对应称重料斗内当前的实际重量值E(k)时计算送料驱动电机需要控制的转速V的公式： 

V＝D×Vmax＝(t/T)×Vmax  (1) 

V＝Kp×ΔE(k)ⁿ×Vmax＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×Vmax    (2) 

其中：V为送料驱动电机需要控制的实时转速，D为占空比，Vmax为D等于1即送料驱动电机的电枢电压为最大值时的转速，T为需要输出至送料驱动电机的脉冲周期，t为脉冲周期T内送料驱动电机的通电时间，Kp为比例系数，E为需要称量的金属粉末重量的目标值，E(k)为当前采样到的称重料斗内金属粉末的实际重量值，n为正整数，其数值根据实际需要选取； 

根据公式(1)、(2)可得到t＝Kp×ΔE(k)ⁿ×T＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×T，控制系统根据测重传感器采样到的称重料斗内金属粉末的当前的实际重量值E(k)，即可计算出输出脉冲周期T内送料驱动电机的通电时间t，从而控制送料驱动电机的转速V； 

(4)、控制系统发出指令启动送料驱动电机，螺旋送料机构开始往称重料斗内送料，同时关闭称重料斗上的卸料阀，测重传感器采集当前称重料斗内金属粉末的实际重量值E(k)，并反馈信息给控制系统，控制系统根据实际重量值E(k)控制送料驱动电机的相应转速V； 

(5)、将需要称量的目标值E与实际重量值E(k)的差值ΔE(k)的绝对值与最大允许偏差ΔE(k)max做比较，如果|ΔE(k)|＞ΔE(k)max，则继续判断实际重量值E(k)与目标值E的差值是否大于最大允许偏差ΔE(k)max，如果是，则控制系统控制送料驱动电机停止转动，并打开卸料阀，同时监测测重传感器采集的当前实际重量值E(k)直至E(k)-E≤ΔE(k)max时，关闭卸料阀，进入步骤(6)，如果不是，送料驱动电机继续转动，螺旋送料机构继续向称重料斗中送料，同时监测测重传感器采集的当前实际重量值E(k)直至E-E(k)≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，并进入步骤(6)； 

(6)、当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，并打开卸料阀并延时一段时间，将称重料斗中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具中，然后关闭卸料阀，进入下一个步骤(4)-(6)的循环。 

所述的步骤(1)中，在称重料斗的下方设置传送带，传送带通过传送驱动电机带 动，并将传送驱动电机与控制系统电连接，步骤(6)中，当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，同时启动传送驱动电机，带动传送带上的成型模具向前移动，当成型模具到达指定卸料位置时，传送驱动电机停止转动，控制系统打开卸料阀并延时一段时间，将称重料斗中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具中，然后关闭卸料阀； 

(7)、控制系统启动传送驱动电机，带动传送带将装有金属粉末的成型模具继续向前移动，使其离开卸料位置，然后传送驱动电机停止转动，进入下一个步骤(4)-(7)的循环； 

(8)、当控制系统检测到系统停止工作的标识时，控制系统控制整个系统停止工作，自动称量结束。 

所述的控制系统为单片微机控制系统。 

与现有技术相比，本发明的优点是由于采用了改进的比例脉冲宽度调速控制方法来控制送料驱动电机的转速，当称重料斗内金属粉末的实际重量值小时，送料驱动电机的转速快，向称重料斗内送料的速度快，当实际重量值接近目标值时，送料驱动电机的转速慢，向称重料斗内送料的速度慢，且送料驱动电机的速度变化连续不间断，兼顾了送料的效率和精度，而且控制系统采用了单片微机控制系统，控制方法比较简单，同时也降低了成本，此外，由于设置在储料料斗内的螺旋送料机构的送料方向与重力方向一致，在送料的同时利用了金属粉末本身的重力作用，提高了粉末的送料均匀性和稳定性，而且实现整个控制方法的系统也比较简单。 

附图说明

图1为实现本发明的系统的结构示意图； 

图2为本发明的控制过程的流程图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

如图所示，一种金属粉末自动称量的控制方法，它包括以下步骤： 

(1)、将储料料斗2设置在称重料斗1的上方，在储料料斗2内设置送料方向与重力方向一致的螺旋送料机构，在称重料斗1上连接测重传感器5，并在称重料斗1的出料口上设置卸料阀11，同时在称重料斗1的下方设置传送带7，传送带7通过传送驱动电机8带动，然后将传送驱动电机8、送料驱动电机3、测重传感器5、卸料阀11分别与控制系统(图中未显示)电连接；

(2)、将控制系统初始化； 

(3)、设定称重料斗1需要称量的金属粉末重量的目标值E和最大允许偏差ΔE(k)max，然后根据脉冲宽度调速原理以及比例脉冲宽度调速控制算法，设定对应称重料斗1内当前的实际重量值E(k)时计算送料驱动电机3需要控制的转速V的公式： 

V＝D×Vmax＝(t/T)×Vmax  (1) 

V＝Kp×ΔE(k)ⁿ×Vmax＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×Vmax    (2) 

其中：V为送料驱动电机3需要控制的实时转速，D为占空比，Vmax为D等于1即送料驱动电机3的电枢电压为最大值时的转速，T为需要输出至送料驱动电机3的脉冲周期，t为脉冲周期T内送料驱动电机3的通电时间，Kp为比例系数，E为需要称量的金属粉末重量的目标值，E(k)为当前采样到的称重料斗1内金属粉末的实际重量值，n为正整数，其数值根据实际需要选取； 

根据公式(1)、(2)可得到t＝Kp×ΔE(k)ⁿ×T＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×T，控制系统根据测重传感器5采样到的称重料斗1内金属粉末的当前的实际重量值E(k)，即可计算出输出脉冲周期T内送料驱动电机3的通电时间t，从而控制送料驱动电机3的转速V； 

(4)、控制系统发出指令启动送料驱动电机3，螺旋送料机构开始往称重料斗1内送料，同时关闭称重料斗1上的卸料阀11，测重传感器5采集当前称重料斗1内金属粉末的实际重量值E(k)，并反馈信息给控制系统，控制系统根据实际重量值E(k)控制送料驱动电机3的相应转速V； 

(5)、将需要称量的目标值E与实际重量值E(k)的差值ΔE(k)的绝对值与最大允许偏差ΔE(k)max做比较，如果|ΔE(k)|＞ΔE(k)max，则继续判断实际重量值E(k)与目标值E的差值是否大于最大允许偏差ΔE(k)max，如果是，则控制系统控制送料驱动电机3停止转动，并打开卸料阀11，同时监测测重传感器5采集的当前实际重量值E(k)直至E(k)-E≤ΔE(k)max时，关闭卸料阀11，进入步骤(6)，如果不是，送料驱动电机3继续转动，螺旋送料机构继续向称重料斗1中送料，同时监测测重传感器5采集的当前实际重量值E(k)直至E-E(k)≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机3停止转动，并进入步骤(6)； 

(6)、当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机3停止转动， 同时启动传送驱动电机8，带动传送带7上的成型模具6向前移动，当成型模具6到达指定卸料位置时，传送驱动电机8停止转动，控制系统打开卸料阀11并延时一段时间，将称重料斗1中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具6中，然后关闭卸料阀11； 

(7)、控制系统启动传送驱动电机8，带动传送带7将装有金属粉末的成型模具6继续向前移动，使其离开卸料位置，然后传送驱动电机8停止转动，进入下一个步骤(4)-(7)的循环； 

(8)、当控制系统检测到系统停止工作的标识时，控制系统控制整个系统停止工作，自动称量结束。 

上述控制方法中，控制系统采用单片微机控制系统，如果称重料斗1的下方没有传送带7，则步骤(6)中当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机3停止转动，并直接打开卸料阀11并延时一段时间，将称重料斗1中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具6中，然后关闭卸料阀11，进入下一个步骤(4)-(6)的循环，同时省去步骤(7)。 

此外，步骤(5)中，如果实际重量值E(k)与目标值E的差值大于最大允许偏差ΔE(k)max，控制系统也可控制送料驱动电机3停止转动，并打开卸料阀11直接将称重料斗1中全部的金属粉末卸入回收盒中，然后关闭卸料阀11控制送料驱动电机3重新开始送料。 

本控制方法中，单片微机控制系统对送料驱动电机3、传送驱动电机8的启停的控制与常规方法相同，对卸料阀11启闭的控制也与常规方法相同，测重传感器5与单片微机控制系统之间信号的传输与常规方法相同。 

Claims (3)

1.一种金属粉末自动称量的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)、将储料料斗设置在称重料斗的上方，在储料料斗内设置送料方向与重力方向一致的螺旋送料机构，在称重料斗上连接测重传感器，并在称重料斗的出料口上设置卸料阀，然后将测重传感器、卸料阀、螺旋送料机构中的送料驱动电机分别与控制系统电连接；

(2)、将控制系统初始化；

(3)、设定称重料斗需要称量的金属粉末重量的目标值E和最大允许偏差ΔE(k)max，然后根据脉冲宽度调速原理以及比例脉冲宽度调速控制算法，设定对应称重料斗内当前的实际重量值E(k)时计算送料驱动电机需要控制的转速V的公式：

V＝D×Vmax＝(t/T)×Vmax  (1)

V＝Kp×ΔE(k)ⁿ×Vmax＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×Vmax    (2)

其中：V为送料驱动电机需要控制的实时转速，D为占空比，Vmax为D等于1即送料驱动电机的电枢电压为最大值时的转速，T为需要输出至送料驱动电机的脉冲周期，t为脉冲周期T内送料驱动电机的通电时间，Kp为比例系数，E为需要称量的金属粉末重量的目标值，E(k)为当前采样到的称重料斗内金属粉末的实际重量值，n为正整数，其数值根据实际需要选取；

根据公式(1)、(2)可得到t＝Kp×ΔE(k)ⁿ×T＝Kp×[E-E(k)]ⁿ×T，控制系统根据测重传感器采样到的称重料斗内金属粉末的当前的实际重量值E(k)，即可计算出输出脉冲周期T内送料驱动电机的通电时间t，从而控制送料驱动电机的转速V；

(4)、控制系统发出指令启动送料驱动电机，螺旋送料机构开始往称重料斗内送料，同时关闭称重料斗上的卸料阀，测重传感器采集当前称重料斗内金属粉末的实际重量值E(k)，并反馈信息给控制系统，控制系统根据实际重量值E(k)控制送料驱动电机的相应转速V；

(5)、将需要称量的目标值E与实际重量值E(k)的差值ΔE(k)的绝对值与最大允许偏差ΔE(k)max做比较，如果|ΔE(k)|＞ΔE(k)max，则继续判断实际重量值E(k)与目标值E的差值是否大于最大允许偏差ΔE(k)max，如果是，则控制系统控制送料驱动电机停止转动，并打开卸料阀，同时监测测重传感器采集的当前 实际重量值E(k)直至E(k)-E≤ΔE(k)max时，关闭卸料阀，进入步骤(6)，如果不是，送料驱动电机继续转动，螺旋送料机构继续向称重料斗中送料，同时监测测重传感器采集的当前实际重量值E(k)直至E-E(k)≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，并进入步骤(6)；

(6)、当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，并打开卸料阀并延时一段时间，将称重料斗中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具中，然后关闭卸料阀，进入下一个步骤(4)-(6)的循环。

2.如权利要求1所述的一种金属粉末自动称量的控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，在称重料斗的下方设置传送带，传送带通过传送驱动电机带动，并将传送驱动电机与控制系统电连接，步骤(6)中，当|ΔE(k)|≤ΔE(k)max时，控制系统控制送料驱动电机停止转动，同时启动传送驱动电机，带动传送带上的成型模具向前移动，当成型模具到达指定卸料位置时，传送驱动电机停止转动，控制系统打开卸料阀并延时一段时间，将称重料斗中的金属粉末全部卸入到相应的成型模具中，然后关闭卸料阀；

(7)、控制系统启动传送驱动电机，带动传送带将装有金属粉末的成型模具继续向前移动，使其离开卸料位置，然后传送驱动电机停止转动，进入下一个步骤(4)-(7)的循环；

(8)、当控制系统检测到系统停止工作的标识时，控制系统控制整个系统停止工作，自动称量结束。

3.如权利要求1或2所述的一种金属粉末自动称量的控制方法，其特征在于所述的控制系统为单片微机控制系统。 

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