CN114414011B - 用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋 - Google Patents

用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋，所述用于计量螺旋的控制方法包括：对针对所述计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化；根据所述精秤流量整定值、所述精秤流量记录值、所述计量误差记录值和所述精称流量整定间隔对所述计量螺旋进行精秤流量自整定，以得到所述计量螺旋的精秤流量的目标整定值；以及根据所述目标整定值对所述计量螺旋进行流量闭环控制。本发明实施例可以自动匹配最佳精秤流量整定值，提高计量精度，实时调整计量螺旋的频率，保持流量稳定，解决落差波动带来的计量误差，保证产品生产质量，避免因计量原因导致的经济损失。

Description

用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋
技术领域
本发明涉及计量控制技术领域，具体地涉及一种用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋。
背景技术
目前螺旋机计量一般采用基于重量控制算法的变频控制，通过在称重反馈值到达精确计量范围时切换计量螺旋低速频率进行计量控制，频率固定，开环控制，流量落差不稳定，容易引起落差波动，从而使计量产生误差。计量开始，计量螺旋以高速频率运行，当称重传感器反馈值到达精确计量范围时，计量螺旋切换至低速频率运行，计量螺旋频率降低，流量减小，计量落差减小，当称重传感器反馈值达到称重计量设定值时，计量结束。但目前计量螺旋精确计量基于固定低速频率，无法动态跟踪计量落差变化，从而使计量落差波动；另外，螺旋计量开环控制，计量精确度无法达到稳定的效果。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于计量螺旋的控制方法及装置、控制器和计量螺旋，解决目前计量螺旋精确计量基于固定低速频率，无法动态跟踪计量落差变化，从而使计量落差波动，以及螺旋计量开环控制，计量精确度无法达到稳定的效果的前述技术问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于计量螺旋的控制方法，包括：对针对计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化；根据精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔对计量螺旋进行精秤流量自整定，以得到计量螺旋的精秤流量的目标整定值；以及根据目标整定值对计量螺旋进行流量闭环控制。
在本发明实施例中，对针对计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化包括：确定计量螺旋在额定频率下的流量换算值；将精秤流量整定值和精秤流量记录值初始化为流量换算值；将计量误差记录值初始化为100％；以及将精称流量整定间隔初始化为流量换算值与预设系数的乘积。
在本发明实施例中，流量换算值被定义为：Q＝900πD2φλεSf/p；其中，Q为流量换算值，D为计量螺旋的叶片直径，f为计量螺旋的频率，φ为物料填充系数，λ为物料单位容积质量，ε为计量螺旋的倾斜输送系数，S为计量螺旋的螺距，p为计量螺旋的电机旋转磁极对数。
在本发明实施例中，精秤流量自整定的一次整定过程包括：根据精秤流量整定值对计量螺旋的进行流量闭环控制；确定流量闭环控制结束时的计量误差是否小于计量误差记录值；在计量误差小于计量误差记录值的情况下，更新精秤流量记录值为精秤流量整定值，以及更新计量误差记录值为计量误差；确定精秤流量整定值与精称流量整定间隔的差值是否大于0；在差值大于0的情况下，更新精秤流量整定值为差值，并进行下一次整定过程；以及在差值不大于0的情况下，将精秤流量记录值作为目标整定值，并结束精秤流量自整定。
在本发明实施例中，计量误差被定义为：C＝|A-B|/A×100％；其中，C为计量误差，A为精秤流量整定值与一次整定过程中的流量闭环控制的持续时间的乘积，B为一次整定过程中的流量闭环控制结束时计量的物料的质量。
在本发明实施例中，根据精秤流量整定值对计量螺旋进行流量闭环控制包括：实时确定流量闭环控制的持续时间是否小于预设控制时间；在确定持续时间不小于预设控制时间的情况下，结束流量闭环控制；在确定持续时间小于预设控制时间的情况下，获取计量螺旋的流量；确定目标整定值与流量之间的差值；确定差值与目标整定值之间的比值；在比值在预设比值范围内的情况下，结束流量闭环控制；在比值不在预设比值范围内的情况下，根据差值和PID算法确定目标调整频率；以及根据目标调整频率控制计量螺旋的频率。
在本发明实施例中，根据目标整定值对计量螺旋进行流量闭环控制包括：实时获取计量螺旋的流量；确定目标整定值与流量之间的差值；在差值不为0的情况下，根据差值和PID算法确定目标调整频率；以及根据目标调整频率控制计量螺旋的频率。
本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例用于计量螺旋的控制方法。
本发明第三方面提供一种用于计量螺旋的控制装置，包括：粉料流量计，被配置成检测计量螺旋的流量；变频器，被配置成控制计量螺旋的频率；以及前述实施例的控制器。
本发明第四方面提供一种计量螺旋，包括：称重传感器，被配置成计量物料的质量；以及前述实施例的用于计量螺旋的控制装置。
本发明前述实施例通过精秤流量自整定，可以自动匹配最佳精秤流量整定值，从而大大提高计量精度，通过流量闭环控制，实时调整计量螺旋的频率，保持流量稳定，可以从根本上解决落差波动带来的计量误差，计量精准可以进一步保证产品生产质量，避免因计量原因导致的经济损失。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例的用于计量螺旋的控制方法100的流程示意图；
图2是本发明实施例的用于计量螺旋的控制装置200的结构示意图；
图3是本发明实施例的计量螺旋300的结构示意图；
图4是本发明示例的精称流量自整定的流程示意图；以及
图5是本发明示例的流量闭环控制的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明，若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示，在本发明实施例中，提供一种用于计量螺旋的控制方法100，包括以下步骤：
步骤S110：对针对计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化。
步骤S130：根据精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔对计量螺旋进行精秤流量自整定，以得到计量螺旋的精秤流量的目标整定值。以及
步骤S150：根据目标整定值对计量螺旋进行流量闭环控制。
具体地，对针对计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化，也即步骤S110例如包括：
(a1)确定计量螺旋在额定频率下的流量换算值。
(a2)将精秤流量整定值和精秤流量记录值初始化为流量换算值。
(a3)将计量误差记录值初始化为100％。以及
(a4)将精称流量整定间隔初始化为流量换算值与预设系数的乘积。
具体地，流量换算值例如被定义为：Q＝900πD2φλεSf/p。其中，Q为流量换算值，D为计量螺旋的叶片直径，f为计量螺旋的频率，φ为物料填充系数，λ为物料单位容积质量，ε为计量螺旋的倾斜输送系数，S为计量螺旋的螺距，p为计量螺旋的电机旋转磁极对数。
具体地，预设系数的取值范围例如为1％至5％。
具体地，精秤流量自整定的一次整定过程例如包括：
(b1)根据精秤流量整定值对计量螺旋的进行流量闭环控制。
(b2)确定流量闭环控制结束时的计量误差是否小于计量误差记录值。
(b3)在计量误差小于计量误差记录值的情况下，更新精秤流量记录值为精秤流量整定值，以及更新计量误差记录值为计量误差。
(b4)确定精秤流量整定值与精称流量整定间隔的差值是否大于0。
(b5)在差值大于0的情况下，更新精秤流量整定值为差值，并进行下一次整定过程。以及
(b6)在差值不大于0的情况下，将精秤流量记录值作为目标整定值，并结束精秤流量自整定。
具体地，计量误差例如被定义为：C＝|A-B|/A×100％。其中，C为计量误差，A为精秤流量整定值与一次整定过程中的流量闭环控制的持续时间的乘积，B为一次整定过程中的流量闭环控制结束时计量的物料的质量。
具体地，根据目标整定值对计量螺旋进行流量闭环控制，也即步骤S150例如包括：
(c1)实时获取计量螺旋的流量。
(c2)确定目标整定值与流量之间的差值。
(c3)在差值不为0的情况下，根据差值和PID算法确定目标调整频率。
以及
(c4)根据目标调整频率控制计量螺旋的频率。
根据精秤流量整定值对计量螺旋进行流量闭环控制，也即(b1)包括：
(b11)实时确定流量闭环控制的持续时间是否小于预设控制时间。
(b12)在确定持续时间不小于预设控制时间的情况下，结束流量闭环控制。
(b13)在确定持续时间小于预设控制时间的情况下，获取计量螺旋的流量。
(b14)确定目标整定值与流量之间的差值。
(b15)确定差值与目标整定值之间的比值。
(b16)在比值在预设比值范围内的情况下，结束流量闭环控制。以及
(b17)在比值不在预设比值范围内的情况下，根据差值和PID算法确定目标调整频率。以及
(b18)根据目标调整频率控制计量螺旋的频率。
具体地，预设控制时间的取值范围例如为3分钟至5分钟。
具体地，预设比值范围例如为-5％至5％。
另外值得一提的是，本发明实施例中涉及PID算法的部分还可以采用更高阶算法例如模糊控制算法替代，也即并不局限于PID算法。
在本发明实施例中，提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于计量螺旋的控制方法100。其中，用于计量螺旋的控制方法100的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
具体地，控制器例如可为工控机、嵌入式系统、微处理器、可编程逻辑器件等控制设备。
如图2所示，在本发明实施例中，提供一种用于计量螺旋的控制装置200，包括：粉料流量计210、控制器230和变频器250。
粉料流量计210例如被配置成检测计量螺旋的流量。
控制器230例如为根据任意一项前述实施例的控制器。其中，控制器230的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
变频器250例如被配置成控制计量螺旋的频率。
在本发明实施例中，提供一种计量螺旋300，包括：称重传感器310和控制装置330。
其中，称重传感器310例如被配置成计量物料的质量。
控制装置330例如为根据任意一项前述实施例的用于计量螺旋的控制装置200。其中，用于计量螺旋的控制装置200的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
下面以用于计量螺旋的控制方法100用于干混砂浆的精确计量范围的计量情况为例来说明本发明实施例的用于计量螺旋的控制方法100的工作过程，当然，本发明实施例的用于计量螺旋的控制方法100并不局限于精确计量范围时的物料计量，物料也不局限于干混砂浆，其可以用于物料计量的任何阶段以及适用于任何合适的粉料型物料。具体示例内容如下：
当计量螺旋达到精确计量范围如目标计量质量如500kg的干粉砂浆最后10％质量的计量时，根据精秤流量自整定得到的精秤流量的目标整定值设定流量闭环控制中流量整定值，通过PID算法控制，保持计量过程中流量的稳定，从而消除计量落差波动，实现高精度的稳定计量。主要涉及精秤流量自整定、流量闭环控制两个方面的内容。
1、精秤流量自整定
如图4所示，精秤流量自整定开始，首先进行整定初始化，以计量螺旋在额定频率下的流量换算值作为精秤流量整定值Qn和精秤流量记录值Q两者的初始值，将计量误差记录值δ初始化为100％，将精称流量整定间隔Δ初始化为计量螺旋在额定频率下的流量换算值与预设系数如3％的乘积。
首次整定以精秤流量整定值Qn的初始值进行流量闭环控制，计算控制过程结束时的计量误差ξ，并将计量误差ξ与上一次整定结束时的计量误差记录值δ比较。若计量误差ξ大于或者等于上一次整定结束时的计量误差记录值δ，则精秤流量记录值Q保持上一次整定结束时的精秤流量记录值不变，计量误差记录值δ保持上一次整定结束时的计量误差记录值不变。若计量误差ξ小于上一次整定结束时的计量误差记录值δ，则精秤流量记录值Q更新为精秤流量整定值Qn，同时更新计量误差记录值δ为计算控制过程结束时的计量误差ξ。精秤流量整定值Qn-精秤流量整定间隔Δ作为下一次整定的精秤流量整定值Qn+1进行整定，n为整定次数，精秤流量整定间隔Δ尽可能小，以保证通过精秤流量自整定最终得到的精秤流量的目标整定值也即精秤流量自整定结束时得到的精秤流量记录值Q的精确性。当精秤流量值Qn+1<＝0时，结束精秤流量自整定过程，精秤流量记录值Q作为精秤流量的目标整定值，也即流量闭环控制中的流量整定值。
对于同一种物料和同一种计量螺旋也可以仅在给料开始阶段或在给料前校准时进行精秤流量自整定，也即对于同一种物料同一种计量螺旋可只进行一次精秤流量自整定，获取精秤流量的目标整定值之后，可直接在后续需要对同一种物料使用同一种计量螺旋给料时根据该目标整定值进行流量闭环控制。
2、流量闭环控制
如图5所示，精秤流量自整定后的流量闭环控制以目标整定值作为流量闭环控制的流量整定值PV，以此作为PID算法的控制目标值，将计量螺旋作为控制对象，经过与实时测量得到的计量螺旋的流量SV进行比较，计算流量差值e(t)，通过PID算法输出计量螺旋的目标调整频率u(t)，根据目标调整频率u(t)通过变频器控制计量螺旋的频率进而控制计量螺旋的转速n，之后重新测量计量螺旋的实时流量并通过负反馈继续与流量整定值PV进行比较重复上述流程，直至流量整定值PV与实时测量得到的计量螺旋的流量SV一致。
PID算法的公式被定义为：
其中，KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，e(t)为偏差，u(t)为控制量也即计量螺旋的频率。
对于精秤流量自整定过程中的每一次流量闭环控制与精秤流量自整定后的流量闭环控制的区别在于流量整定值PV的取值为精秤流量整定值Qn，以及精秤流量自整定过程中的流量闭环控制的控制目标是目标整定值与实时流量之间的差值与目标整定值之间的比值在预设比值范围内或者本次流量闭环控制的持续时间达到预设控制时间即结束本次流量闭环控制过程。详细区别之处可参见前述用于计量螺旋的控制方法100中的相关描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例通过精秤流量自整定，可以自动匹配最小计量误差下的最佳精秤流量整定值，从而大大提高计量精度，通过流量闭环控制使得计量螺旋运行频率跟踪流量值偏差实时调整，可以保持流量稳定，避免落差波动引起的计量误差，计量精准可以进一步保证产品生产质量，避免因计量原因导致的经济损失。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种用于计量螺旋的控制方法，其特征在于，包括：
对针对所述计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化；
根据所述精秤流量整定值、所述精秤流量记录值、所述计量误差记录值和所述精称流量整定间隔对所述计量螺旋进行精秤流量自整定，以得到所述计量螺旋的精秤流量的目标整定值；以及
根据所述目标整定值对所述计量螺旋进行流量闭环控制；
所述对针对所述计量螺旋的精秤流量自整定的精秤流量整定值、精秤流量记录值、计量误差记录值和精称流量整定间隔进行初始化包括：
确定所述计量螺旋在额定频率下的流量换算值，其中，所述流量换算值被定义为：
；
其中，Q为所述流量换算值，D为计量螺旋的叶片直径，f为计量螺旋的频率，φ为物料填充系数，λ为物料单位容积质量，ε为计量螺旋的倾斜输送系数，S为计量螺旋的螺距，p为计量螺旋的电机旋转磁极对数；
将所述精秤流量整定值和所述精秤流量记录值初始化为所述流量换算值；
将所述计量误差记录值初始化为100%；以及
将所述精称流量整定间隔初始化为所述流量换算值与预设系数的乘积；
所述精秤流量自整定的一次整定过程包括：
根据所述精秤流量整定值对所述计量螺旋的进行流量闭环控制；
确定所述流量闭环控制结束时的计量误差是否小于所述计量误差记录值，其中，所述计量误差被定义为：
；
其中，C为所述计量误差，A为所述精秤流量整定值与所述一次整定过程中的流量闭环控制的持续时间的乘积，B为所述一次整定过程中的流量闭环控制结束时计量的物料的质量；
在所述计量误差小于所述计量误差记录值的情况下，更新所述精秤流量记录值为所述精秤流量整定值，以及更新所述计量误差记录值为所述计量误差；
确定所述精秤流量整定值与所述精称流量整定间隔的差值是否大于0；
在所述差值大于0的情况下，更新所述精秤流量整定值为所述差值，并进行下一次整定过程；以及
在所述差值不大于0的情况下，将所述精秤流量记录值作为所述目标整定值，并结束所述精秤流量自整定；
所述根据所述目标整定值对所述计量螺旋进行流量闭环控制包括：
实时获取所述计量螺旋的流量；
确定所述目标整定值与所述流量之间的差值；
在所述差值不为0的情况下，根据所述差值和PID算法确定目标调整频率；以及
根据所述目标调整频率控制所述计量螺旋的频率。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述精秤流量整定值对所述计量螺旋进行流量闭环控制包括：
实时确定所述流量闭环控制的持续时间是否小于预设控制时间；
在确定所述持续时间不小于所述预设控制时间的情况下，结束所述流量闭环控制；
在确定所述持续时间小于所述预设控制时间的情况下，获取所述计量螺旋的流量；
确定所述目标整定值与所述流量之间的差值；
确定所述差值与所述目标整定值之间的比值；
在所述比值在预设比值范围内的情况下，结束所述流量闭环控制；
在所述比值不在所述预设比值范围内的情况下，根据所述差值和PID算法确定目标调整频率；以及
根据所述目标调整频率控制所述计量螺旋的频率。
3.一种控制器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至2中任意一项所述用于计量螺旋的控制方法。
4.一种用于计量螺旋的控制装置，其特征在于，包括：
粉料流量计，被配置成检测所述计量螺旋的流量；
变频器，被配置成控制所述计量螺旋的频率；以及
根据权利要求3所述的控制器。
5.一种计量螺旋，其特征在于，包括：
称重传感器，被配置成计量物料的质量；以及
根据权利要求4所述的用于计量螺旋的控制装置。
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