CN102159307A - 散装材料传送系统 - Google Patents

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Abstract

在一种具有材料送料器、可被配置为将材料排出至该材料送料器中的材料容器以及可被接合在该材料容器上的过程协助装置的材料处理系统中，一种方法包括在所述进料器运行中确定和该进料器的材料流动特性相关的过程指示器，确定在所述过程指示器和指示器阈值之间的差值，和基于该过程指示器和指示器阈值之间的差值调整该过程协助装置的运行。

Description

散装材料传送系统
技术领域
本发明涉及一种包括减重式送料器(loss-in-weight feeder)和其控制系统的材料传送系统。
背景技术
在一些散装材料传送系统中，一些材料在被放入材料容器中时，只有在一些协助下才能一致且均匀的流出。在一个示例中，一种困难的材料可在材料容器中形成自支撑拱形或是架桥，这将在材料容器的出料口完全堵塞材料的流动。该送料器可排出处在架桥下的松散材料，因此由送料器流出的材料流动可能在材料容器中仍然有大量材料的时候就被停止了。第二种失效模式被称作鼠洞，其为穿通材料的垂直取向的狭窄的隧道。鼠洞常形成在架桥之上且在材料容器的出料口处提供了受限制的材料流动通路。结果是在材料由顶部表面落入鼠洞中时出现零星或受限的材料的流动。通常流动在材料容器为空之前很久就已停止。较这些状况的程度轻的状况也可发生。在这些情形中，可形成架桥或鼠洞，其此后自动坍塌。尽管流进送料器的材料流动可能未被完全停止，其仍然影响送料器性能的一致性。
发明概述
本发明的方法的一个实施例涉及一种散装材料处理系统，其包括材料送料器、被配置为将材料排出至材料送料器的材料容器和被配置为振动该材料容器的振动器。该方法包括维持稳定的流动，其包括a)周期性地计算和送料器运行中送料器的材料流动特性相关的过程变量，b)测定在选定的时间区间中的过程变量斜率，该过程变量斜率被定义为该过程变量的变化率，c)测定在过程变量斜率和阈值之间的差值，以及d)基于测定的该过程变量斜率和阈值之间的差值调整该振动器的运行。
在一个实施例中，该过程变量斜率和阈值之间的差值标示了材料容器中恶化的流动状况。在另一个实施例中，该过程变量是由该公式计算得出的平均进料因子：
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
其中FFavg是平均进料因子，MF是经过送料器的质量流速率且％MS是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的比例，而N是预设的时间区间的数目。
在本方法的一个实施例中，调整振动器的运行包括改变振动的幅度。在另一个实施例中，调整振动器的运行包括改变振动器的振动的频率，或者调整振动器的运行包括在过程变量斜率和阈值之间的差值小于零时以预设的数量增加振动的幅度。
在另一个实施例中，调整振动器的运行包括在过程变量斜率和阈值之间的差值小于零时增加振动的幅度，而在过程变量斜率和阈值之间的差值大于零时减少振动的幅度。
在一个实施例中，选定的时间区间至少部分地基于用户设定预设值，且该用户设定预设值至少部分地取决于流经送料器的材料的选定流动速率。
在一个实施例中，该方法还包括为振动器建立最小输出，并基于测定的在过程变量斜率和阈值之间的差值调整该振动器的最小输出。
在本方法的一个实施例中，振动器频率为可调的，且该方法还包括将振动器频率设定至由系统共振点决定的频率。在一个实施例中，调整振动器的运行发生在材料容器中显著的流动中断之前。
在本方法的一个实施例中，显著的流动中断的特征是流经材料容器的材料流动速率显著小于流经材料送料器的材料流动速率。该方法还包括响应材料容器中测定的流动状况来调整阈值。其中流动状况由在选定的周期中大致不变的过程变量标示。在一个实施例中，该流动状况由在选定的周期中大致不同的过程变量标示。
在一个实施例中，流动状况和重量干扰相关。在另一个实施例中，流动状况由一组状况中获得，其包括a)在由材料容器流出的质量流的变动超过预设的值，b)垂直隧道，c)架桥，和d)显著的不出现负面流动状况的时间。
在本方法一个实施例中，基于过程变量斜率和阈值之间的差值调整振动器的运行包括在测定的过程变量斜率和阈值之间的差值在选定的时间周期之后大于零时减少振动幅度和振动频率中的至少一个。该方法还包括基于材料容器中的填充水平调整振动器频率和振动器幅度中的至少一个。
在一个实施例中，散装材料传送系统包括散装材料容器，接合在该散装材料容器上的具有可变输出的过程协助装置，被设置来接收由该散装材料容器而来的散装材料的送料器，其还被配置为将该散装材料传输通过该送料器，以及被配置为辨识和散装材料流经送料器的传输相关的趋势并根据该趋势引发材料协助装置的可变输出的变化的控制系统。
在一个实施例中，该控制系统被配置为a)周期性地计算和送料器运行中送料器的材料流动特性相关的过程变量，b)测定在选定的时间区间中的过程变量斜率，该过程变量斜率被定义为该过程变量的变化率，c)测定在过程变量斜率和阈值之间的差值，以及d)基于测定的该过程变量斜率和阈值之间的差值调整该振动器的运行。
在系统的一个实施例中，过程协助装置被安装在材料容器之外。在一个实施例中，该材料容器为不对称进料漏斗。在一个实施例中，该送料器为减重式送料器。在一个实施例中，该过程协助装置为振动器。在另一个实施例中，该过程协助装置由该组中选择，其包括垂直搅拌器，气囊，气垫，空气注入器，撞击器，搅龙，水平搅拌器，声波设备，声学设备和机械式致动可变形内衬。
在一个实施例中，该过程协助装置为动态可调的，以允许能量在未检测到恶化流动状况时的较低水平至在检测到恶化流动状况时的较高水平之间变动。在一个实施例中，该趋势和系统中的材料流动状况相关。该材料流动状况包括流经容器的材料流动速率和流经送料器的材料流动速率之间的显著不一致。
在一个实施例中，该趋势和过程指示器相关，且控制器被配置为至少部分地根据该过程指示器改变过程协助装置的输出。该控制器至少部分地根据过程指示器和指示器阈值之间的比较改变可变输出。
在一个实施例中，该过程指示器包括在选定的时间区间内的过程变量的改变速率。在一个实施例中，该过程变量是该送料器的特性。在一个实施例中，该过程变量可由以下公式确定：
PV = Σ n = 1 N FR % FR N
其中PV是过程变量，FR是流经送料器的流动速率，％FR是当前送料器马达速度占送料器最大马达速度的比例，且N由包括预设的时间区间的数目和预设的时间周期的组中选择。
在一个实施例中，该指示器阈值取决于材料过程特性。
在具有材料送料器、被配置为将材料排出至材料送料器的材料容器和被接合在该材料容器上过程协助装置的散装材料处理系统中，方法包括测定和在送料器运行中该送料器的材料流动特性相关的过程指示器，测定该过程指示器和指示器阈值之间的差值，和基于该测定的过程指示器和指示器阈值之间的差值调整过程协助装置的运行的方法。
在一个实施例中，过程指示器和指示器阈值之间的差值标示了材料容器中的恶化流动状况。过程指示器包括在选定时间区间内的过程变量的改变速率。
在一个实施例中，该过程变量是由该公式计算得出的平均进料因子：
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
其中，FFavg是平均进料因子，MF是流经送料器的质量流速率，且％MS是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的比例，且N是预设的时间区间的数目。
在该系统的一个实施例中，该过程协助装置是振动器且调整该过程协助装置的操作包括变动该振动器的幅度和频率中的至少一个。
对该过程协助装置的运行的调整发生在材料容器中显著的流动中断之前。该显著的流动中断的特征是流经材料容器的材料流动速率和流经材料送料器的材料流动速率明显不同。
在一个实施例中，该方法还包括响应检测到的材料容器中的流动状况调整指示器阈值。该流动状况的特征是在选定的周期内大致不变。
在该方法的一个实施例中，还包括为该过程协助装置建立最小输出，且基于测定的过程指示器和该指示器阈值之间的差值调整该过程协助装置的最小输出。
在一个实施例中，该过程协助装置包括振动器，且该过程协助的最小输出是大约为材料处理系统的最低运行振动器幅度的振动器幅度。
附图说明
本发明的其他特征和优点将由下文参照附图对非限制性示例的描述而显得明显，
其中：
附图被在此处整合且成为该说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并和前述的总体说明以及下文中的详细描述一起，说明了本发明的众多特征：
图1是根据本发明的一个实施例的示例性系统的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的另一个示例性系统的示意图；
图3A-3C提供了用来在材料传送系统的运行中控制过程协助装置的过程的示例性流程图；
图4提供了用于选择图3A-3C的过程的装置样本时间的过程的示例性流程图；且
图5提供了用来调整根据本发明的一个实施例的过程协助下限值的过程的示例性流程图。
以上仅作示例用途，且不被用来限制此应用的发明的范围，所述范围在下面的附图和权利要求部分中被更全面地描述。。
具体实施方法
图1示出了散装材料传送系统100的实施例。图1中的实施例旨在作为示例用途而不应被视作为限制性的。该散装材料传送系统100可被用来输送散装材料，例如，固体(诸如颗粒，小球，纤维和粉末)，浆料，或液体，或以上的任意组合。这样的材料的示例包括：金红石型二氧化钛(TiONA RCL-69)、Tytanpol R-003，颗粒状硫磺混合物(Granulated Sulphur Mix)、5-氨基水杨酸(5-ASAMesalazine)、汽巴抗氧剂1010(IRGANOX 1010)、Steamic OOS、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(IRGAFOS 168)、硬脂酸锌(Zinc Stearate)，Div.硬脂酸钙(Div.Ca-Stearates)、氧化锌、油酸酰胺ER(Crodamide ER)、Div.Chimassorbe(2020，944，119)、十溴二苯乙烷(Saytex 8010)、三乙磷酸铝技术(Fosetyl-Aluminium Technical)、苯甲酸钠(Sodium Benzoate)、抗氧剂(1098IRGANOX 1098)、低聚受阻胺光稳定剂Tinuvin 622、抗氧剂IRGANOX 130、氧化锌Red Seal Zink、Code F IUB、硬脂酸镁、Finawax E、和Pancake mixPerkadox 14-40B-PD，Uniplex FE-700+Acrowax，Hycite，Irgastab NA UH 11，Irgaclear DM，Irgaclear D，DHT-4a，以及Millad 3988。在一个实施例中，散装材料传送系统100避免或限制了在材料被分配过程中架桥、鼠洞、和/或称重干扰，以及由此导致的流动不规则性的形成。
在一个实施例中，散装材料传送系统100包括材料容器101，送料器102，过程协助装置103和控制器104。在一些应用中，散装材料传送系统100是减重式进料系统。
在图1示出的实施例中，散装材料传送系统100包括散装材料容器101(例如漏斗)。材料容器101中保存有被使用散装材料传送系统传送的材料。该保存在材料容器101中的材料可使用储存容器(未示出)或其他填充设备或其他机构进行周期性的补充。
在一个实施例中，材料容器101将材料排出在送料器102中。根据一些设置，材料容器101主要使用重力使材料流经漏斗。该材料容器101的形状可为对称的或不对称的。该材料容器101的形状可为圆柱状、圆形、六角形、锥形、截锥形、椭圆形、或不对称和/或具有位于略小的排出部分之上的略宽的填充部分。图1中示出了单个材料容器101，也可设置有多个容器。
图1中的材料容器101可由多种材料制成，包括木材，金属，塑料和弹性体。示例性地，钢材，不锈钢，铝或其他金属在其在该材料容器被使用的环境中以及处理的材料的种类合适时可被使用。该容器101的体积示例性地可为50-180升。
在一个实施例中，送料器102接收有由散装材料容器101中排出的材料，且传送该最终被供给到贮藏器、容器或其他目的地的材料。送料器102可将该材料直接输送至贮藏器、容器或其他目的地，或其他在送料器102和目的地之间的装备位置。如图1中的实施例所示，送料器102包括螺杆102-1，其可被驱动器马达102-2驱动，且具有排出端102-3。送料器102可包括一个或多个搅龙、搅拌器、振动盘、输送带、螺杆送料器、旋桨、或其他类型的被设置来用合适的驱动器传输材料的设备。在一些应用中，期望送料器102连续且准确地传输材料。示例性地，送料器102可被控制以实现用户期望的特别的体积或质量流速率输出。
更特别地，在图1中示出的示例中，送料器102为和材料容器101邻接且位于其下的螺杆送料器，以使得材料在重力作用下流出该材料容器101的排出部分，直接进入送料器102。送料器102可随后通过以和需要的流动速率相符的旋转速度转动其螺杆以传输材料。如下文所描述，可实现由材料容器101至送料器102的平滑且不被阻塞的材料流动。
该散装材料传送系统100还包括控制器104和被设置来在材料容器101中将能量施加至材料容器101的过程协助装置103。在一个实施例中，过程协助装置103被设置为将能量施加至容器101上(例如，响应由控制器104经由控制线路107发出的控制信号)。同时，在图1的实施例中，该控制器104通过控制线路105连接至送料器102。
在一个实施例中，材料容器101具有排出端，其将材料直接传输至送料器102，该送料器进一步将材料通过送料器传输。在一个实施例中，系统100包括过程协助装置103，其具有可变动的输出，以使得由该过程协助装置103至材料容器101的能量可被变动。过程协助装置103可被耦连至该材料容器101，以协助由材料容器101开始的材料流动。举例来说，过程协助装置103可被耦连至材料容器101的外侧。在一个实施例中，过程协助装置103包括任何可被设置以在存储在材料容器101中的材料上施加能量的设备。
在一个实施例中，过程协助装置被耦连至材料容器101的外侧。在一些应用中，优选地没有在该材料容器内或穿通该材料容器壁的物体。将过程协助装置103耦连在材料容器101的外侧的示例性好处是避免了过程协助装置103和材料容器101中材料接触。在一些应用中，诸如和材料接触不会产生问题的应用中，过程协助装置103可位于材料容器101内。
在一个实施例中，过程协助装置是动态可调的。举例来说，过程协助装置可在系统100的运作中自动被调整。在一些应用中，过程协助响应系统100的运行特性被动态地调整。示例性地，这些运行特性可取决于流经系统100或系统100的一个诸如送料器102的独立成分的材料速率。
通过进一步示例的方法，过程协助装置103的输出可在控制器104的控制下被变动，以调节改变施加在材料容器101和/或材料和材料容器101上的能量。可使用多种类型的过程协助装置。在一个实施例中，该过程协助装置103可包括一个或多个电-机致动器或振动器，其被连接在材料容器101的外侧。该振动器的幅度和频率可被动态且独立地在范围内调整，且该振动器可被连接以实现闭路幅度和频率反馈控制。
在一个实施例中，其中过程协助装置包括振动器，该振动器可在系统的共振频率上或共振频率附近的频率上运行。在一个应用中，在共振频率或其附近的频率上运行该振动器允许该振动器更有效地实现需要的幅度调制。因此，控制器104可在需要时响应当前运行状况调整或变动幅度或频率。过程协助装置103的示例包括垂直搅拌器(例如，顶部或底部驱动低速垂直搅拌器)，气囊，气垫(例如BinMaster型airbrator)，空气注入器(例如WAM Group、部件号码#UO25)，冲击器(Impactor)，搅龙，水平搅拌器，声波设备，声学设备，机械式致动可变形内衬，诸如型号为DDW-MD5-FW40的Brabender Flex Wall送料器和部件号码为0913900080的K-Tron剪切式储料器，定制容器设备，以上的组合或类似物件。在一些实施例中，过程协助装置103位于容器的内侧周界的周围。
在一个实施例中，垂直搅拌器是位于材料容器的内侧周界周围的过程协助装置。在一些配置中，搅拌器的动态控制通过调整搅拌器马达的速度实现，在一些实施例中，该调整根据速度分布图(例如在一段时间区间中)进行调整。同样的控制技术可被运用到水平搅拌器上。
位于材料容器内的空气喷嘴或气垫可被用来给材料充气以促进流动。通过控制在一段时间区间内冲入的空气的数量，以及独立或多个单元的次序，可实现对这些设备的控制。在一个实施例中，使用空气垫而不是空气喷嘴来散播空气。该气垫也可在气体由材料容器壁和其弹性体锥体之间逃逸时振动。在一个实施例中，该振动是不受控制的。
在一个实施例中，气囊是附连在材料容器的内侧壁上的密封可变形膜。在一些设置中，多个气囊被放置在材料容器内。该气囊可被以空气充气，以在材料容器内移动材料，并促进流动。该气囊也可按次序充气并放气，使得材料容器的内部体积被保持不变且材料仅被移动而不被压缩。对该气囊的控制可通过不同的充气速率、周期和体积以及多个气囊次序来实现。在一种设置中，空气可被快速脉冲注入气囊中以在散装材料内制造冲击波或振动以促进流动。
可变形壁材料容器可被机械设备致动以促进材料流动。在一个实施例中，可变形壁被由马达驱动的固定的机械连接件移动，这导致了固定的位移和固定的位移分布图。在最简单的控制机制中，马达速度为可变的。使用更复杂的动作控制设备或机械，可产生不同的位移、速度和动作分布图。
气流协助的声学或声波设备可被实现为可调谐的喇叭，以产生足够多的能量去影响材料流动。该声学和声波设备不需要连续地运行。为了有效地控制该声学和声波设备，声响的时间长度和声响间的时间可被变化。此外，在使用多个喇叭时，喇叭的次序是可被控制的。
举例来说，如果该过程协助装置103包括空气注入系统，该可变的输出可响应气压的增减和/或气压脉冲频率的增减。在一个其中过程协助装置103包括声波产生器的实施例中，该可变的输出可响应声学幅度和/或频率的增减。
该散装材料传输系统100也可包括称重系统106。在一个实施例中，控制器104经由控制线路108连接在称重系统106上。该称重系统106可包括连续测量材料容器101、送料器102、或过程协助装置103、或其组合的重量的负载单元或秤。在一个实施例中，称重系统106被设置为测定这些结构中材料的重量。在一个实施例中，负载单元传感器阵列可被设置以测量材料容器101，送料器102和过程协助装置103的重量，并感知从送料器102排出的材料的重量，这示例性地通过将同样部件的毛重相减来实现。材料的重量可被负载单元和由控制器104处理的数据连续地测定。该负载单元可包括过滤由外部电器设备，送料器的机械运动和诸如由附近机械产生的振动的环境因素的噪音的过滤器。该负载单元可示例性地为由位于新泽西州Pitman的K-tron国际公司(K-Tron International Inc.)生产的部件号码为#310190042的120公斤SFT-II和部件号码为0000000003的90公斤D5平台秤。
控制器104可感知输入数据，编译，分析，存储和输出数据至连接在其上的部件。在一个实施例中，该控制系统包括控制器104，其和称重系统106，送料器102以及过程协助装置103通信。该控制器104可通过控制线路108从称重系统106接受信号，该控制线路可为串行称重信道。该控制器104也可监视且控制送料器102(例如，通过控制线路105)的操作；且通过控制线路107监视并控制过程协助装置103的运行。控制器的一个示例是K-Tron的部件号码为0000004041和0000002610的控制模块KCM LWF。
图2示出了散装材料传送系统的又一实施例。图2包括了除下文提供的部件之外的图1中同样的主要部件。图2中的散装材料传送系统200包括第一控制器204-1和第二控制器204-2。在一个实施例中，第一控制器204-1和第二控制器204-2的功能被在控制器104中实现。在一个实施例中，该第一控制器204-1被连接至送料器102、称重系统106和第二控制器204-2。该第二控制器可被连接至过程协助装置103和称重系统106。第二控制器的一个示例是部件号码为0000015859的K-Tron ActiFlow控制单元。在一个实施例中，可为振动器203的过程协助装置103被设置为在控制器204-2的控制下在材料容器101中的材料上施加能量(例如，间接地通过在材料容器101上或直接地施加能量)。该第二控制器204-2可存储下限设定(floor setting)，这将在下文中讨论。更特别地，该第二控制器204-2可从称重系统106、过程协助装置103和送料器102处接收信号且使用闭路反馈控制来控制过程协助装置103。可替换地或是额外地，控制器204-1可从送料器102、称重系统106和过程协助装置103处接收信号并经由控制器204-2通过闭路反馈控制来控制过程协助装置103。如上所述，该过程协助装置103可被控制以改变被过程协助装置施加在材料容器101上的能量。
现在使用图1中的散装材料传输系统100来提供系统运行的一个示例。总体地，经过散装材料传输系统的材料流动由被存储容器或其他填充设备(为示出)填充的材料容器101开始。在一个实施例中，该材料容器101使材料从填充部分流经漏斗进入排出部分，这主要地通过重力实现，并进入和材料容器的排出部分邻接且位于其下的送料器102中。送料器102可随后通过螺杆送料将材料传输至送料器102-3的排出端，在该排出端材料被排出进如一些贮藏或过程设备中(未示出)。过程协助装置103在控制器104的控制下，可协助材料流过材料容器101。
在一个没有过程协助装置103的实施例中，一种诸如细粉末的材料，可在材料容器101中形成自体支撑弧形或架桥，这可能影响材料进入送料器102的流动。送料器102可排出位于该架桥下的松散的材料，这样由送料器102开始的材料流动在材料容器101中还有大量材料的时候可能会停止。
可测定多种过程参数以提供系统运行信息和/或被用来对系统100进行运行调整。举例来说，控制器104可从称重系统106接收连续的重量数据，并计算送料器102的排出质量流速率。举例来说，该排出质量流速率可为在一段时间(Δt)内的材料质量变化(ΔW)。该排出流动速率可被和用户定义的质量流速率的设定值进行比较。
总体来说，过程参数可为表明或示出了经过系统的材料流动的若干值中的任意一个。举例来说，该过程参数可为质量流速率、InstFF、平均即时流动速率因子(InstFFavg)、一段时间内的InstFF的变化速率、或系统的其他材料流动特性。
在一个实施例中，控制器104被设置为预测/测定恶化流动状况。控制器104还可设置以控制过程协助装置103以抢先干预、停止、且在一些实施例中，逆转该恶化流动状况。在一些实施例中，系统测定过程参数，且使用所述过程参数预测或测定恶化流动状况。举例来说，控制器104可识别和材料经过送料器102的传输相关的趋势，并然后基于识别的趋势，改变过程协助装置103的可变输出。由控制器104识别的趋势可与系统的过程特性相关，诸如预示着材料流动状况的(例如，变化过程)变量。在一个实施例中，该变化过程变量可为变化的效率因子。在一个实施例中，该变化过程变量为变化的即时进料因子(下文中将描述)或变化即时进料因子的函数(例如，下文中将描述的平均进料因子)。在一个实施例中，控制器的可变输出的变化是基于过程特性(例如，过程变量)和过程特性设定值(例如，过程变量设定值)之间的比较的。在一个实施例中，该过程特性是在选定的时间区间内过程变量变化的速率。
可替换地或额外地，控制器104可识别和流经送料器102的材料传输相关的趋势并基于识别的趋势来改变过程协助装置103的可变输出。在一个实施例中，识别的趋势的一个组分是该趋势被观察的时间的测定。因此，举例来说，被控制器104识别的趋势可和系统的过程特性相关，例如，在一个选定的时间区间中的过程变量的变化(例如，和送料器102，材料容器101或另一系统部件相关的过程变量)。
该选定的时间区间可为预先选定的一段时间。在一个实施例中，该选定的时间区间可在系统运行中从查找表中选定，且在又一个实施例中，该选定的时间区间可为被自动选择的，例如，如下文中和图4相关的描述中提及的。在一个实施例中，该选定的时间区间由用户设定。该选定的时间区间可至少部分地基于用户基于材料流经系统(例如，流经送料器102，流经材料容器101或系统100、200的系统部件)的选定流动速率定义的设定值，其在下文中将被描述。
控制器104可使用不同的过程变量以确定调整过程协助装置103的时刻。在一些设置中，该过程变量和材料流动特性相关。在一个实施例中，可使用被称做即时进料因子(InstFF)的过程变量。在一个实施例中，InstFF提供了对散装材料传输系统的运行表现(示例性地包括，其运行效率)的瞬时预测。InstFF可对应着计算出的送料器的排出质量流速率除以送料器螺杆速度(在用来计算质量流速率的时间区间内测定，例如，250ms)，以得到最高送料器螺杆速度的百分比，例如，100％。举例来说，如果送料器螺杆速度运行在其最大速度的40％，且送料器质量流速率被计算为65Kg/h，InstFF应该被计算为65/0.4＝162.5Kg/h。因此，理论上送料器102在此时刻在送料器螺杆运行在其100％速度时可获得最大质量流速率162.5kg/h。在一个实施例中，InstFF为和送料器102的材料流动特性相关的过程变量。
在一个实施例中，过程变量被计算为在预设数目的时间区间中(其不一定为被选择的时间区间)即时进料因子的和，除以送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的百分比，再除以时间因子(N)，该时间因子为预设的时间区间的数目或预设的时间周期。
在一个实施例中，过程变量是由以下的公式(1)确定的平均即时进料因子(或平均进料因子)，其中FFavg是平均即时进料因子，MF是测定的流经送料器的质量流速率，MS％是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的百分比，且N是时间因子，其可为预设的时间区间的数目或预设的时间周期。参见示例，图3A-3C中，步骤313-332。
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
公式(1)
在一个实施例中，系统系统可考虑被系统100处理的材料的类型而进行操作。举例来说，材料的不同种类可能和反映了一种特定的材料可被处理的相对难易程度的不同流动性质或流动特性相关。在一个实施例中，该难易程度由材料流动特性反映。在一个实施例中，系统100可在考虑具有和材料流动特性对应的设定的操作系统100的材料流动特性的前提下运行。在一个实施例中，该系统设定和过程特性设定值相关。
在一个实施例中，难以处理的诸如粘性粉末的材料可能需要和易于加工材料相比更高能量水平的过程协助装置(例如，对应着更大幅度的振动)。因此，过程特性设定值可对应着过程协助装置103的能量输出的最低水平。在一个实施例中，该下限设定可为过程协助装置103在正在运行的系统100的运行中的最低输出。
如此处更详尽地示出，该输出可响应在系统100的运行的选定周期中的过程变量而被增加(例如，在恶化流动状况被测定或被预期发生时)。该下限设定也可被调整以反映运行的长期难易程度。在一个实施例中，最低水平能量输出是可被动态调整的过程协助装置103的下限设定。动态调整这样的下限设定的一个方法在下文中结合图5被描述。因此在一个实施例中，过程特性设定值可被降低或增加，这基于材料是否被期望为容易处理或难于处理。应被注意的是有多个过程特性设定值可被用户选择。在一个实施例中，用户可基于列出的过程特性设定值或键入不在该列表中的过程特性设定值来明确该过程特性设定值。在一个实施例中，可被容易处理的材料可关联着较难于加工的材料的过程特性设定值要低的过程特性设定值。该过程特性设定值可通过在在由易至难的谱中圈定不同材料的材料过程特性值来确定。
在此处更详尽地示出，过程协助装置103的运行可在材料流动的显著中断发生之前被调整。该显著流动中断可通过显著不同于在设定时间内流经送料器的材料流动速率的流经材料容器101的材料流动速率来确定。在一个实施例中，在诸如架桥的材料容器101中的显著流动中断之前，在选定时间区间内的过程变量的变化速率(例如，在一个实施例中，过程变量斜率自身为过程变量)迅速下降，且过程协助装置103的输出可被增加以保持和/或改善材料流动。在一个实施例中，如果在过程变量斜度和阈值之间的差值为负数时，过程协助装置103的输出被增加，并预测在材料容器内的恶化的流动状况。
在一个实施例中，该阈值可响应流动状况而被调整，该状况的特征在于过程变量对选定的周期而言大致地为常数或显著不同。该选定的周期优选地为预先选定的时间周期。在一个实施例中，该选定的周期在系统运行中从查找表中选定(例如，自动地被选择)。在一个实施例中，基于测定的意外的重量干扰可对该阈值进行调整。
现在参见附图3A-3C，在一个实施例中，示出了由控制器104执行的过程步骤。该控制器104示例性地可为基于微处理器的控制器。
如在一个实施例中所述，控制器104被设置为识别和流经送料器的材料的传输相关的趋势，且其被设置为基于该趋势引发过程协助的可变输出的变化。
被控制器104使用的处理的一个实施例被示出在图3A-3C中。
在图3A中的步骤301，控制器104能够在示例性地为每250ms的预设的时间区间上运行示出的算法。本领域技术人员应该知道该预设的时间区间可由需要的不同间隔产生且和使用的具体的系统一致。在步骤302中，控制器104检查送料器102是否在工作或是被停止了。如果在步骤302，送料器102没有在运行，过程协助装置103在步骤303中被调整至0％能量水平输出，在步骤304退出该算法，且以合适的间隔重复步骤301。如果步骤302确定送料器102在运行，则步骤305询问是否存在意外的重量干扰状况。如果答案是肯定的，则在步骤306累加控制干扰计数器，在步骤307退出该算法，且在合适的时候重复步骤301。
如果在步骤306没有检测到意外的重量干扰，则在步骤308控制器104确定送料器控制算法的积分控制基值(integral control contribution)超出了确定的阈值。具体地，在示出的实施例中，步骤308指的是被称做积分饱和(integral windup)的错误状况。积分饱和是在控制业界中广泛使用的比例积分微分控制(PID)术语。在一个实施例中，饱和是计算得出的质量流速率在送料器的马达速度不能被增加并由此产生了相应的负误差时较设定质量流速率低时发生的状况。此时，已经是负值的积分错误开始迅速降低(其反过来造成了送料器积分错误Fiv)，以迅速增加以修正该错误，所述送料器积分错误为PID控制器输出的积分部分，且被由驱动指令值减去最近的积分基值计算出。在该系统的优选实施例的常态重量分析操作中，送料器积分错误Fiv通常和送料器驱动指令值相同，其优选地对应着送料器总螺杆速度的运行百分比，例如，40％。比例基值通常较小。
在步骤308中，如果Fiv结果大于标示了存在有积分饱和的阈值(例如，天花板值)，则在步骤309中累加该控制中断计数器，并到达步骤310。
在步骤310，控制器104检查运行指示模式。在一个实施例中，系统100工作在两种模式(例如，重量分析模式和体积分析模式)。在一个实施例中，当系统100工作在第一模式时，控制器104在步骤312计算模式1第一过程变量。类似地，在系统100工作在第二模式时，控制器104在步骤311计算模式2第一过程参数。在图3A的实施例中，在两个模式中，都在步骤313使用计算出的第一过程变量，这在下文中将详尽描述。
在一个实施例中，系统100的运行的两种模式是重量分析模式和体积分析模式。在重量分析模式的一个实施例中，驱动指令被调整以保持流经送料器102的质量流(例如，以选定的设定值)。驱动指令优选地是送料器102的当前马达速度和送料器102的最大马达速度的比值。PID控制器是一种被用来控制送料器马达速度的方法。在体积分析模式的实施例中，驱动指令被保持不变(例如，除非有意调整)且计算出的质量流将会变动。
现在将讨论重量分析模式和体积分析模式第一过程变量计算的示例性实施例。如图3A所示，在一个实施例中，在步骤312，系统100工作在体积分析模式，且模式1第一过程变量可为即时进料因子，其在步骤312通过公式InstFF＝MF/DC计算得出，其中MF是流经送料器102的质量流且DC是送料器驱动指令。在一个实施例中，该质量流为计算值而驱动指令固定(例如，除非有意调整)。示例性地，如果送料器螺杆速度工作在其最大速度的40％，且送料器的质量流速率被计算为65kg/h，则InstFF将被计算为65/0.4＝162.5Kg/h。
在步骤311中，系统处在重量分析模式，且模式2第一过程变量可为由公式InstFF＝SP/Fiv计算得出的即时进料因子，其中SP是设定值(例如，质量流设定值，其可为预设的设定值、用户选定设定值、或自动选定设定值)且Fiv是PID控制器输出的积分部分，且其由驱动指令值减去最近的比例基值计算得出。该最近比例基值可由任何过程控制领域的技术人员已知的方法获得。在一个实施例中，该流经系统的质量流在工作在重量分析模式时在数值上大约等于设定值，且PID控制器输出的积分部分在数值上大约等于送料器螺杆速度占最大送料器螺杆速度的百分比。当然，可示例性地根据使用的过程协助和期望的控制使用不同的第一过程变量。
如图3A-3C中示例所示，不论系统100处在什么模式，在步骤313中，控制器104随着过程300的循环根据公式PV Sum＝PV Sum+PV在步骤311中累计加和由计算得出的第一过程变量。因此示例性地，当该第一过程变量是即时进料因子(如前述)，在步骤313的累计求和是InstFF Sum＝Inst FFSum+InstFF。在步骤314中，控制器104检查循环的数目。如果该循环数目达到了预设的极限，则控制器104检查是否系统为空。本领域技术人员将理解，步骤314和315可发生在过程中的很多位置且预设的极限可由本领域技术人员选定。
在步骤315中，控制器测定系统是否为空运行。在一个实施例中，执行子程序以测定系统的净重是否较低。有很多种测定系统是否接近为空的方法，如本领域技术人员能够理解的一样。可使用任意和本发明一致的方法。如果测定了该系统接近为空，则控制器在步骤316设定空系统标记。如果系统不接近为空，则在步骤317中清除该标记。
在图3B中示出的步骤318中，检查循环的数目以确定其是否已经达到第二预设循环数目，比如40。如果该循环计数器不等于预设的数目，则该计数器被累计，且在步骤319中退出该算法，并在合适的时候返回步骤301。如果在步骤318中计数器等于预设的数目，则在步骤320中计算并存储该第一过程变量的平均值。在一个实施例中，计算即时进料因子均值(InstFFavg)并将其存储在诸如环状FIFO缓存的存储器中。示例性地，如果该预设数目为40且InstFF的时间区间是250ms，则该InstFFavg基于10秒的间隔(即，40乘以250ms)。额外地，该循环计数器被重置且该第一过程变量的和被重置。
接下来在步骤321中，取得选定的样本时间或大小，且计算样本计数，其示例性地如图4所示。样本的时间或大小可和送料器的种类和传输的材料的种类相关。举例来说，高速送料器在感知到恶化流动状况后可在一至两分钟清空，而低速送料器在感知到恶化流动状况后可能需要20-30分钟来清空。相应地，高速送料器的样本计数或时间较低速送料器的要小。该样本时间可在诸如20s至240s的范围内变动。此外，样本计数可被计算为选定的样本时间除以诸如10s的时间区间的值。该时间区间可根据InstFFavg的时间区间被设定。
在步骤322中，样本计数是累加的。因此，该样本计数计数器在样本时间内保持对样本计数数目的计数。举例来说，样本计算器的计数可对应在样本时间内存储在存储器中的InstFFavg值的数目。
在步骤323中，该控制器通过检查在步骤321中确定的样本计数器是否已经达到其极限来询问在步骤321中选定的样本时间是否已经失效。如果该样本计数器还没达到其极限，则在步骤324中退出该算法并重复步骤301。如果步骤321中的样本计数已经达到其极限，则该算法继续进行至步骤325。
示例性地使用线性回归技术，控制器104在步骤325计算过程变量斜率。在一个实施例中，由从存储器中取得的一系列诸如通过上述过程确定的InstFFavg得出斜率。用来计算该斜率的InstFFavg的数目可与在样本时间中存储的InstFFavg值的数目相等。举例来说，如果一种特定的送料器的样本时间为60秒，样本计数为6(例如，由60秒除以10秒时间区间)，且如果之前的6个被存储的InstFFavg是160、161、159、160、158和157，则该过程变量斜率将被计算为-0.657。
在步骤326中，控制器104标准化在步骤325中计算得出的过程变量斜率。在一个实施例中，该过程变量斜率可被作为InstFFavg的百分比变化来标准化。举例来说，该斜率可被表达为：
S斜率(％)＝100％*(样本计数-1)*过程变量斜率/最后InstFFavg
其中斜率(％)是被表达为InstFFavg的百分比变化的斜率。因此，继续上述示例
斜率(％)＝100％*(6-1)*-0。657/157＝-2.1％。
在本示例中，该过程变量(InstFFavg)斜率(％)在此前的样本时间内下降了百分之2.1。
可使用阈值来确定是否已经发生该过程变量的显著恶化。举例来说，在一个实施例中，该过程变量阈值(例如，斜率)由经验决定。其可为为给定的应用预设的数值或可在状况不变的情况下被调整。额外地，如步骤327所示，该过程变量阈值可根据系统状况进行调整。在一个实施例中，可将该过程变量阈值设置为-4.5％或根据累计误差的数目(例如，由控制中断计数器示出的一样)而进行调整。在一个实施例中，该过程变量阈值被调整至0％斜率。根据一个示例，如果控制干扰计数器在一个预设的时间区间内(例如，过去60秒)累加了5次，则该过程变量斜率阈值将被调整至-4.0％，使用如下的关系：被调整的阈值＝-4.5％+(控制干扰计数/10)。过程变量的调整是基于对以下事实的认知，即，在一些情况下当控制干扰计数高时更易发生流动状况的显著恶化。在步骤327之后，控制干扰计数器或错误计数器为了下一个样本时间区间在步骤328中被清零。当然，对过程变量阈值的调整在一些应用中是不必须的。
在步骤329中，由步骤316得出的空系统标记被检验，如果设定有该标记，则过程协助装置输出被降低(例如，至过程协助装置的最大输出的20％)，且在步骤337中退出该算法，并重复步骤301。相反地，如果在步骤329中的检验中显示该空系统标记已经被清除，则该算法前进至步骤332。
该过程变量斜率在步骤332中与过程变量阈值比较。如果该过程变量斜率较过程变量阈值要小，则在步骤333中，下阈值计数器累加1，而上阈值计数器被清零。这种状况代表了恶化的流动状况，因此可在步骤334中增加过程协助装置103的输出，例如，增加其最大输出的10％。理所应当地，该过程协助装置103被以若干种其他方式增加，例如增加固定的值或是逐渐变大的值。如果过程变量斜率不比阈值小，这表明了有利的流动状况，则在步骤335中，下阈值计数器被清零，而上阈值计数器累加1。
在一个实施例中，当有利的流动状况在足够长的时间内存在时，则在步骤336中，上阈值计数器累加且被和阈值数比较。举例来说，如果上阈值计数器大于阈值，则过程协助装置103的输出在在步骤338中检验了其是否运行在过程协助设定之上(例如，下限设定)之后在步骤340中被降低。在一个实施例中，该阈值数可示例性地为5，且过程协助装置103的输出在步骤340中被示例性地降低了其最大输出的4％，或一个预设的值。如果上阈值计数器小于阈值数(在此示例中为5)，则在步骤337退出该算法且重复步骤301。此外，如果过程协助装置103在步骤338中不在其过程协助装置设定之上(例如，下限阈值)，则在步骤339退出该算法并重复步骤301。在此示例中，有利条件必须比恶化流动状况多存在至少5倍于其存在时间，以引发过程协助装置输出的降低。
图4示出了选定样本时间的过程的例子，如前面结合图3B中步骤321讨论的一样。如步骤401所示，图4的过程步骤可以预设的诸如每10秒的间隔重复。可替换地，图4的过程步骤可根据预设条件的出现而被调用。在一个实施例中，获得样本时间且产生样本计数。参见以上的描述以及图4中流程图，在步骤402，选定了样本时间。可根据和进料因子相关的质量流设定值来选定样本时间。举例来说，该质量流速率设定值和进料因子越接近，则样本时间越短。特别地，步骤402中的样本时间可以为用户设定的进料流动速率设定值和计算得出的即时进料因子InstFF。样本时间可能示例性的在20秒至240秒之间变动。步骤402表明了样本时间和设定值SP以及进料因子(即，InstFF)之间的一个可能的关系。样本时间可从查找表中选定。样本计数可由样本时间除以示例性地为10s的预设时间区间的数目确定，和上文讨论的一样。但是，这样的描述仅作示例用途，也可能是其他的关系。
在样本时间被选定之后，控制器104在步骤403将下阈值计数器(图3C中步骤333至335)和设定值(例如，该设定值为2或另一预设的数值)比较。如果该下阈值计数器不大于或等于该设定值，则在步骤404退出该子程序，并在合适的时间返回步骤401。如果下阈值计数器大于或等于设定值，则在步骤405中减少样本时间。例如，样本时间可被减少固定的量，或一定的百分比。在一个实施例中，样本时间被除以诸如2的固定值。步骤406确保了被减少的样本时间不低于下限。如果被减少的样本时间低于下限，则该样本时间在步骤408中被设定为所述下限。如一个示例所述，该下限可为20秒。步骤407和步骤408分别退出了由步骤406和步骤408而来的子程序。
将结合图5中示出的示例对过程协助的长期下限调整的概念进行描述。长期下限调整包括在较前文讨论的时间区间要长的时间区间内响应感知到的运行状况提升或降低过程协助装置的能量输出的初始开始点(例如，下限值)。在一个实施例中，该下限值被根据进入指定模式(例如，快速时间模式)的系统的频率增加或减少5％。
在图5示出的实施例中，当从步骤403中得出的下阈值计数器大于或等于预设的值(例如，2)时可进入快速时间模式，且在步骤405中减少样本时间。在图5中，控制器104在步骤501中查询是否已经进入快速时间模式。如果还没进入，则控制器104在步骤507中累加计数器或开始计时。举例来说，该计数器或时钟可被设计为测量一段时间，例如3个小时。如果已经进入快速时间模式，则在步骤502中重置该计数器或时钟。随后在步骤503中，控制器104检验是否在诸如一个小时的预设时间区间内进入快速时间模式的次数达到了特定的次数。如果该快速时间模式超过了该时间区间内的计数值，则在步骤505中增加过程协助装置输出的下限值，且该子程序由步骤506返回步骤501。如果该快速时间模式没有在预设的区间内超过计数值，则子程序由步骤504返回步骤501。
回到步骤507，如果在步骤501中还没有进入快速时间模式，则开始计数器计数或时钟计时。在步骤508中，控制器104检验是否曾经在时间区间内进入过快速时间模式。如果在该时间区间内没有进入过快速时间模式，则控制器104在步骤509减少过程协助装置输出的下限值。在步骤510中，控制器重置计数器或时钟，且在步骤511中将子程序返回步骤501。
在一个实施例中，例如步骤501-506中，如果系统在此前的1个小时内进入快速时间模式3次，则下限值(例如，在过程协助装置正常运行时，由子程序命令的最小允许过程协助装置输出)被增加5％。在另一方面，在步骤507-511中，如果系统在此前的3个小时内没有进入快速时间模式且该过程协助装置还不是最低下限值，则下限值被降低5％。在一个实施例中，当已确定系统中没有材料时，下限值被绕开。因此该过程协助装置将被示例性地降低至最大过程协助输出的20％。
因此具有涉及材料处理系统100，200的方法，所述系统具有材料送料器102，材料容器101，其被设置为将材料排出至材料送料器102中，以及接合材料容器101的过程协助装置103。该方法包括确定和送料器102运行中的送料器102的材料流动特性相关的过程指示器；确定该过程指示器和指示器阈值之间的差值；并基于该过程指示器和指示器阈值之间的差值调整过程协助装置103的运行。
在此方法的一个实施例中，该过程指示器和指示器阈值之间的差值表明了材料容器101的恶化流动状况。因此通过测定这样的差值，可预测恶化流动状况，并由此调和以阻止、延缓、推迟或最小化该状况和/或状况发生的程度。示例性地，该状况可为架桥状况或其他在此可鉴别的状况，或是其他为本领域技术人员所知的状况。
在此方法的一个实施例中，该过程指示器包括在选定的时间区间内过程变量的变化速率(例如，InstFF)。举例来说，该过程指示器可为送料器102的一个或多个可测量或可观测的特性。该过程指示器可标示送料器102的趋势(例如，和流经送料器的材料流动相关的趋势)。在一个实施例中，送料器102的特性是流动特性。举例来说，该流动特性可为系统的质量流速率的方程。通过其他示例的方法，该过程变量可为送料器102的任意变化特性。在一个实施例中，由系统100、200自动测定过程变量，且计算在选定时间区间内该过程变量的变化率。
过程变量的一个示例是如上所述的平均进料因子。在一个实施例中，通过公式(1)计算出平均进料因子，其中FFavg是平均进料因子，MF是流经送料器102的质量流速率，％MS是送料器102的当前马达速度占送料器102的最大马达速度的比例，而N是时间区间的预设数目。在一个实施例中，在控制器104、204中设定了该时间区间，其可为固定的或可变的。
该方法可使用此处参照的任意过程协助装置，或是为本领域技术人员所知的可在示出的方法中使用的过程协助装置。在一个实施例中，过程协助装置103为振动器(例如，动态可调整外部安装贞动其)。本发明的方法可包括依照过程指示器或是过程变量调整过程协助装置103的运行。举例来说，当过程协助装置103为振动器时，该振动其的幅度和/或频率可响应被观测的送料器的特性(例如，过程指示器和指示器阈值之间的差值)而被变动。
在一个实施例中，调整过程协助装置的运行发生在材料容器中的显著的流动中断之间。此外，该显著流动中断的特振在于流经材料容器101的流动速率显著小于流经材料送料器102的材料流动速率。
在一个实施例中，被用来和过程指示器比较的阈值是可变的。在一个这样的实施例中，如果材料容器101中的流动特性被鉴别为标示了流动中断即将发生或正在发生，则该阈值可被调整，使得过程指示器和阈值之间的比较可触发对过程协助装置103的调整。因此，在一个实施例中，本发明的方法包括响应检测到材料容器中的流动状况而调整指示器阈值。
在一个实施例中，流动状况的特振是其在选定周期内的过程变量大致不变。举例来说，在一个实施例中当过程变量在选定的周期内不变，则系统100、200可被配置为调整该阈值使得过程协助装置103的输出降低。
在一个实施例中，本发明的方法包括设定过程协助装置103的最小输出且根据过程指示器和指示器阈值之间的差值调整该过程协助的最小输出。举例来说，该最小输出可为操作振动器的最小幅度。在一些实施例中，该最小幅度可被根据过程指示器和指示器阈值之间的差值达到给定的水平的频率来调整。举例来说，(例如，参见图5中步骤501-511)，在一个实施例中，可设定最小幅度，且在该最小值基础上调整幅度(例如，预见到材料容器101中的流动问题时)，且优选地在不需要更高的幅度的时候返回至最小幅度。因此，在一个实施例中，振动器的最小输出是材料处理系统100、200的最低可运行振动器幅度。
还有一个本发明的实施例，其包括在散装材料处理系统(其包括材料送料器102、被设置为将材料排出至材料送料器102的材料容器101和被设置为振动材料容器的振动器203)中维持稳定流动的方法，该方法包括：周期性地计算和送料器运行中送料器的材料流动特性相关的过程变量；在选定的时间区间中确定过程变量斜率，该斜率被定义为过程变量的变化率的；确定过程变量斜率和其阈值之间的差值；以及根据过程变量斜率和其阈值之间的差值调整振动器的运行。在一个实施例中，该调整步骤包括在过程变量斜率和其阈值之间的差值在选定的时间周期之后大于零时，降低振动器幅度和振动器频率中的至少一个。在一个本方法的实施例中，该进过程变量斜率和其阈值之间的差值标示了材料容器中的恶化流动状况。在另一个实施例中，该过程变量是由此处的公式(1)计算得出的平均进料因子。在一个实施例中，该方法还包括在过程变量斜率和阈值之间的差值小于零时，调整振动器203的运行，其包括调整振动的幅度和/振动的斜率，该调整的幅度示例性的为预设的量。
在另一个实施例中，调整振动器203的运行包括在过程变量斜率和其阈值之间的差值小于或等于零时增加振动的幅度，而在过程变量斜率和其阈值之间的差值大于零时减少振动的幅度。
在一个实施例中，选定的时间区间至少部分地基于用户定义的设定值。举例来说，该用户定义设定至少部分地基于选定的材料流经送料器的流动速率(例如质量流速率或体积分析流动速率)。
在一个实施例中，该方法还包括的步骤有：为振动器建立最小输出；根据步骤c中确定的差值调整该振动器的最小输出。此外，振动器203可具有可调整的频率(例如，动态可调和/或自动可调——且此方法还包括将振动器的频率设定至由系统的共振点决定的频率的步骤。
同样如上所述，调整振动器203的运行可发生在材料容器101中显著的流动中断之前。在一个实施例中，显著的流动中断的特征是流经材料容器101的材料流动速率明显小于流经材料送料器102的材料流动速率。
在另一个实施例中，该方法包括响应测定的材料容器中的流动状况对阈值进行调整(例如，由材料容器流出的质量流的变化超过了预设值、垂直隧道、架桥和显著的时间内不出现负面的流动状况)。在一个示例中，该流动状况的特征是在选定的周期(例如，从查找表中动态选择或是由用户在系统运行之前选择的)中位于阈值之上的流动状况。在一个实施例中，该流动状况和重量干扰相关。在一个实施例中，该方法还包括基于材料容器101中的填充水平调整振动器203的频率和振动器203的幅度中的至少一个。
本发明还包括一种散装材料传输系统，其包括散装材料容器101；接合散装材料容器101(例如，在材料容器101外接合或在材料容器101内接合)且具有可变输出的过程协助装置103(例如，振动器203，一个或多个垂直搅拌器，一个或多个气囊，一个或多个气垫，一个或多个空气注射器，一个或多个撞击器，一个或多个搅龙，一个或多个水平搅拌器，一个或多个声波设备，一个或多个声学设备，机械式致动可变形内衬，以上的组合或类似物)；被设置为接收由散装材料容器101而来的散装材料的送料器102(例如，为减重式送料器的送料器)，且其被设置为将散装材料传输经过送料器102；以及被设置来识别和流经送料器102的散装材料传输相关的趋势的控制系统(例如，包括控制器104、204和/或称重系统106)，其还被设置为用来基于所述趋势引发过程协助装置103的可变输出的变化。在一个实施例中，该控制系统被配置为周期性地计算在送料器102运行期间和送料器102的材料流动特性相关的过程变量(例如，由公式(1)计算送料器102的特性)；确定被定义为在选定的时间区间中过程变量的变化率的过程变量斜率；确定过程变量斜率和阈值之间的差值；且基于该过程变量的斜率和阈值之间的差值调整过程协助装置103的运行。
在一个实施例中，过程协助装置103为动态可调，其允许了能量由在恶化流动状况未被发现时较低的能量水平变动至在恶化流动状况被发现时较高的能量水平之间变化。
在一个实施例中，该趋势和包括流经材料容器的材料流动速率和流经送料器的材料流动速率之间明显的不一致的材料流动状况相关。在一个实施例中，该趋势和过程指示器(例如，在选定的时间区间内过程变量变化率)相关，且控制器104、204被配置为至少部分地基于过程指示器而改变过程协助装置103的可变输出。
在另一个实施例中，控制器104、204至少部分地基于该过程变量和过程阈值(例如，基于材料过程特性的过程阈值)之间的比较而改变了可变输出。
在一个实施例中，该过程变量由该公式确定：
PV = Σ n = 1 N FR % FR N
公式(2)
其中PV是过程变量，FR是流经送料器的流动速率，％FR是送料器的当前马达速度占送料器的最大速度的比例，且N是取自包括预设的时间区间的数目和预设的时间周期的组的时间因子。
此处包括的具体实施例仅为示例性的。可不离开本发明的精神而变动实施例的具体细节。所述变动可包括去除一些在示例性实施例中指出的特性或是在示例性实施例的特性的替换。可对已经在此处为了说明本发明的优选实施例的本质而描述且示出的细节、材料、步骤和零件设置进行变动而不离开本发明的精神或范围。

Claims (47)

1.一种在散装材料处理系统中维持稳定的流动的方法，该散装材料处理系统具有材料送料器、被配置为将材料排出至材料送料器的材料容器和被配置为振动该材料容器的振动器，该方法包括：
a.周期性地计算和送料器运行过程中送料器的材料流动特性相关的过程变量；
b.确定在选定的时间区间中的过程变量斜率，该过程变量斜率被定义为该过程变量的改变速率；
c.确定在过程变量斜率和阈值之间的差值；以及
d.基于步骤c中确定的该过程变量斜率和阈值之间的差值调整该振动器的运行。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述过程变量斜率和所述阈值之间的差值标示了在所述材料容器中恶化的流动状况。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述过程变量为由以下公式计算得出的平均送料因子：
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
其中，FFavg是平均进料因子，MF是流经送料器的质量流速率，且％MS是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的比例，且N是预设的时间区间的数目。
4.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述振动器的运行包括改变振动的幅度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述振动器的运行包括改变振动的频率。
6.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述振动器的运行包括在步骤c中的差值小于零时将振动的幅度增加预设的量。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述过程变量是由以下公式计算得出的平均送料因子：
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
其中FFavg是平均进料因子，MF是经过送料器的质量流速率，％MS是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的比例，而N是预设的时间区间的数目；
且其中，调整所述振动器的运行包括在所述过程变量斜率和所述阈值之间的差值小于零时增加振动的幅度，而在所述过程变量斜率和所述阈值之间的差值大于或等于零时减少振动的幅度。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述选定的时间区间至少部分地基于用户定义设定值。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述用户定义设定值至少部分地基于流经所述送料器的选定的材料流动速率。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
为所述振动器建立最小输出；
基于在步骤c中确定的差值调整所述振动器的最小输出。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述振动器的频率可调，且所述方法还包括：
设定所述振动频率，以在由系统共振点决定的频率下工作。
12.如权利要求2所述的方法，其中，调整所述振动器的运行发生在所述材料容器中显著的流动中断之前。
13.如权利要去12所述的方法，其中，所述显著的流动中断的特征在于流经所述材料容器的所述材料流动速率和流经所述材料送料器的材料流动速率明显不同
14.如权利要求1所述的方法，还包括：
响应所述材料容器中的流动状况的检测调整所述阈值。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述流动状况的特征是所述过程变量在选定的周期内大致不变。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述流动状况的特征是所述过程变量在选定的周期大致变动。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述流动状况和重量干扰相关。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述流动状况由以下组中获得，该组包括：a)由材料容器流出的质量流的变动超过预设的值，b)垂直隧道，c)架桥，和d)显著的不出现负流动状况的时间。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述调整步骤d包括：
在步骤c中确定的差值在选定的时间周期后大于零时减少振动器幅度和振动器频率中的至少一个。
20.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述材料容器中的填充水平调整振动器频率和振动器幅度中的至少一个。
21.一种散装材料传送系统，其包括：
散装材料容器；
接合在该散装材料容器上的具有可变输出的过程协助装置；
被设置来接收由该散装材料容器而来的散装材料的送料器，其被配置为将该散装材料传输通过该送料器；以及
被配置为识别和散装材料流经送料器的传输相关的趋势并根据该趋势引发过程协助装置的可变输出的变化的控制系统。
22.如权利要求21的系统，其中，所述控制系统被设置为：
a.周期性地计算和所述送料器运行过程中所述送料器的材料流动特性相关的过程变量；
b.确定在选定的时间区间中的过程变量斜率，所述过程变量斜率被定义为所述过程变量的变化率；
c.确定在所述过程变量斜率和阈值之间的差值；以及
d.基于步骤c中确定的该过程变量斜率和阈值之间的差值调整所述过程协助装置的运行。
23.如权利要求21的系统，其中，所述过程协助装置被安装在所述材料容器的外侧。
24.如权利要求21的系统，其中，所述材料容器是非对称进料漏斗。
25.如权利要求21的系统，其中，所述送料器是失重式送料器。
26.如权利要求21的系统，其中，所述过程协助装置是振动器。
27.如权利要求21的系统，其中，所述过程协助装置由下组中选择，该组包括垂直搅拌器，气囊，气垫，空气注入器，撞击器，搅龙，水平搅拌器，声波设备，声学设备和机械式致动可变形内衬。
28.如权利要求21的系统，其中，所述过程协助装置为动态可调的，以允许能量在未检测到恶化流动状况时的较低水平至在检测到恶化流动状况时的较高水平之间的可变施加。
29.如权利要求21的系统，其中，所述趋势和所述系统中的材料流动状况相关。
30.如权利要求29的系统，其中，所述材料流动状况包括流经容器的材料流动速率和流经送料器的材料流动速率之间的显著不一致。
31.如权利要求21的系统，其中，所述趋势和过程指示器相关，且所述控制器被配置为至少部分地基于所述过程指示器改变所述过程协助装置的可变输出。
32.如权利要求31的系统，其中，所述控制器至少部分地基于过程指示器和指示器阈值之间的比较改变可变输出。
33.如权利要求31的系统，其中，所述过程指示器包括在选定的时间区间内的过程变量的改变速率。
34.如权利要求33的系统，其中，所述过程变量是所述送料器的特性。
35.如权利要求33的系统，其中，所述过程变量由以下公式确定：
PV = Σ n = 1 N FR % FR N
其中PV是过程变量，FR是流经送料器的流动速率，％FR是当前送料器马达速度占送料器最大马达速度的比例，且N是取自包括预设的时间区间的数目和预设的时间周期的组中的时间因子。
36.如权利要求32的系统，其中，所述指示器阈值是基于材料处理特性。
37.一种用于具有材料送料器、被配置为将材料排出至送料器的材料容器和与所述材料容器接合的过程协助装置的材料处理系统的方法，其包括：
a.在所述送料器的运行中确定与所述送料器的材料流动特性相关的过程指示器；
b.确定在所述过程指示器和指示器阈值之间的差值；以及
c.基于在步骤b中确定的差值调整所述过程协助装置的运行。
38.如权利要求37的方法，其中，在所述过程指示器和所述指示器阈值之间的差值标示了在所处材料容器中恶化的流动状态。
39.如权利要求37的方法，其中，所述过程指示器包括在选定的时间区间内过程变量的改变速率。
40.如权利要求39的方法，其中，所述过程变量是由以下公式计算得出的平均进料因子：
FF avg = Σ n = 1 N MF % MS N
其中FFavg是所述平均进料因子，MF是流经送料器的质量流速率，MS％是送料器的当前马达速度占送料器的最大马达速度的比例，而n是预设的时间区间的数目。
41.如权利要求39的方法，其中，所述过程协助装置是振动器，且调整所述过程协助装置的运行包括变动所述振动器的幅度和频率中的至少一个。
42.如权利要求39的方法，其中，调整所述过程协助装置的运行发生在所述材料容器中显著的流动中断之前。
43.如权利要求42的方法，其中，所述显著的流动中断的特征是流经所述材料容器的材料流动速率和流经所述材料送料器的材料流动速率明显不同。
44.如权利要求39的方法，还包括：
响应所述材料容器中的流动状况的检测来调整所述指示器的阈值。
45.如权利要求44的方法，其中，所述流动状况的特征是过程变量在选定的周期内大致不变。
46.如权利要求37所述的方法，还包括：
为所述过程协助装置建立最小输出；以及
基于在步骤c中确定的所述差值调整所述过程协助装置的最小输出。
47.如权利要求46的方法，其中，所述过程协助装置包括振动器且所述过程协助装置的最小输出是与所述材料处理系统的最低可运行振动器幅度大致相等的振动器幅度。
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