CN104931719A - 一种测速与计量装置及使用该装置的混合系统、混合方法 - Google Patents

Abstract

一种测速与计量装置，包括同步脉冲盘、计量泵、测速传感器和控制器。同步脉冲盘为圆盘状，固定在需要测速的计量泵的泵轴上，由圆盘中心向外周辐射设置有等距排列的多个齿条；测速传感器对同步脉冲盘进行测速，根据同步脉冲盘上设置的齿条和空隙，产生脉冲信号；控制器实时接收来自测速传感器的脉冲信号，同时记录接收时间，根据工艺要求得到计量泵完成总排量所需的脉冲数，对计量泵的出料阀控制。本发明还提供使用上述装置的混合系统、混合方法。本发明通过脉冲数对计量泵的输出进行控制、具有测速精度高、重量控制精度高、稳定度高、操作简单、成本低、安装容易、自动化程度高等优点。

Description

一种测速与计量装置及使用该装置的混合系统、混合方法

技术领域

本发明涉及一种利用单路脉冲反馈的测速与计量装置及使用该装置的混合系统、混合方法，尤其适用于聚氨酯设备领域。

背景技术

在聚氨酯制品工艺中，需要将多种不同的组料按照要求的配比进行混合，分别将每种组料注入到混合容器后，继续后续的工序。对各组料的计量越准确，产品(鞋)的各项性能指标越优良。

一直以来，聚氨酯设备用来测速的方式不是用昂贵的编码器就是用简单的脉冲方式。前者虽能测得比较精确的数据，但所使用的编码器价格很高，而且装配门槛极高，一旦疏忽就会损坏昂贵的编码器造成很大损失。后者使用简单电感类传感器甚至机械类开关来捕捉脉冲信号，经过简单的运算得出数据，这种方法不仅精度差、稳定度差，而且在转速稍高的情况下会少捕或捕捉不到脉冲信号，造成很大的控制失误，已经远远不能满足现在的要求。

现有的计量泵计量控制的方式都是用时间来进行计量控制，一旦计量泵转速发生改变，就需要重新进行取样校正，既不方便操作、计量控制精度又得不到很好的保证。

如果使用流量计计量，在一些如鞋类、化工、医药等需要高精度计量控制的行业，就必须使用价格非常昂贵的进口流量计，大大增加了生产成本，而且一些计量对象介质也不适用流量计，在技术日新月异的现在制约了高技术设备的推广与使用。

使用上述技术进行测速及计量，存在着诸多不足，用此类技术生产的鞋类产品性能质量往往达不到要求。甚至连国外的鞋机生产商如德斯玛，还在使用人工调整混合比例，计量用时间来控制的方法已远远不符合现今技术趋势的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用单路脉冲反馈的测速与计量装置，利用计量泵，通过对电机驱动轴的精确测速，对组料进行高精度计量，特别适用于聚氨酯设备。所述计量装置包括同步脉冲盘、计量泵、测速传感器和控制器，其中，同步脉冲盘为圆盘状，由圆盘中心向外周辐射设置有等距排列的多个齿条，将脉冲盘N等分，各齿条之间形成有空隙，同步脉冲盘通过位于其中心的轴固定在需要测速的计量泵的泵轴上，与泵轴保持同步转动；测速传感器对同步脉冲盘进行测速，根据同步脉冲盘上设置的齿条和空隙，同步脉冲盘每转动一周可以产生N个脉冲信号；控制器实时接收来自测速传感器的脉冲信号，同时记录接收时间，计算计量泵泵轴的每分钟转数，进而根据计量泵的一周排量和当前需要完成的总排量，确定泵轴的旋转周数，并得到完成总排量所需的脉冲数，对计量泵的出料阀控制，当达到所需脉冲数时使出料阀立即关闭。

特别的，所述计量装置尤其适用于聚氨酯设备的混合的各组料的计量，由电机驱动计量泵的泵轴转动。

优选的，测速传感器采用光电耦合器，将同步脉冲盘的外周插入到光电耦合器的测量凹槽内。

此外，同步脉冲盘由薄钢板冲压而成，特别适用于聚氨酯设备中。

本发明还提供一种多组料的混合系统，使用多个上述测速与计量装置分别对每种组料进行计量后，再进行混合。

本发明还提供一种用于上述混合系统的混合方法，包括以下步骤：

步骤一，在需要混合的多种组料中选择一种基准组料；

步骤二，根据混合的基准组料的重量和基准组料计量泵的以克为单位的每圈的排量PB，得到所需基准组料计量泵运行的脉冲等份数量MB；

步骤三，在基准组分计量泵以转／每分钟为单位的转速UB确定的情况下，按照设定的基准组料与其他某一组料的比例BS，设定该其他某一计量泵以转／每分钟为单位的转速UA如下：

UA=[(PB*U B)／BS]／PA；

步骤四，按照步骤三确定其他组料计量泵以转／每分钟为单位的转速；

步骤五，根据混合的该某一组料重量和该某一组料组料同步脉冲盘的等分数量取得的脉冲数，控制该某一组料计量泵的出料阀，达到相应脉冲数时使之立即关闭。

特别的，当需要混合的组料为两种时，在步骤二中，根据混合后以克为单位的两种组料的目标重量R、设定的基准组料与另一组料相比的混合比例BS、基准组料计量泵的以克为单位的每圈的排量PB，可以得到所需基准组料计量泵运行的脉冲等份数量MB为：

MB=R*100／[PB*(BS+1)／BS]。

此外，在混料过程中，根据各组料计量泵的排量和计量泵实际转速，

此外，在混料过程中，根据各组料计量泵的排量和计量泵实际转速，可以确定各组料的实时比例，对其进行监控。

本发明的装置具有测速精度高、重量控制精度高、稳定度高、操作简单、成本低、安装容易、自动化程度高等优点。

附图说明

图1为本发明的利用单路脉冲反馈的测速与计量装置结构示意图；

图2为本发明的利用单路脉冲反馈的测速与计量装置的同步脉冲盘结构图。

1-电机  2-电机转轴  3-同步脉冲盘  4-测速传感器  5-计量泵

6-泵轴  7-齿条  8-同步脉冲盘轴孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在本发明的优选实施例中，用于聚氨酯设备的利用单路脉冲反馈的测速与计量装置包括同步脉冲盘3、计量泵5、测速传感器4和控制器(图中未示出)，电机1通过电机转轴2驱动计量泵5的泵轴6转动。

如图2所示，同步脉冲盘3为圆盘状，可用薄钢板冲压而成，由圆盘中心向外周辐射设置有等距排列的多个齿条7，在本优选实施例中为100个，将脉冲盘等分，各齿条7之间形成有空隙。同步脉冲盘3通过轴孔8固定在需要测速的计量泵5的泵轴6上，与其保持同步转动。

测速传感器4对同步脉冲盘3进行测速。测速传感器4可以采用光电耦合器(光电开关)，在合适位置安装测速传感器4，使脉冲盘3的外周插入光电耦合器的测量凹槽内，如图1所示，这样脉冲盘3旋转一周光电耦合器就可以捕捉到100个脉冲信号。

控制器实时接收来自测速传感器4的脉冲信号，同时记录每100个脉冲信号的接收时间，进而计算计量泵泵轴6的每分钟转速V(转／分钟)，公式如下：

V=S/Q

其中：S=60*1000*1000(微秒)

Q=转轴旋转一周的时间(微秒)

通过测试：将同步脉冲盘安装在伺服电机转轴上，转速从20转／每分钟到1000转／每分钟，分别进行对比实验，结果显示用这种新方法测得的转速与伺服电机控制器本身的转速基本一致，可以媲美伺服电机的转速精度，V可以精确到±0.1转／每分钟，如果控制装置的硬件性能高，还可以精确到小数点后两位数。

如上所述，在本发明的优选实施例中，可以把计量泵5的泵轴旋转一周细分成100个等份，如一周排量为10克的计量泵运行一个脉冲等份，就是10／100=0.1克。

控制器实时接收来自测速传感器4的脉冲信号，同时记录接收时间，计算计量泵泵轴的每分钟转数，进而根据计量泵的一周排量和当前需要完成的总排量，确定泵轴的旋转周数，并得到完成总排量所需的脉冲数，控制计量泵的出料阀，达到所需脉冲数时使出料阀立即关闭。

当生产工艺中需要混合两种组料——A组料与B组料时，分别采用如图1所示的两个测速计量装置计量物料，进行混合，可采用如下算法进行

首先，根据混合后以克为单位的两种组料的目标重量R、设定的B组料与A组料相比的混合比例BS、B组料计量泵的以克为单位的每圈的排量PB，可以得到所需B组料计量泵运行的脉冲等份数量(既脉冲数)MB为：

MB=R*100／[PB*(BS+1)／BS]o

其次，在B组计量泵以转／每分钟为单位的转速UB确定的情况下，按照设定的B组料与A组料的比例BS，设定A组计量泵以转／每分钟为单位的转速UA，自动跟踪B组计量泵，如下：

UA=[(PB*UB)／BS]／PA。

最后，根据A组料重量和A组料同步脉冲盘的等分数量取得的脉冲数，控制A组计量泵的出料阀，达到相应脉冲数时使之立即关闭，能得到非常好的混合料重量控制精度。

用这种方法可以在B组计量泵转速确定的情况下，A组料的测速计量装置按设定的比例自动跟踪，或在比例已经确定的情况下按B组计量泵的转速自动跟踪，A组料计量泵出料阀与B组料计量泵出料阀同时开闭，最终出来的混合料重量精度可以达到±0.3％以内。

此外，在混料过程中，可以实时监测B组料与A组料的实时比例B，根据A组料计量泵的排量PA、B组料计量泵的排量PB、A组料计量泵实际转速VA和B组料计量泵实际转速VB，可以确定B组料与A组料的实时比例B：

B=(PB*VB)／(PA*VA)。

B组料与A组料的实时比例B与B组料与A组料相比的混合比例BS越接近，计量精度越高。

经测试，先在从20-300转／分钟的各个转速值上，分别排出单个计量越接近，计量精度越高。

经测试，先在从20-300转／分钟的各个转速值上，分别排出单个计量泵的一转排量，用天平秤秤出重量(测试计量泵每转的流量线性)然后输入系统确定计量泵排量，再设定比例、转速、混合料重量等数据，按不同转速不同比例进行混合排料，再与设定的混合料重量对比，结果完全达到±0.3％的重量精度控制要求。

本发明的优选实施例用于聚氨酯设备领域的组料混合，但本领域技术人员应道知道，在其他领域同样适用本发明。

本发明的优选实施例是以两种组料混合为例进行说明的，但本领域技术人员应当知道，在需要多种组料混合的情况下，可以利用多个测速计量装置，以其中一个组料为基准，如本发明优选实施例中采用的B组料，根据其他组料与基准组料的比例关系，采用如上算法得到各组料所对应的脉冲数，对计量泵的出料阀进行控制，同样可以到达高精度控制的要求。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种利用单路脉冲反馈的测速与计量装置，其特征在于：包括同步脉冲盘、计量泵、测速传感器和控制器，

同步脉冲盘为圆盘状，由圆盘中心向外周辐射设置有等距排列的多个齿条，将脉冲盘N等分，各齿条之间形成有空隙，同步脉冲盘通过位于其中心的轴固定在需要测速的计量泵的泵轴上，与泵轴保持同步转动；

测速传感器对同步脉冲盘进行测速，根据同步脉冲盘上设置的齿条和空隙，同步脉冲盘每转动一周可以产生N个脉冲信号；

控制器实时接收来自测速传感器的脉冲信号，同时记录接收时间，计算计量泵泵轴的每分钟转数，进而根据计量泵的一周排量和当前需要完成的总排量，确定泵轴的旋转周数，并得到完成总排量所需的脉冲数，对计量泵的出料阀控制，当达到所需脉冲数时使出料阀立即关闭。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：由电机驱动计量泵的泵轴转动。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：测速传感器采用光电耦合器，将同步脉冲盘的外周插入到光电耦合器的测量凹槽内。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：同步脉冲盘由薄钢板冲压而成。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置应用于聚氨酯设备中o

6.一种多组料的混合系统，其特征在于：使用多个如权利要求1-5之一所述的测速与计量装置分别对每种组料进行计量后，再进行混合。

7.用于权利要求6的混合系统的混合方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，在需要混合的多种组料中选择一种基准组料；

步骤二，根据混合的基准组料的重量和基准组料计量泵的以克为单位的每圈的排量PB，得到所需基准组料计量泵运行的脉冲等份数量MB；

步骤三，在基准组分计量泵以转／每分钟为单位的转速UB确定的情况下，按照设定的基准组料与其他某一组料的比例BS，设定该其他某一计量泵以转／每分钟为单位的转速UA如下：

UA=[(PB*UB)／BS]／PA；

步骤四，按照步骤三确定其他组料计量泵以转／每分钟为单位的转速；

步骤五，根据混合的该某一组料重量和该某一组料组料同步脉冲盘的等分数量取得的脉冲数，控制该某一组料计量泵的出料阀，达到相应脉冲数时使之立即关闭o

8.如权利要求7的混合方法，其特征在于：需要混合的组料为两种，

在步骤二中，

根据混合后以克为单位的两种组料的目标重量R、设定的基准组料与另一组料相比的混合比例BS、基准组料计量泵的以克为单位的每圈的排量PB，可以得到所需基准组料计量泵运行的脉冲等份数量MB为：

MB=R*100／[PB*(BS+1)／BS]。

9.如权利要求7或8所述的混合系统的混合方法，其特征在于：在混料过程中，根据各组料计量泵的排量和计量泵实际转速，可以确定各组料的实时比例，对其进行监控。