CN1030486A - 粉末称重混合装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种粉末测量设备和粉末测量混合装置，其粉末 由供料漏斗传输到测量漏斗中，粉末流速由接在漏斗 上的流量调节器控制。对测量漏斗的重量进行监 测。控制器把测得重量与目标重量进行比较产生一 个偏差以及一个偏差的时间变化量。控制器根据模 糊推理进行操作，以得出在下一个控制周期中所希望 的流速。该所希望的流速被输送到流量调节器。可 以使用几个带有流量调节器的供料漏斗。在混合测 量的不同阶段，控制器的输出在不同的流量调节器之 间转换。另外，在几个不同供料漏斗间可移动测量漏 斗，以避免使用复杂管路。

Description

粉末称重混合装置及其方法

本发明涉及了一种粉末称重方法，更准确地说，是涉及了一种精度高、应用范围广和工作时间短的称重方法，该方法是在称重设置值和实际称重值的基础上，使用模糊推理的方法，改变随后周期的粉末供料流速来实现的。

本发明还涉及粉末称重混合机，在将各种粉末称重后，该混合机将它们混合起来，然后得到新的物质。

传统的粉末称重方法是利用主要包括测力传感器的称量系统来进行称重的。

已有的控制系统是靠在上述计算称重周期中被称重物质根据所花费时间得出的平均流量和总的出料重量来调整在随后的称重周期中所花时间和流量的系统。然后，这些系统在平均流量的基础上得出与目标重量的偏差，这些控制系统已在日本特许(OPI)公开148019/81号和155412/81号专利中所公开。也可参见日本特许公开(OPI)29114/82号专利。

到目前为止，还没有能按照在接收容器中称出的实际重量值来顺序地改变流速的闭环称重控制方法。

而且，在传统的粉末称重混合机内，当粉末从几个送料容器(或几个罐)中被送到一个接收容器的时候，每台送料容器都须有一个单独的称重设备与之相连。

比如，在图1中，两台粉末容器就必须使用两台称重设备。对于这些各个单独设置的称重设备的闭环控制(本发明的特征之一)，就需要有用于流量预测控制的双环路控制功能。

这就是说，由于粉末的流量是随着存留在送料容器内的粉末量，目标重量，以及粉末的各种物理性能变化值的变化而改变，所以用单一的控制功能不可能进行所希望的高精度称重。

另外，还有一些称重方法可实现改变到接近于设定的目标重量的较慢流速的高精度称重，这种方法是利用具有改变到不同流速的固定状态的性能的装置完成的。该方法已为日本特许出愿公开(OPI)72015/82号申请所公开。另一方面，改变流速的流量调节器可以串联设置。但是这里为有控制功能也需要用双环控制。

使用双环控制功能的原因在于，如当使用离散式控制装置时，可以计算出带有单一控制装置的控制功能，因此，事实上不需要两台控制装置。然面从软件和输入、输出的数量的观点上看，这仍可看作是两台控制装置。

此外，还有一些与上述方法有关的预测在终止称重和刚要停止流动时流入到称重容器中的数量的方法。

由于传统的称重控制方法在给定的范围内有固定的称重状态，这些方法有的具有固定的流速，有的将流速分成两级并在两级之间变动，它们有如下缺陷：

(1)称重精确度：由于存在粉末物理性质方面的干扰和变化，所以有时精度不能保证。

因此，选择输送设备时，将根据粉末的物理性质的不同而选用不同的输送装置，比如，若是颗粒状粉末，就采用闸板式的，因为这种粉末有较好的流动特性；若是流动特性差的粉末，就采用螺旋送料器。但是按照单个的法则是不能确定粉末的流动特性的，而流动特性是随着粉末的阻力、粉末的形式和振动等干扰因素而变化的。

吸湿粉末和易形成分流的粉末的流动特性尤其要随着存料条件而变化。因此，在能长时期存储于送料容器中粉末的这种系统中，粉末的流动特性还要随着环境状态，比如温度、湿度以及振动器，用于加快粉末流动特性的气锤等辅助设备所产生的振动而引起的变化而改变。这样，称重的精确度便随着送料的流动状态而下降。因此，必须对储存数量加以限制，并对设备的安装条件加以限制，这使得零部件的初始投资和操作费用增加。这些限制对保持称重的精确性来说是必要的。

(2)称重范围：称重范围窄。

原因在于，即使在系统的一部分流动停止后，还存在着由系统的延迟引起的残余流入量。由于总量是靠流速来确定的，所示当流速固定时，流入的容许总量可由缩小称重范围来保证。因而，即使是在对相同的粉末称重时，如果称重设置值有很大的偏差，称重设备必须适合每个称重范围，这样设备的组件数目也要增加。

(3)称重时间：称重时间受目标重量支配。

当目标重量小时，称重时间就短，而目标重量值大时，称重时间就长。根据目标重量，所需的称重设备采用适合于生产周期的称重时间，而且称重设备的组件数目也因此而增加。此外，如果当几种粉末要混合成一种新的混合粉末，几个目标重量是不一致时，系统的生产能力由原先未混合的材料来确定，这些材料需要最长的称重持续时间。

此外，在传统的粉末称重混合机中，由于上述原因，对于各送料容器，都需要安装许多称重设备的各自独立的控制元件。为了提高生产能力，取得每个最佳称重时间，需要安装上述控制元件，所以使系统较为复杂，而且称重设备还要增加许多组成部分。

基于上述事实，本发明要提供一种非常经济的粉末称重混合机：

(1)由于减少了设备组件的数量，因而使初始投资减少；

(2)由于减少了设备组件的数量，从而减少了花费在维护设备方面的劳动；

(3)由于减少了设备组件的数量，提高了可靠性，从而减少了生产事故；

(4)由于减少了原材料的损耗，从而减少了操作费用。

该称重控制设备不只是不受由于粉末物理特性上的干扰和偏差引起的流速改变的影响，使称重的精度得以提高，而且还保证了有较宽的称重范围。该称重设备可在不受目标重量大小支配的情况下，在短时间内完成称重。这样，便可以构成一个系统，该系统在减少了原材料损耗的同时，提高了生产能力和简化了组成部分。

基于以上考虑，本发明是要提供一种粉末称重方法，该方法不受由于粉末物理特性上的干扰和偏差引起的流速改变的影响，来实现高精度称重，该方法确保了一个较宽的称重范围，而且还能在不受目标重量大小支配的短时间内完成称重。

本发明的上述任务是靠使用粉末混合机来完成的，该混合机利用了称重控制设备，而该控制设备采用闭环控制和在模糊推理基础上的控制，使得流速时刻都可以变化。这种混合设备可以减少上述的称重控制设备中的组成部分的数量。

本发明的粉末称重混合机是使用了如下基本结构构成的：

1.几个送料容器：是储存需要称重粉末的几个容器。

该容器的容量应当与生产规模相适应。

本发明没有对容器内的存放材料的数量加以限制。从理论上说，称重也可以在村料的存放量减少到零的情况下进行。而且，只要测量不受材料的物理特性(比如颗粒的大小，等等)的影响，任何粉末都可以在存放量减少到零的情况下进行称重，并且能使粉末流出。

2.流量调节器：流量调节器的数量与送料容器的数量相一致。例如，调节器靠控制螺旋送料器的旋转圈数来控制流量。使用有开口的闸板时，利用一个位置命令改变开口大小来改变流量。

此外，螺旋送料器和开口闸板的流动特性，解释在旋转计数率和开口度都在稍大于零并且流动是出现在最大速度和最大开口度的大约10％的情况下，为什么外流不会发生的原因。

交流伺服电机或类似装置可用来作为驱动器。

(3)几个接收容器：容器的容量与生产的规模相适应。

(4)几个检测器：安装在几个接收容器上，检测器称出送到接收容器内的粉末的重量。对于可以混合在一起的粉末，可在一个接收容器内进行累积称重。

(5)称重控制设备：控制设备采用闭环控制和改变流速的方式进行操作。这种控制采用模糊推理的控制系统，允许流量调节器内的粉末随流速发生变化。这就是说，在流量调节器中粉末输送的初始速度是由流量调节器内的流量特性和称重设置值来确定的。此后，输送速度的改变便由以实际称重值和称重设置值为根据的模糊控制来确定。

(6)转换设备：把称重控制设备的输入量转换成与前述的流量调节器相联的几个输出量中的一个输出量。

(7)移动设备：用来输送接收容器的移动设备。使用自动送料机或可用来进行输送的其它输送装置。但是也存在接收容器本身就具有输送功能和输送功能与接收容器分离等情况。

以上给出了本发明的基本构成。本发明还要使用能改变流速的闭环称重控制设备。而且，称重控制设备是在模糊推理的基础上进行控制的。

本发明的上述几个目的是靠闭环粉末称重方法来实现的，该方法是利用粉末从送料容器被送到接收容器的过程时称出的实际称重值与任意设置的目标重量来改变粉末的供料流速的。输送的速度是靠运用了目标重量和流量调节器的流量特性进行模糊推理来改变的，其中流量调节器控制流动速度以便确定粉末在称重之前通过流量调节器时的输送速度。然后在目标重量和顺序观察到的实际称重值的基础上进行模糊控制。

图1是已有技术的测量混合机的示意图；

图2是能够应用本发明的第一实施例的粉末称重设备的示意图；

图3是解释图2中设备的控制过程的方框图；

图4、5、6和6A是解释模糊控制的曲线图；

图7是通过螺旋送料器的两种粉末的流量特性曲线图；

图8到图10是根据本发明的几个实验实例的称重特性的曲线图；

图11是一种用于各种粉末的称重混合机的一个实施例的结构图；

图12是解释图11中设备的控制方框图；

图13是按照本发明的另一个实施例的称重混合机的结构图；

图14是解释图13中的设备的控制方框图；

图15表示具有两个称重容器的固定式粉末称重混合机；

图16是本发明的可移动式粉末称重混合机中的一个实例的工艺流程图；

图17是本发明的闭环控制方式的方框图；

图18是表示流量调节器的流量特性曲线图。

下面将参照附图描述本发明的一个实施例。。

图2表示适用于作为本发明的一个实施例的粉末称重设备。该实施例说明一种在接收容器中进行的加法称重。粉末被送到放置在下游端的接收容器里。

图中，储料漏斗1作为一个储存要称重的粉末的送料容器。螺旋送料器2作为一个控制粉末流速的流量调节器，它位于储料漏斗1的外部。闸板门3能够使流动停止。称重漏斗4作为一个具有称重功能的接收容器，它放置在测力传感器5的顶部。测力传感放大器6将测力传感器5的输出信号放大。称重控制器7控制螺旋送料器2和闸板门3。伺服驱动器8由称重控制器7控制，而它又驱动伺服电机9，伺服电机9驱动螺旋送料器2旋转。螺旋送料器2能够靠改变它的旋转速度在一个较宽的范围内改变粉末的输送量。

现在利用图2和图3的控制方框图来解释本发明的粉末称重方法。

当一个任意数量的目标重量送入称重控制器内时，称重控制器7的模糊控制部件72根据预先知道的螺旋送料器2的流量特性，运用模糊推理计算出螺旋送料器2的初始旋转速度。

与此同时，开始进行称重，称重控制器7打开闸板门3，并且螺旋送料器2的伺服电机9以其初始旋转速度旋转，用这种方式控制伺服驱动器8。

用这种方法，将粉末从储料漏斗1输送到称重漏斗4，实际重量是使用称重漏斗4来测得的。这时，称重漏斗4被用于观测实际重量，该实际重量在以前描述过的控制循环中是不断变化的。实际重量由测力传感器5称出，并且经过测力传感放大器6反馈到称重控制器7。

除了计算在预置目标重量设定值和实际反馈重量之间的偏差和在一段时间内的偏差变化之外，称重控制器7内的滤波计算部件71还要对这两个量进行低通滤波处理。

模糊控制部件72根据经滤波处理所观测量进行模糊推理来改变流速，并计算在下一控制循环中螺旋送料器2的旋转速度。

现在来描述模糊推理。用在模糊控制系统的模糊推理，是由操作人员来进行模仿控制的。如果操作人员观测到目标值和测得值之间的偏差较大，而这个偏差的时间变化率较小，那么操作人员就会提高流速，以便非常迅速地减小偏差。另一方面，如果操作人员观测到偏差较小，但偏差的时间变化率稍大时，操作人员就会稍微减小流速。E.H.Mamdani在一篇题为“控制简单动力设备模糊算法的应用”的技术论文中讨论了模糊控制，这篇文章发表在IEEE会刊1974年第121卷1585-1588页上。L.A.Zadeh在题为“模糊集论”的备忘录中也讨论了模糊控制，该文章刊登在加州大学伯克利分校电子研究实验室的备忘录ERL-M502号(1975)中。

在图4中用曲线表示出偏差e(这里是目标重量和实际测得的重量之差)，它作为时间变化量δe的函数(这里是本测量周期与过去测量周期之间所测得偏差e的差值)。如果测得的偏差e和测得的时间变化量δe在平衡区域内下降，那么从现在的偏差看来，现在的流量是合适的，所以阀门的开口度等不需要改变。宁不进行准确的运算，而只要选择像根小，小，适中；大和很大等“不明确”变量就可以了。

如果变量被选定为几个不明确变量和几个从属度函数，并且如果控制方法由“如果一则”规则来确定，那么进行模糊测量控制将是可能的。模糊规则通常用这种方式来表达：如果e是A，δe是B，则δu是C。在本发明中，e是偏差，δe是偏差的时间变化，δu是控制流动量的时间变化量(在各控制周期间)，比如像控制阀的开口量。在几个规则中，几个变量A、B、C由与几个不明确变量同样的规则确定，如很小，小等等。

从属度函数用于确定每个偏差e、偏差的时间变化量δe和控制量的时间变化量δu。用于确定偏差e(以克为单位)的从属度函数用图5的曲线表示。纵轴为从属度值，从属度函数在0和1之间变化。如果实测的偏差是3，则本次测量周期的偏差被确定为“小”。对于δe和δu必须建立起相似的从属度函数。

几个测量值(即偏差e和偏差的时间变化量δe)的从属度函数将沿着测得值轴被分隔开，使较小的测得值的间隔变得越来越小。这一变化从与从属度函数相比较的e的半对数曲线中可以明显看出，其中几个控制不明确值在用对数表达时具有相等的宽度。

如果要想提高称重精度和缩短称重时间，需要这种类型的变化。当偏差较大时，就不需要精确的控制能力，而当偏差较小时，就需要提高控制精度。同样的方法也适用于低通滤波过程。当偏差或相似的量小时，这些量的低通波的输出量用于提高称重精度，采用方法是减弱称重检测器(测力传感器)的短期运动。

对于模糊控制，要预先确定一些模糊规则。例如第一规则是：如果e小，δe大，则δu负大；第二规则是：如果e小，δe适中，则δu负适中。另一套规则可以从图4中得出，比如如果e和δe都是小，则δu为零。其他规则从图4中可明显看出。当e和δe中的每一个在不明确变量的唯一区域内下降时，要得到操作量δu，只要运用带有那些不明确变量的单一的模糊规则就可以了。但若观测得到的数量在不明确变量的两个区域内下降，那么要得到操作量δu就必须适用带有从属度函数值的两个模糊规则，该从属度值在组合操作数量δu的“则”值时，起着重要的作用。例如图6是用于获得控制量δu的曲线图。假设e在小区域内的从属度值为0.8，并且δe在大区域内的从属度值为0.6和在适中区域内值为0.7。另外再假设模糊规则(1)是e小和δe大，则δu负大，模糊规则(2)是e小和δe适中，则δu负适中。在这种情况下，δu的从属度值由e和δe中数值较小的那个来确定。(其它的选择也是可以的)。因此运用规则(1)时，δu的从属度值是0.6，适用规则(2)时δu的从属度值为0.7。根据从属度值，δu可以靠计算得出，例如由图6中划有阴影那部分面积的重心来得出。

流量的初始设置值也可以用以目标重量和流量调节器的流量特性为基础的模糊推理的形式求得。从属度值和模糊推理规则需由几个变量来限定。一种结果是：几个目标重量在0到1的范围内有几个从属度值，以离散的间隔构成，从而可控制流量调节器。

称重开始后，以假设一个合适的旋转速度的方式来控制着螺旋送料器2。旋转速度随着称重偏差逐渐减小而逐渐趋于缓慢，这样，流量便减少。当称重偏差和称重偏差的时间变化量逐渐减小，使称重偏差降到低于某一值时，称重就停止，闸板门3关闭，螺旋送料器2旋转计数率被设定为0，因此，旋转停止。这时，流速极小，残余流入量也因此而变得非常小。其结果是由于有目标重量和处理系统，使螺旋送料器2的动作在称重范围内变化。因此，虽然必须观测检测器的静态准确度，但称重范围增大，并且可以用一台称重设备进行称重，而不必考虑目标重量的大小。

然而，闸板门3的动作，即使在称重时间的范围内，也是变化的，并且可以在几乎同样短的称重时间内称重，而不用顾及目标重量的大小。

如上所述，本发明的称重方法之所以能控制流速是由于对螺旋送料器的旋转计数率采用了模糊控制，这种控制是在由测力传感器5观测到的实际重量的基础上，运用了具有固定式控制环路的闭环控制(图3)实现的。

在上述实施例中，螺旋送料器就作为流量调节感，它能改变流速。但是，流量调节器也可以是一个旋转系统，该系统能以和螺旋送料器同样的方式通过旋转计数指令来改变流量。另外，驱动装置不限于伺服电机，也可以使用倒向电机(inverter motor)而且任何能改变旋转计数或位置的装置都可以使用。

现在来解释根据本发明进行试验的结果。

这些试验是利用图2中显示的称重设备完成的。

试验所用称重设备的最大称重量为5公斤。测力传感器的精确度为1/2500。螺旋送料器通过倒向电机控制其旋转速度，旋转计数指令(电压输出)从称重指令装置向外输出。

图7表示出两种粉末的流量平均值的特性曲线，该特性是倒向器输入电压(旋转信号)的函数。这两种粉末有如下特性：粉末A是可见密度为0.5的粒状粉末，粉末B是具有很强粘着力、可见密度为0.5的面粉类粉料。这两种粉末采用图2中的对各个控制系统或类似控制系统不会产生任何变化的系统进行称重。

图8表示出1公斤粉末A的称重结果。图9表示出1公斤的粉料B的称重结果。正如图8和9清楚地表示出的，在大约相等的称重时间内，即使螺旋送料器旋转操作方式发生变化，也可以获得高精度的称重结果。

此外，由于使储料漏斗振动和挤压粉末造成的不同流动性质而形成了不同的流量特性。但是，虽然螺旋送料器的操作方式因此而改变但在称重时间和称重精度上却获得了相同的结果。

用来获得图9中表示的测量结果的过程，将根据模糊控制来进行详细的描述。

流量调节器的初始旋转信号由从属度函数来确定，如图6A所示。例如，当设置值(目标重量)是1000克时，根据图6A，与设置值相对应的从属度函数值是0.1。根据调节器的流量特性，调节器的最大旋转信号设定在5V，以使调节器的初始旋转信号设定在5×0.1＝0.5V。模糊控制在一段短的时间内不进行(无用时间)。由于将流体从送料箱(储料漏斗)输送到一个测量箱(称重漏斗)要花费一定时间，如图2所示的，如果模糊控制在初始测量之后立即进行，调节器的旋转信号可以极大地增大。因此，模糊控制在这段无用时间内不进行，这段时间在0-9.9秒的范围内。

在测量时，所运用的模糊规则如下：

(1)如果e很大，δe中等，则δu正中等；

(2)如果e很大，δe大，则δu正小；

(3)如果e很大，δe很大，则δu为零；

(4)如果e大，δe很大，则δu负小；

(5)如果e中等，δe很大，则δu负中等；

(6)如果e中等，δe大，则δu负小；

(7)如果e大，δe大，则δu为零；

(8)如果e大，δe中等，则δu正小，等等。

在图9或图4中的点A，运用模糊规则(1)，结果δu增大。在图4的点A₁运用模糊规则(1)和(2)，结果开口度进一步增大。在图4中的点A₂运用模糊规则(2)。在图4的点A₃，运用了模糊规则(2)和(3)。在图9或图4中的点B，运用模糊规则(3)，结果阀的开口度不变。在图9或图4中的点C，运用模糊规则(3)和(4)，使得调节器的旋转信号减弱。在图9或图4中的点C和点D之间，使用了像在点A和点B之间的某些模糊规则。图9或图4的点D，运用了模糊规则(8)，使得调节器的旋转信号增大。用类似的方法进行模糊控制，所得到的测量结果显示在图9中。在这个实验中，测量了通常不连续流动的粉末，结果在点B和C之间出现了小的波动。对于e和δe也可以使用低通滤波器来减小波动。

表1表示出作为目标重量函数的称重时间和称重精确度之间的关系。为了获得较好的称重精度，使用一个单独的通过鉴定的差重计来测量粉末的外流量。5公斤的称重范围是由在这个试验中使用的倒向电机的最大旋转速度所限定的，因此，扩展的称重时间被加以扩展了。尽管如此，称重精度达到±2克。如果倒向电机的容量增大的话，有可能减少称重时间。图10表示出5公斤的粉末B的称重结果，它清楚地表明，流量是在最大旋转速度时的流量，并且如果流速提高，时间甚至会缩短。

由于在这个试验中是使用精度为1/2500的测力传感器，称重为50克，精度为±2克，这等效于测力传感器的静态精度。因此，证据表明，使用精度为1/5000的测力传感器，在1∶100的称重范围内，精度可达±1.0％。而且，在试验中使用了倒向电机，它的旋转速度的范围(最小速度和最大速度之比)为1∶10。如果电机用伺服电机代替，旋转速度的范围将变宽，并且可在相同的称重时间内，称重范围是1∶100时实现高精度的称重。

                    表1

目标重量	粉末A            n＝3		粉末B               n＝3
					误差	称重时间	误差	称重时间
	5公斤1公斤500克100克50克	±2克±2克±2克±2克±2克	116秒32283927	±2克±2克±1克±0克±2克					145秒48385430

本发明所使用的粉末称重方法如上所述，用几个相同的从属度函数和几个模糊规则可以得到如下结果，而且模糊规则不依赖于流量调节器的流量特性或称重系统的结构，等等。

(1)可以实现高精度称重，而不管由于粉末的物理性质上的干扰和变化会使流速产生怎样的变化。

(2)由于目标重量设置值有较宽的范围，所以可以获得较宽的称重范围。

(3)可以实现不依赖于目标重量值大小的短时间的称重测量。

另外，称重控制设备采用低容量储存器能够很容易制造出来，并且可以减少设备数目。

现在将解释，具有多个送料容器和一个固定式接收容器的称重混合机的两个实施例。

第一个实施例如图11所示，它是一种有N种粉末的称重混合机。在此实施例中生产混合粉末的方法是将几种原材料储存在N个储料漏斗102中，储料漏斗102在流动开始时作为送料容器，将粉末输送到置于送料容器下游作为接收容器的单个称重漏斗104中，在称重漏斗104中对N种粉末进行累积称重之后，把这些粉末输送到制备罐106中。

N个储料漏斗102的出口经过N个伺服电机112控制的N个螺旋送料器110与N个闸板门108相连。这些闸板门108的出口被引导通过一个管路或管路结构，以保证所有粉末无遗留地全部流入称重漏斗104。

螺旋送料器110旋转计数率可以改变，因此可以在一个较大的范围内改变粉末传输速度。

为了测量由每个储料漏斗102输送的粉末重量，称重漏斗104上装有作为检测器的测力传感器114。测力传感器114通过测力传感放大器116与称重控制器118相连。称重控制器118又通过一个伺服驱动器120与转换装置122相连。

转换装置122根据称重控制器118的指令选择几个粉末供给系统中的一个令其改变输入以产生几个不同的输出。称重控制器118把旋转操作指令和开口位置指令输送到选定的伺服电机112及闸板门108。

此外，称重漏斗104具有管路通过排料门114连接到制备罐106中，并且在称重漏斗104上装有如振动器或空气锤的设备以将其中剩余粉末清除，制备罐106中装有搅拌设备126，制备罐的出口安排了底部阀门128。

下面，结合图12的控制方框图对使用上述粉末称重混合机的粉末称重混合过程进行说明。

首先，由称重控制器118规定称重和混合标准，例如，得到被涉及的储料漏斗的混合称重结果，对输送储存粉末的储料漏斗加以说明。

在开始对某一种指定的粉末进行称重之前，先由称重控制器118设定一个目标重量，由转换装置选择供给系统。在这例子中，假定选中N种供给系统中的第一种，则选择第一个闸板门108打开。称重控制器118提供给伺服驱动器120的转数指令，使第一螺旋送料器110以一个预定的转速输送粉末。第一伺服电机112被启动，螺旋送料器以指定的转数旋转，致使原材料开始流动。此时，用所选定的螺旋送料器110的流量特性和目标重量，根据一个模糊推理，由称重控制器的模糊控制部分130计算出第一螺旋送料器110的起始转速。这样，第一供料漏斗102中的原材料就开始送入到称重漏斗104中。称重漏斗104的测力传感器114检测出输送到称重漏斗中的原材料重量，并且将信号通过测力传感放大器116传回到称重控制器118。

在称重控制器118中，过滤计算部分132计算出目标重量与实际反馈的测量重量之间的偏差，以及这个偏差随时间的变化，而且还通过低通滤波器处理过的这种重量值来计算出一个视重量。

模糊控制部分130根据这个视重量值进行模糊推理，计算出在下次控制周期中所选定的螺旋送料器110的旋转数，以改变其流速。

如图5所示，在模糊推理中所用的从属度函数在横轴上的比例对应于被分开的偏差和偏差的时间变化的各个物理量，例如，在半对数座标内划分出等区间，使之便于对各小物理量的间隔进行更详细说明。这种划分不但可以提高称重精度，而且还可以缩短称重时间。当偏差值大时，不需要有很高的控制能力，而当偏差值小时，就有必要提高控制精确度。这就是低通滤波器处理的实际情况，当偏差值等，较小时，使用低通滤波器的偏差输出，利用称重检测器(测力传感器)的运动特性来改善称重精度。

开始称重后，螺旋送料器110受一个适当的转速控制着。当重量偏差逐渐减小时，旋转速度也逐渐放慢，并且流速也减小。重量偏差以及偏差的时间变化减小。当偏差下降到低于某一确定值时，测量停止，闸板门108关闭，螺旋送料器110的旋转速度为零，旋转停止。流速和流量都极小。因此，在停止称重后，流入称重漏斗的粉末极少，不依赖于流速变化而提高称重精度。

如图7所示，由于螺旋送料器110的流量特性在低于最大转速10％的区域内有一个死区。对于使用模糊推理来说，该死区内可认为整个偏差为零。因此，即使发生螺旋送料器无规律地旋转，或机械游隙等等情况时，在死区内及模糊控制系统中允许出现这些不利影响，从而可能获得较高精度的称重值。此外，在称重范围内，螺旋送料器110的操作随目标重量及过程系统而改变，不必考虑目标重量的大小及扩展了的称重范围，使用称重设备的一个元件就能完成称重。而且，必须观察检测器的静态精度。

此外，即使在称重期内，闸板门108也可以被驱动，且有可能不必考虑目标重量的大小在相当短的时间内进行称重。

而后，在称重和混合过程中，用相同的方法，在选定的第二个供料漏斗102中转换为称重粉末。转换装置122转换到对应于供给漏斗102的第二个螺旋送料器110。目标重量是预定好的，称重是使用象前述的在称重开始指示后的那样的控制类型来完成的。也就是说，在控制设备的控制功能中除由转换装置122改变成给第二个闸板门108和第二个螺旋送料器110(一些操作设备)的输出信号外，其余仍一样。

而且，第二个螺旋送料器110的流量特性不必与第一个螺旋送料器110的流量特性相同。但是，在死区附近的特性相类似。由于这样，虽然在称重开始后输送速度变化不同，在称重结束之前的瞬时传送速度大体是相同的，因此可以使用相同的从属度函数和模糊规则来完成称重。所以高精度，宽范围，短周期的称重可以不依赖于系统结构方面的差异，如流量调节器的流量特主等等，而实现。

当各种类型的粉末的累积称重在称重漏斗104中完成后，称重漏斗104的卸料阀门124打开，所有粉末都被传送到制备罐106中。而且，当粉末在称重漏斗中流出时，通过一个辅助装置134例如振动器，使粉末由称重漏斗中全部流出。通过制备罐106中的搅拌设备126的旋转完成混合，同时可加入所希望的流体化学添加剂。在搅拌均匀后，底部阀门128打开，使混合好的粉末流出。

接着，参考图7，8和9，根据本发明的实验得出的结果是与这几幅图所描述的情况相同。

在上述实施例中，描述了一个称重漏斗累积称重N种粉末，对于称重和混合粉末的种类没有限制。但是，从该系统的情况来看，由相同称重设备控制的螺旋送料器的最佳数目大约是8个。

图13表示本发明的测量混合机的又一个实施例。

在此例中，一个减法称重系统与前述的加法称重系统相结合。减法系统称重是用供料漏斗中的检测器给出供料漏斗的粉末流出总量。

因此，首先在这个图中的(N-1)个储料漏斗，粉末供料系统和称重混合系统有像先前的实施例一样的结构。所以，使用相同的参考标号对它们进行简单的解释。在这个例子中，第N个储料漏斗102附带有一个测力传感器140，靠测力传感器140可以测出重量，因此，就可测出第N个漏斗102的粉末流出量。而且，一个开口调节器142安装在第N个供料漏斗102的出口处，由开口调节器142控制着漏斗102的粉末流出量。因此，虽在图中显示出利用开口调节器在减法称重的操作位置，但也可以通过其它装置例如，螺旋送料器，来控制流速。

图14表示上述的另一个实施例的控制方框图。第N个储料漏斗102中粉末流出量的变化是由测力传感器140进行减法称重测出的。同样，当粉末输送到称重漏斗104时，通过测力传感器114将粉末重量累积到已经输送到已经输送至称重漏斗104的前(N-1)个储料漏斗102的重量之中。在此方法中，把减法称重和加法称重所得到的实际重量值分别反馈到对应的减法系统称重控制器144和加法系统称重控制器146。称重控制器144和146分另计算出实际重量与设置目标重量之间的偏差及偏差的时间变化量。用模糊控制的方法输出了几个控制值。而这些控制值通过一个控制系统的转换设备148。从减法系统所得出的值经过位置指令转换器150转换为表示开口调节器142的开口量的值，而且，在经过转换装置122转换并输出之后，由它们把附加系统得到的螺旋送料器的转速一起传递到伺服驱动器120中。

使用上述结构，即使称重范围较宽，也可以利用减法称重完成精密称重，并且可以利用加法称重进行大目标重量的称重。

本发明中的另一个实施例，提供了一个可移动的制备罐。它是这样一种结构，在搅拌和反应过程中利用可移动制备罐分另在将要供给制备容器的各种粉末的卸料门之下移动，即可接收粉末，又可以筒化配给系统的结构。

在前述实施例中，螺旋送料器用改变流动速度来控制流量，因而，也可以用旋转型的送料器，与用螺旋送料器同样的方法，根据旋转速度来改变流量。此外，若粉末具有很好的流量特性，同样，也可以使用改变开口的位置指令来控制流量的开口调节器。

如上所述，本发明的粉末称重混合机，可以做到：

(1)减少称重元件的数目；

(2)减少由于使用目标重量控制称重设备而造成的原材料损耗，保持了粉末的物理性质及数量，因此可以获得以下经济效益：

(a)由于元件的减少使原始投资下降；

(b)由于元件数量减少，使维修损耗也减少；

(c)由于减少了元件数量，提高了可靠性，使损坏现象随之减少以及

(d)由于减少原材料损失，使操作费用下降。

在使用多种粉末的成批量生产过程中，由于粉末的物理性质不同，许多情况下，不能在一个接收漏斗中完成累积称重过程。因此，在一个生产系统中，可以使用多个接收或称重漏斗104和105，每个漏斗上均带有称重设备。如图15所示的。因此，可混合的各种粉末在称重漏斗104中称重，不可混合的各种粉末分别在称重漏斗105中称重。下游的制备罐106要求制备和反应的粉末的装置不同，因此，系统就复杂了。

当在带有固定制备罐106的生产系统中配置几种产品时，要根据产品的构成安装设备。正如前面所述的，需要大量的称重漏斗，制备罐和称复设备、控制设备以及用于高精度称重的特别合适的几个阀门。在这个例子中，这种设备仅适合于某些产品而不适合其他类型的产品，这将是一种很浪费的系统，因为增加了各原始组成部分的一次性投资。而且，最近的生产系统需要有多种应用，而不仅固定为一种形式的生产系统。对于这种固定系统的管路需要进行一些变换，并加入其它附加部分以组成一个非常复杂的生产系统。

最近，新提出一种具有几个可移动的接收容器，制备罐等等的可动式的批量生产系统。

然而，在这种系统中使用一种传统的称重设备，称复时间取决于目标重量的大小而不同。目标重量大则称重时间就长，对可移动生产系统中的容器的输送时间旋加了一种限制。因此，在传统的生产系统中，提供了所需要的称重设备元件的数量，以便对输送时不加以限制。但是，这将会抵消可移动生产系统的优点。在这个系统中的一个位置那里停留的时间也增长了。而且，由于目标重量的范围，称重时间的限制，称重精度条件，等等，需要大量的称重设备元件。因此，在管道连接器中的工作时间增长。

在生产摄影材料的过程中，由于涉及到感光材料，需要保持无光条件，任何一个复杂系统由于增加连接部件或改变了输送周期都将对产品的效果产生影响。

通过给接收漏斗配置可移动的设备，由于称重漏斗可以移动，使从所有的粉末供料漏斗那里接收各种粉末变为可能的事情。由于已称过重的粉末都进入到制备罐中，这样不用安装管路，可以减少称重漏斗的数量，也能够实现各个组成部分的机动性。因此，当生产多种产品时，能够避免有空闲着的称重漏斗。加工方法的改变能够减少设备的增加。而且，由于使用可移动称重漏斗能够缩短称重周期，在小批量生产制造中时间变化也能缩小。在称重漏斗中加入搅拌装置，以在其中搅拌来自供料漏斗的粉末，这样，称重漏斗又可以作为一个制备罐。

下面对本发明的一个可移动的实施例进行详细描述。

如图16所示，考虑在这个例子中有N种粉末物质，假定要生产多种类型的产品，但生产类型的数量要小于N。在传统的生产系统中，既使是同类型的设备，由于称重范围，称重时间，称重精度方面的限制，要用于单一类型的产品时，也需要有称重设备和供应物料的粉末供料漏斗。不管系统是可移动的，还是固定的，要具有多重使用性，就要使用多于N个元件的设备。但是，在这个发明中，由于使用可改变流速的闭环称重控制设备以及称重控制设备采用了模糊控制，则不必顾及称重范围、称重时间和称重精度的情况。由于有足够的输送能力，确定了称重元件的数目很小，N个粉末供料漏斗元件也足够，且不会发生粉末混杂在一起的问题。

这里，假定称重设备114(测力传感器)为一个元件。N个粉末供料漏斗102是足够用的，但是由于称重元件114的数量要由生产时间、产品的生产量来确定，因而有理由要求称重元件的数量比这个量更多。

每个称重设备带有一个称重控制器154，它具有控制能力，并按图17所示的进行工作。由一个转换装置156转换称重控制器154的选择后的输出，将这个输出传送到各个流量调节器，例如，N个螺旋送料器110。这就是说，利用相同的控制准则，带有测力传感器114的称重漏斗104可以完成由第1至N种物质的称重。

由于螺旋送料器110的旋转数是可以改变的，因此，可以在较宽的范围内调节粉末的流动速度。

称重控制器154由低通滤波元件158，模糊控制器160，驱动控制器162和旋转装置156所组成。就N个螺旋送料器110的流动特性来说，根据目标重量和由测力传感器114测得的重量值就能完成模糊控制。因而，控制了N个螺旋送料器110的转数。

此外，当用开口调节器作为流量调节器时，由一个位置指令来控制调节器的角度。

本发明的粉末称重混合机操作步骤如下：

由主生产控制设备对可独立移动式的称重漏斗104发出命令，使称重漏斗104运动到所要求的粉末储料漏斗102的正下方。靠系统选择的信号和被选定的储料漏斗102的螺旋送料器110的信号使转换装置156转换。通过称重控制器154控制被选定的第一个断流阀或闸板门108。

此外，由主生产控制设备发出命令，以使与第一个粉末供料漏斗102对应的连接件164和称重漏斗104对应的连接件166连接起来。当称重准备状态已确定后，由主控制设备经过初始设置发出开始称重的指令，根据称重开始指令，由转换装置156选定第一个供给系统。在这个例子中，选择了第1个粉末供料系统，从驱动控制器162的称重控制器156给出的旋转指令，使辅助驱动电机112旋转，这样使第一个螺旋送料器110以一个预定的转数来传送粉末，并使第一个闸板门108打开，因此，原材料开始流动。这时，根据目标重量和螺旋送料器110的流量特性，用模糊控制器160计算出第一螺旋送料器110的转数。然后，第一储料漏斗102中的原材料开始输送到称重漏斗104中。称重漏斗104上的测力传感器进行称重，它检测传送来的原材料的重量，并且将测量值反馈给称重控制器154。

称重控制器154的过滤部分158根据目标重量偏差，以及反馈回来的供料粉末称重值偏差的时间变化量来执行操作。它根据由低通滤波器所过滤过的这些量来计算出一个值。

在这个计算出值的基础上，根据几个模糊规则，前述的模糊控制器160可以完成推理的操作，它可以计算出在下一控制周期中，螺旋送料器110为了具有合适的流速应有的转数。

在开始称重之后，随着称重偏差变小，螺旋送料器110的旋转数减少，直到它达到非常小的流速。称重偏差及偏差的时间变化量也变小。当称重偏差下降到低于一个确定值时，第一个闸板门108完全关闭。在这时，流速很小，流入量也很小。结果，在停止称重之后，流入称重漏斗的粉末量很小，这样，不依赖于流速的变化，称重精度得到改善。此外，图18中给出了具有一般流量特性的结果。螺旋送料器110在其允许的旋转速度范围的10％以下有一个死区。在模糊推理操作中可以认为该死区为零。因此，既使螺旋送料器存在着无规律旋转，或机械间隙，间隙的有害影响都被这个死区所吸收了。因此，模糊控制和高精度称重成为可能。而且，流量调节器的功能将根据目标重量和过程系统而变化，用相同的称重设备进行称重时，可以不考虑目标重量的大小。因此，称重范围被扩大了。在称重过程中，前述的流量调节器的操作特性也将发生变化，这样，不考虑目标重量的大小可以在几个几乎相等的短时间内进行称重测量。根据产品类型的构成情况来看，上述操作方法是有效的。当一产品型的全部所需物质被称重之后，该过程就转换到下一个操作，把粉末输送到放在下游处的一个制备罐中。

这个制备罐168可以移动，并且使它的连接件与管路连接件172的下部连接在一起。在这种连接完成后，称重漏斗104的底部阀124由输送控制设备控制并且打开，把粉末通过管路连接件172传输到制备罐168中。

在图16中，测力传感器114放置于称重漏斗104上。称重漏斗104的移动设备也是独立/运动型的，移动设备是在所需位置称重的一种形式，移动设备也是用无人操作载体进行运动的。而且，在每个连接位置进行焊接都是必需的，例如，几个位置传感器，等等，都是以电连接方式相连接的。

当在称重漏斗104中加入一个旋转叶片，它承担混合功能，并作为制备罐的定位装置，这样将使系统更加有效。

在前述的实施例中，作为一个称重设备举例给出了一个测力传感器114，如果使用另一种罐称重检测器也是相同的。

移动设备可以无入操作进行运载，它载起称重漏斗104在两个测点之间运行，或者可以在称重漏斗104上加几个轮子。

由于使用本发明的粉末称重混合机，粉末称重混合机可以从多个粉末供给漏斗累积称重各种粉末，在一个接收漏斗中接收这些粉末，并且在其中混合它们。称重控制装置中配有转换设备，它们闭环方式进行控制操作，其中根据各种供给粉末的目标重量，利用模糊推理，由称重控制装置改变流过各种流量调节器的流量。每个粉末供料漏斗带有与粉末供给管路相串联的流量调节器。把从供料漏斗来的供给粉末的称重设备置于接收漏斗的旁边。本发明的另一个特征是具有接收容器的可移动设备。在本发明控制设备的系统中，既使在较宽的称重范围内，也有可能在短时间内并且快速地完成称重测量。由于干扰和粉末的物理性质上的变化，甚至有大块的组成部分时，流速发生变化，对称重的精度也不会产生什么影响。由于减少了称重设备元件，组成部分简化了，从而增加了生产能力。靠大规模制备的方法，可以有效地减少原材料的损耗，提高产品的质量。因此，原始投资，维护费用和操作费用都可以减少，并且增加了可靠性。

Claims (6)

1.一种粉末称重方法，由下列步骤组成：

设置所测量粉末的目标重量；

用一个流量调节器调节由送料容器输送到接收容器粉末的流速；

测量输送到所说接收容器中的粉末重量；

确定在所说的测量重量与所说的目标重量之间的偏差；

确定所述偏差的时间变化量；

根据所说偏差及所说的偏差的时间变化量，使用模糊推理得出在下一个控制周期中所希望的粉末流速；以及

在所说下一个控制周期中，对应于所希望流速再次调整流速，并且重复所说的测量步骤，所说的两个确定值步骤，及所说的执行步骤；

在所说的流量调节器中有一个死区，在该死区内，所说的调节器的初始运动产生了基本为零的流速，而且在使用模糊推理的过程中所说的死区也与零流速有关。

2.一个粉末称重方法，由下列步骤组成：

设置所测粉末的目标重量；

用流量调节器来调节由供料容器输送到接收容器的所说粉末的流速；

测量输送到所说接收容器内的粉末重量；

将测量到重量输入到低通滤波器中进行处理；

确定经过所说低通滤波器处理的测量重量与目标重量之间的偏差；

确定所说的偏差的时间变化量；

根据所说偏差及时间变化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速；以及，

在所说的下一次控制周期中，相应于所希望的流速再次调节流速，并且重复测量步骤，两个确定数值的步骤，及执行步骤。

3.一种粉末称重方法，由下列步骤组成：

设置所测粉末的目标重量；

用流量调节器来调节由供料容器输送到接收容器的所说粉末的流速；

测量输送到所说接收容器内的粉末重量；

确定在测得量与目标重量之间的偏差；

确定所说偏差的时间变化量；

根据所说偏差及时间变化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速，将用在模糊推理中所说的偏差及偏差的时间变化量的从属度函数划分成有更小间隔的几个组，以使偏差和时间变化量的值更小；

在所说的下一个控制周期中，相应于所希望的流速，再次重复所说的测量步骤，所说的两个确定值步骤及执行步骤。

4.如权利要求3所述的粉末称重方法，其中对于每个所说的从属度函数至少某些间隔在半对数座标轴上为等间隔。

5.一种粉末称重方法，由下列步骤组成：

设置所测粉末的目标重量；

通过流量调节器来调节由送料容器输送到接收容器的粉末流速；

测量输送到所说接收容器中的粉末重量；

确定测量重量与目标重量之间的偏差；

确定所说的偏差的时间变化量；

根据所说的偏差及所说的时间变化量，使用模糊推理得出下一次控制周期中所希望的流速；以及

在所说的下一次控制周期中，根据所希望的流速，再次调整流速，并且重复所说的测量步骤，所说的两个确定步骤，及所说的执行步骤；

根据流量调节器的流量特性和目标重量，利用模糊推理来确定通过流量调节器的初始调整过的流速，所说的目标重量的从属度函数有取决于目标重量的多级形式。

6.一种粉末测量混合装置，包括：

多个供料容器；

多个附加在所说各个供料容器出口处的流量调节器；

多个附加在所说的流量调节器的各个输出端的供料管路；

一个在所说的多个供料管路之间可移动的接收容器，该接收容器收集经过多个流量调节器的粉末；

测量装置，它用于测量出不论来自那个供料管路进入到接收容器内的粉末重量；

确定装置，它用于测定在测量重量与目标重量之间的偏差，以及偏差的时间变化量；

控制装置，它根据所说的偏差及偏差的时间变化量，按照模糊推理进行操作，得出下一次控制周期中控制装置的所希望的流速；以及

转换装置，它用于转换控制装置的一个输出量，以选择使用所说的流量调节器中的一个。

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