JP2011179859A - 高精度粉粒体定量供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】粉粒体の精密な切り出しができるようにする。
【解決手段】ロスインテーブルフィーダ１０と、その下方に設けた電磁力平衡式荷重センサを用いた秤量コンベヤ１１間にシュート１２を配置する。そして、前記秤量コンベヤ１１を定速で作動して、ロスインテーブルフィーダ１０から切り出される粉粒体を計量し、その計量に基づいて、ロスインテーブルフィーダ１０の切り出し速度を制御する。このように、ロスインテーブルフィーダ１０の速度を制御して切り出し量を適正になるように保つ。また、ロスインテーブルフィーダ１０の計量値で秤量コンベヤ１１の計量値を校正することにより、常に精度を保つことができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、粉粒体の定量供給を連続して精度良く行うことのできる高精度粉粒体定量供給システムに関するものである。

秤量コンベヤを使用して、粉粒体を定量供給する装置として、例えば、特許文献１に記載の定量供給装置がある。
この供給装置は、微粉炭などの比較的大きな粉体を定量供給するためのもので、図６に示すように、計量ホッパー１の上方に貯槽２を設け、前記貯槽２の排出口に供給フィーダ３を取り付けてある。一方、計量ホッパー１は、排出口に秤量コンベヤ４を設けた構造となっており、前記計量ホッパー１と秤量コンベヤ４とに、計量装置５、５´を設ける構成となっている。

この定量供給装置では、粉粒体が貯槽２から供給フィーダ３によって計量ホッパー１の上限値まで供給されると、供給フィーダ３が停止し、秤量コンベヤ４によって計量ホッパー１の粉粒体が切り出される。このとき、計量ホッパー１に設けた計量装置５の計量信号の変化に基づいて流量を演算し、演算した流量と予め設定された設定流量とを比較して、切り出し量が設定流量に近づくように秤量コンベヤ４のモータを制御する。
また、計量ホッパー１の重量が下限値に達すると、供給フィーダ３が作動して貯槽２から計量ホッパー１へ粉粒体の重量が上限値になるまで供給するとともに、秤量コンベヤ４に設けた計量装置５´の計量信号に基づいて切り出し量が設定流量に近づくように秤量コンベヤ４のモータを制御する。
そして、計量ホッパー１内の粉粒体の重量が上限値に達すると、供給フィーダ３を停止して、再び上述のように計量ホッパー１に設けた計量装置５の計量信号に基づいて、秤量コンベヤ４から切り出される粉粒体の流量が、設定流量に近づくように制御する（公報段落番号００４７参照）。

特開平９−５１５０号公報

しかしながら、上記の方法では、秤量コンベヤに設けた計量装置では、張力を含んだベルトの重さを測定してしまうため、グラム単位の測定には不向きである。そのため、精密な用途には使用できない問題がある。

そこで、この発明の課題は、例えば、グラム単位の精密な切り出しができるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、ロスインウェートフィーダの下方に電磁力平衡式荷重センサを用いた秤量コンベヤ配置し、前記秤量コンベヤを定速で作動し、その際、前記秤量コンベヤでロスインウェートフィーダ（ここではロスイン制御の機能は使用しない）から切り出される粉粒体を計量し、その計量した値が予め設定された切り出し量となるようにロスインウェートフィーダの切り出し量を制御する構成を採用したのである。

このような構成を採用することにより、供給機としてロスインウェートフィーダと秤量コンベヤとを組み合せて使用する。そして、前記秤量コンベヤを定速で作動し、上方のロスインウェートフィーダから秤量コンベヤ上へ切り出された粉粒体（原料）を秤量コンベヤがコンベヤごと常時計量する。このようにコンベヤごと計量するので、計量の際に、ベルトの張力の影響を無くすことができる。
このとき、秤量コンベヤに計量器として電子天秤などに使用する電磁力平衡式荷重センサを使用することにより、計量精度を向上させる。電磁力平衡式の秤は、位置検出器を用いて荷重と電磁力を釣り合わせて計量する方式である。
また、上記秤量コンベヤによる計量値と予め設定された切り出し量（例えば、単位時間当たり）との間に差が生じた場合は、ロスインウェートフィーダの速度を制御して切り出し量を適正になるように保つ。
また、ロスインウェートフィーダ内の粉粒体が減少して充填のため、前記フィーダ内の粉粒体の重量が増加しても、秤量コンベヤの計量に基づいて制御を行っているので、ロスインウェートフィーダへの充填に無関係に切り出しが行える。

このとき、上記ロスインウェートフィーダに計量手段を備え、前記計量手段でロスインウェートフィーダを計量して、一定時間ごとに秤量コンベヤの計量時のゼロ点を補正するという構成を採用する。

このような構成を採用することにより、一定時間ごとに、上流のロスインウェートフィーダの計量と秤量コンベヤの計量値に差異が無いかを確認して、差異があるようなら、秤量コンベヤの計量器のゼロ点の差異を修正する。
すなわち、ロスインウェートフィーダは、短時間で見れば精度は悪いが、長時間で見れば精度は電磁力平衡センサを用いた場合と同等になる。したがって、秤量コンベヤの計量値がずれた際に、ロスインウェートフィーダの計量値を、例えば、長時間にわたり移動平均した値を正しい値（真の値）とし、これで補正を行えば、正しい計量を継続することができる。

また、このとき、ロスインウェートフィーダと秤量コンベヤ間にシュートまたは助走コンベヤあるいは振動フィーダを設けた構成を採用する。

このような構成を採用することにより、シュート、振動フィーダあるいは助走コンベヤは、ロスインウェートフィーダから切り出される粉粒体を一旦受けることで、粉粒体が切り出される秤量コンベヤが受けるショックを緩和して計量精度を向上する。

この発明は、上記のように構成することにより、計量精度の高い原料供給システムが提供できる。

実施形態のブロック図 ウェイトチェッカー計量部 実施形態の作用説明図 実施形態の計装図 実施例１のブロック図 従来例の作用説明図

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
この形態の高精度粉粒体供給システムは、例えば、薬品や電池材料などの粉粒体を精度良く定量供給するためのものである。
この高精度粉粒体供給システムは、図１に示すように、ロスインウェートフィーダ１０と、秤量コンベヤ１１間にシュート１２を設けたもので、前記秤量コンベヤ１１には、荷重計量用のコントローラ１３が接続された、所謂、「ウェイトチェッカー」と呼ばれるものである。また、前記コントローラ１３とロスインウェートフィーダ１０に、メイン制御装置１４を接続した構成となっている。

ロスインウェートフィーダ１０は、この形態では、テーブルフィーダを使用し（以後、ロスインテーブルフィーダ）、ロードセルによる計量手段１５を備えている。また、前記フィーダ１０は、メイン制御装置１４によりモータＶＭの回転をコントロールして切り出し量を調整するようになっている。
なお、この形態では、ロスインウェートフィーダにテーブルフィーダを使用したが、これに限定されるものではない。ロスイン式のフィーダであれば、振動フィーダ、スクリューフィーダなど、どのようなものでも良い。

秤量コンベヤ１１は、計量器に電磁力平衡式の秤を使用したもので、例えば、図２に示すように、コンベヤ１６と電子天秤１７が組み合わさったものである。

一般に、質量測定のセンサは、主要なものとして、ロードセル式と電磁力平衡式があり、後者の方が、精度が高く電子天秤に多用されている。
ここで、電磁力平衡式センサの原理は、図３のように、位置検出器１８を用いて荷重と電磁力を釣り合わせて、そのとき、コイルＣに流れる電流に基づいて計量する。
一方、ウェイトチェッカーとは、図２のように、計量物を一つずつコンベヤで搬送しながらコンベヤごと計量する。このとき、計量は、図１で示すような速度設定コントローラ１３ａと荷重計１３ｂとを備えた荷重計量用のコントローラ１３などが担当する。
すなわち、前記コントローラ１３が、コンベヤ上に計量物の載ったことをセンサで検出すると、その時に、その重さを計量する。通常この動作は、高速に連続して行われるものである。これを今回、粉粒体という連続態様のものに転用する。そのため、計量物の検出に換えて、定期的なパルス信号を荷重計量用のコントローラ１３に与えることで、その時の荷重を計量できるようにしてある。因みに、ウェイトチェッカーにおいても精度の高いものには、電磁力平衡式のセンサが用いられる。

シュート１２は、前記フィーダ１０から秤量コンベヤ１１への粉粒体供給時のショックを緩和するために設けたもので、図１のように、シュート１２にバイブレータ１２´を備えて粉粒体を移送できるようにしてある。

メイン制御装置１４は、この形態では、指示調節計２０、演算器２１及び指示計２２で構成されている。
指示調節計２０は、図４のように、秤量コンベヤ１１の計量値に基づいて、前記フィーダ１０の切り出しを制御するために設けたもので、調節計（ＦＩＣ−３）３０によるＰＩＤ制御の機能及び、荷重の校正、質量流量、ランプ信号発生などの各種演算やプログラミング動作を行う制御演算部を備えている。
また、演算器２１は、後述のように、誤差比較（ＷＹ−４）３１を行うために設けたもので、後述するように測定値の補正制御を行う際に使用する。
指示計２２は、前記フィーダ１０の計量のために設けたもので、警報機能（ＷＩＡ−２）３２を備えている。また、後述の誤差比較する比較値を算出する基ともなっている。

このように構成される高精度粉粒体供給システムでは、指示計２２は、ロスインテーブルフィーダ１０を計量しており、計量状態に基づいて、図４のように、充填停止（ＨＨ）、設備起動条件（Ｌ以上）、充填開始（ＬＬ）の警報出力（ＷＩＡ−２）３２を出力する。
例えば、前記フィーダ１０の重量が充填条件（図の「切り出し１」の条件）の下限値に達すると、指示計の警報機能（ＷＩＡ−２）３２が「ＬＬ」の警報出力を発するので、前記フィーダ１０に粉粒体を充填する。

この充填は、人手でも良いが、前記警報出力（ＷＩＡ−２）３２で作動して粉粒体を充填する貯槽や充填装置を設けるようにしても良い。また、充填された粉粒体の重量が、上限値に達した場合は、「ＨＨ」の警報出力（ＷＩＡ−２）３２が発せられるので、充填を停止する。

ロスインテーブルフィーダ１０に収容されている粉粒体が、切り出しに十分な重量ならば、「Ｌ」の警報出力（ＷＩＡ−２）３２が発せられ、前記フィーダ１０の切り出しの起動条件が満たされる。
なお、「Ｌ」は、切り出しが開始されて直ぐに空にならないような設定であれば、「ＬＬ」の上でも下でも構わない。

装置起動後の切り出し速度、すなわち、操作量ＭＶは、図４の（ＦＸ−３ａ）などからなる符合４０の計器類で、指示調節計２０の調節計３０に設定する。すると、その速度で前記フィーダ１０は切り出しを開始する。また、秤量コンベヤ１１の搬送速度は、符号３４の（ＳＨＣ−３）で設定する。秤量コンベヤ１１は、この一定速度で運転する。

そして、上記の切り出しにより、秤量コンベヤ１１上に粉粒体が切り出されると、秤量コンベヤ１１による計量が開始される。

このとき、秤量コンベヤ１１は電磁力平衡式なので、先に述べたように、位置検出器１８を用いて荷重と電磁力を釣り合わせて計量する。

このようにして計量された切り出し量は移動平均３５を求め、移動平均３５による切り出された粉粒体の重量値を用いて質量流量３６を算出し、その算出した質量流量３６が予め設定した目標設定値（ＦＸ−３ａ）３３となる操作量ＭＶで、モータＶＭの回転速度をＰＩＤ制御し、ロスインテーブルフィーダ１０の切り出し量を一定に制御する。

このように、ロスインテーブルフィーダ１０の切り出し速度を制御するため、秤量コンベヤ１１上には、ロスインテーブルフィーダ１０から修正された切り出し量の粉粒体が常に供給されることになる。その結果、定速で作動する秤量コンベヤ１１から切り出される粉粒体の切り出し量（図の「切り出し２」）を適正になるように保つ。

こうして切り出しを続けると、シュート１２、秤量コンベヤ１１などには、切り出された粉粒体が付着するなどして、秤量コンベヤ１１に載っている粉粒体と、実際に秤量コンベヤ１１から切り出される粉粒体の量に差異が生じる場合がある。その対策として、一定時間ごとに上流のロスインテーブルフィーダ１０の重量測定値と秤量コンベヤ１１の計量値に差異が無いか確認する。そして、差異があるようなら、秤量コンベヤ１１の計量器のゼロ点を補正する。

例えば、この形態では、ロスインテーブルフィーダ１０に設けた計量手段１５の計量値を指示計２２で複数個サンプリングし、ロスインテーブルフィーダ１０の計量を行う。そして、サンプリングした前記計量の変化から質量流量（ＦＹ−２）３７を算出し、算出した質量流量（ＦＹ−２）３７の移動平均３８を求める。
この場合、ロスインテーブルフィーダ１０の計量値により算出した質量流量は、短時間間隔で見ると精度は良くないが、長時間間隔で見ることにより精度を電磁力平衡式センサを用いた場合と同等にするのである。
一方、秤量コンベヤ１１の質量流量は、先に述べたように、符号３６の（ＦＹ−３）で求められるため、図４の符号３１で、両者の差から荷重変化量を演算し（ＷＹ−４）、その求めた荷重変化量（ＷＹ−４）３１を、符号３９の（ＷＹ−３）のように測定値（ＷＩ−３ａ．ＰＶ）から減算することで、ゼロ点補正を行う。

すなわち、ロスインテーブルフィーダ１０の計量手段１５による切り出し量の計量は、短時間で見れば精度は悪いが、長時間で見れば誤差を丸め込めるため精度は電磁力平衡式センサを用いた場合と同等になる。
したがって、秤量コンベヤ１１の計量値がずれた際に、ロスインテーブルフィーダ１０の計量値を、例えば、長時間にわたり移動平均３８した値を正しい値（真の値）とし、これで秤量コンベヤ１１の計量値を補正することで校正するのである。

また、ここでは、補正値を移動平均３８により求めたが、この方法に換えて、ロスインテーブルフィーダ１０が充填完了したときの質量と、充填開始する直前の２点を測定し、この差をそれぞれの測定時刻の時間差で割った値を真の値とすることもできる。このようにして算出した値は、サンプリング間隔を短くし、長時間に亘り移動平均した場合と比べると、より正しい値とみなすことができる。
なお、図４では、ロスインテーブルフィーダ１０の長期間に亘る質量流量を真の値として、荷重変化量（ＷＹ−４）３１で秤量コンベヤ１１に付着した粉粒体の質量を逆算によって求めているが、これは校正方法の一例である。これ以外にも、付着量を算出するのではなく、単純に質量流量の差を求めて誤差分として差し引くようにしても良い（誤差を求める単位が質量ｇであっても、質量流量ｇ／ｓｅｃであっても良い）。

この一定期間ごとに行う補正は、この形態の場合、以下のようなタイミングのときに行うようにしている。
（１）指示調節計２０の警報手段（ＷＩ−２）３２の警報出力が「ＨＨ→ＬＬ」に向けて切り出し運転している時に、例えば、任意の時間間隔で行う（「ＬＬ→ＨＨ」向きの充填動作中の演算は停止する。実行しない）。
（２）演算器（ＷＹ−４）３１の中の比較回路に流量値を設定し、その流量値と秤量コンベヤ１１の測定流量とが著しく異なる場合。
（３）オペレータ判断による任意のタイミング。
そのため、これらのタイミングに応じて、指示調節計２０、演算器２１及び指示計２２の流量算定用の荷重サンプリングのタイミング、サンプリング間隔など、任意に設定できるようにしてある。

このように、校正を行って粉粒体の切り出しを行うので、常に、精度を保つことができる原料供給システムを提供できる。

なお、実施形態では、ロスインテーブルフィーダ１０からの切り出し量を計量するため、ベルト式の秤量コンベヤ１１を用いたが、これ以外に、切り出し量を正確に計量できるものであれば、ベルト式のコンベヤに換えて、スクリュー式のコンベヤなども採用可能である。
また、図４の符合４０は、ロスインテーブルフィーダ１０の起動時に、その初期速度を定めるために設けたものである。この初期速度で、起動時は調節計（ＦＩＣ−３）３０をマニュアルモードで運転し、粉粒体の流れが安定するのを待つなどの一定時間後にオートモードに切り換え、前記ロスインテーブルフィーダ１０のモータ速度のＰＩＤ制御を行う。このように、前記調節計（ＦＩＣ−３）３０は、スイッチの切り換えでオートとマニュアルモードが選択できるようになっている。なお、オートモードの際は、ＰＩＤ制御を行うようになっている。

この実施例１は、図１のロスインテーブルフィーダ１０と秤量コンベヤ１１間のシュート１２に換えて、図５のように、助走コンベヤ２５を用いたものである。このように助走コンベヤ２５を用いることで、シュート１２のようにバイブレータ１２´を用いずに、粉粒体を搬送する。このとき、助走コンベヤ２５は、図５のように、ロスインテーブルフィーダ１０から落下する粉粒体のショックが秤量コンベヤ１１に直接かからないようにする。
また、助走コンベヤ２５は、シュート１２と同様に傾斜させたりして設けるようにしても良い。
なお、実施例１では、シュート１２に換えて助走コンベヤ２５を用いたものを示したが、助走コンベヤ２５以外に、粉粒体供給時のショックを緩和できるものであれば、シュート１２に換えて振動フィーダを用いることもできる。
他の構成及び作用効果は実施形態と同じなので、同一符号を付して説明は省略する。

１０ ロスインテーブルフィーダ
１１ 秤量コンベヤ
１２ シュート
１４ メイン制御装置
１５ 計量手段
１７ 電子天秤
２０ 指示調節計
２１ 演算器
２２ 指示計
３０ 調節計
３５ 移動平均
３６ 質量流量
３７ 質量流量
３８ 移動平均

Claims (3)

1. ロスインウェートフィーダの下方に電磁力平衡式荷重センサを用いた秤量コンベヤ配置し、前記秤量コンベヤを定速で作動し、その際、前記秤量コンベヤでロスインウェートフィーダから切り出される粉粒体を計量し、その計量した値が予め設定された切り出し量となるようにロスインウェートフィーダの切り出し量を制御することを特徴とする高精度粉粒体定量供給システム。
2. 上記ロスインウェートフィーダに計量手段を備え、前記計量手段でロスインウェートフィーダを計量して、一定時間ごとに秤量コンベヤの計量時のゼロ点を補正することを特徴とする請求項１に記載の高精度粉粒体定量供給システム。
3. 上記ロスインウェートフィーダと電磁力平衡式加重センサを用いた秤量コンベヤ間にシュートまたは助走コンベヤあるいは振動フィーダを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の高精度粉粒体定量供給システム。

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