JPS63283734A - 粉体計量混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多種類の原料粉体をそれぞれ計量後、混合し
て新たな混合粉を精製する粉体計量混合装置に関する。

特に計量範囲の広い原料粉を精密に能率よく計量混合す
る粉体計量混合装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、粉体計量混合措置に適用される計量装置として、
高精度な計量を達成するために、供給粉体流速可変に設
けたものはなく、計量設定値に対応した流速に制限した
計量装置が用いられている。

また、従来タイプの粉体計量混合装置においては、複数
の粉体供給容器から１つの受入容器に粉体を供給する場
合、それぞれの粉体供給容器に付属して計量装置を具備
している。（特開昭５６−１４８０１９号、特開昭５６
−１５５４１２号、特開昭５７−７２０１５号各公報参
照） 例えば、流量調節器としてスクリューフィーダを用いた
場合、第５図に図示する様に、Ａ、Ｂ粉２粉体容器に対
しては２個の計量装置を使用し、混合容器への流れ込み
量の予測制御のため、制御装置として２ループの制御機
能を必要とする。

すなわち、供給粉体の流速は、Ａ粉、Ｂ粉の供給容器内
の粉体量、流ｆｆｉ調節器の特性、粉体物性等により異
なるため、同一の制御機能では高精度な計量が期待でき
ないことによる。

また、高精度な計量を実現するため、流速の異なる流量
調節器を並列に設置して、所定の計量偏差にて切替する
方法があるが、この場合でも制御機能として、２ループ
の制御が必要である。

ここで、２ループの制御機能と言う表現を使用している
のは、例えば、分散型制御装置等を使用した場合、１つ
の制御装置内で処理可能であり、制御装置が２個必要で
あるとは言えないからである。しかし、入出力点数、ソ
フトウェアからみた場合、２個の制御装置と言える。

また多数の粉体を使用するバッチ製造プロセスでは、こ
れらの粉体物性が異なるので、同一容器にて累積計量を
行うことが出来ない場合が多い。

従って、第４図に示すような計量装装置を備えた複数の
受入容器（計量ホッパＡ、Ｂ）、を有して、混合可能な
粉量は同一容器計量ホッパ（Ａ）にて計量し、混合不可
な粉量は別の計量ホッパ（Ｂ）にて計量するような製造
システムとなる。このため、更に、下流側に反応、調製
等のための受入容器調製タンクが必要であり、複雑なシ
ステムとなる。

反応、調製等のための調製タンクが固定式の製造システ
ムでは、多品種の製造を行う場合、品種の内容に応じて
、設備化する必要があり、特に高粘度の計量のためには
前述のとおり多数の計量ホッパ、調製タンク及びそれに
付属する計量装置、制御装置、付属バルブ等が必要とな
る。この場合、設備はある品種では使用されるが、他の
品種では使用されない装置を生じることがあり、非常に
、無駄の多いシステムとなり、設備のイニシャルコスト
が増大する。更に、多目的用途の製造システムが近年叫
ばれているが、固定式の製造゛システムでは、配管系の
変更が必要となり、又その付帯装置の変更等が必要であ
り、今以上に複雑な製造システムとなる。

そこで、近年受入容器、調製タンク等が可動する移動式
のバッチ製造システムが提案されている。

しかし、従来の計量装置にこのシステムを採用した場合
、計量設定値の大小にて、計量時間が異なり、計量設定
値が大きいと、計量に時間がかかり、移動式の製造シス
テムにおける容器の搬送時間に制限を加えることどなる
。このため従来製造システムでは、搬送時間に制約を与
えないために必要数の計量装置を設置しているが、これ
は移動式製造システムの利点に相反することとなる。ま
た、このようなシステムではステーションでの滞在時間
を更に延長させる結果となる。（計量設定値の範囲、計
量時間の制限、計量精度の条件等々から、非常に多くの
計量装置を必要とする。そのため、配管の結合等の動作
時間が増加する。）写真感光材料の製造プロセスにおい
ては、感光材料を取扱うので遮光性を保たねばならず、
結合する箇所の増大によるシステムの複雑化、また搬送
サイクルの変化は製品の性能に影響する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の粉体計量混合装置では、供給粉体流速一定を前提
とした計量制御のため、以下の欠点を有する。

■　計量精度：外乱や粉体物性の変化による流速変動に
より、精度が保証されない事態を生じる。

すなわち、粉体物性にて移送する装置が異なる、例えば
顆粒状の粉体では流動性がよいため、ダンパー等を使用
し、流動性の悪い粉体ではスクリューフィーダ等を使用
する。しかし、粉体の流れは一律に決定出来ず粉体の魂
柱とか粉体形状や振動等の外乱にて流れは変化するため
、計量精度を悪くした。

また、このことは、供給粉体容器の粉量をある幅内で制
限し、容器内粉体量を常にある一定量以上に確保する必
要があり、供給粉体容器内残存粉体のロスを生じてラン
ニングコストを増加させた。

■　計量範囲：計量範囲が狭い。

この理由は、計量停止しても、系の応答遅れによる流れ
込み量があり、この量が供給粉体流速により決定される
ため、流速一定のもとでは、計量範囲を狭めることによ
り、許容できる流れ込み量を保証している。従って、同
一粉体の計量であっても、計量設定値が大きく相異する
場合はおのおの適性な計量範囲の計量装置が必要であり
、装置数が増加する。

■　計量時間二計量設定値により計量時間が左右される
。

計量設定値が小さい場合は、計量時間は短く、大きい場
合は長くなる。従って、製造サイクル上適性な計量時間
の計量装置が計量設定値に応じて必要であり、装置数が
増加する。

また従来の粉体計量混合装置は、前述した理由により、
独立に制御される計量装置を、供給粉体容器毎に多数台
設置し、かつ製造能力の制限による最適計量時間毎に設
置しているため、システムを複雑にすると共に、非常に
多くの計量装置が設備化された。

本発明の目的は、上記事情に基づ°いてなされたもので
、外乱や粉体物性の変化による流速変動に影響されない
高精度な計量を実現すると共に、広範囲な計量範囲を確
保し、かつ計量設定値の大小に左右されないで短時間計
量を実現する計量制御装置を用い、これによりシステム
を構成し、設備の簡素化並びに製造能力の増強と、原材
料ロスの低減を計り、 ■　装置台数の低減によるイニシャルコスト低減 ■　装置台数の低減によるメンテナンス工数低減 ■　装置台数の低減による信頼性向上による故障低減 ■　原材料ロスの低減によるランニングコスト低減の経
済効果の高い粉体計量混合装置を提供することにある。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明の上記目的は、複数の粉体供給容器よりそれぞれ
の粉体を累積計量して受入容器に受け混合する装置であ
って、該粉体供給容器からの粉体の計量装置を受入容器
側に有し、供給粉体計量制御装置が供給粉体計量値に対
応し前記それぞれの流量調節器の流量をファジィ推論に
より変化させて計量するクローズドループ制御の精密計
量制御装置であり、更に受入容器の移動装置を有するこ
とを特徴とする粉体計量混合装置によって達成される。

本発明の構成要素について詳しく説明する。　。

（１）　　粉体供給容器：計量される供給粉体を貯蔵す
る容器。容器の容量は、製造に適したスケールを要する
。本発明にて、粉体供給容器の残量の制限はなく、理論
的には残量０まで計量できる。又、粉体の物性値（例え
ば形状、粒度等）に影響されず、流出可能な粉体物性値
を有していればどんな粉体でも残量０まで計量可能であ
る。

（２）流量調節器：粉体供給容器数に対応した個数分の
流ｍ２節器を有し、粉体の送り量を変化させる事で粉体
供給流速を広範囲に亘って変化させる流速制御器である
。ダンパー及びスクリューフィーダ、ロータリ一式が適
している。流れを停止させる閉止弁としてはシャッター
ゲートを用いる。

また、流ｆｆｉ調節器の流量特性は、回転数又は開度が
ゼロ近傍では粉体の流出を生じないで、１０％程度近傍
から流量を生じるように設けている。

流速制御器の駆動としては、例えばＡＣサーボモータ等
がある。

（３）　　受入容器：製造スケールに適した容量の容器
。混合可能な粉体については、累積計量にて計量する。

（４）　　計量装置：受入容器側に設置され１台の計量
装置によって複数の粉体供給容器よりの粉体の計量を行
う。累積計量が可能である。

ロードセル、差圧伝送器、レベル計等タンク計量方式を
用いる。粉体供給容器に取付ける場合と、粉体供給容器
を計量台に乗せる場合とある。

（５）計量制御装置：流速を変化させるクローズドルー
プ制御の精密計量制御装置であり、当初法量大より初ま
り、計量値より偏差と偏差の時間的変化を演算し、ファ
ジィ制御により流量を変化させるクローズドループ制御
である。これによって広い計量範囲に亘って、精度よく
、極めて短時間に計量が完了する。又切替装置付にする
ことによって、複数の粉体を同一受粉容器にて、又１台
の計量装置にて累積計量が可能であり、装置数が低減出
来る。

（６）　　切替装置：複数の流量調節器を、１台の駆動
制御装置にて制御するための装置であり、計量制御装置
の構成の一部である。これによって流量調節器１個宛に
計量制御部、駆動制御部を取付けなくて゛済む。

（７）移動装置：受入容器を搬送させるための移動装置
である。搬送方法としては、無人搬送車、コンベア等が
ある。又、搬送物として、受粉体容器自体に搬送機能が
ある場合と、受入容器と分離する場合がある。

本発明の基本構成要素は、上記の通りであるが、流速を
可変するクローズドループの計量制御装置を用いる事と
、受入容器の移動装置を有することとが要点となる。

［作　　用］ 本発明は複数の粉体供給容器よりそれぞれの粉体を累積
計量して受入容器に受け混合する装置であって、該粉体
供給容器が粉体供給配管に流量調節器を有し、粉体供給
容器からの粉体の計量装置を受入容器側に有し、供給粉
体計量制御装置を各供給粉体計量値に対応し、前記それ
ぞれの流量調節器の流量をファジィ推論により変化させ
計量するクローズドループ制御の切替装置付精密計量制
御装置であり、更に受入容器の移動装置を有することを
特徴とする粉体計全装置により、クローズドループ制御
の精密計量制御装置だけでも各種粉体供給容器に対し、
計量範囲の大小に左右されないで１種類の供給粉体容器
に対し１ケの流量調節器で済ませるようになり、少くと
も混合してもかまわない一緒に累積計量できる複数の粉
体供給容器に対しては１つの受入容器（計量ホッパ）と
１つの計量装置と、１つの切替装置付計量制御装置で計
量が可能となり、大幅に装置を単純化してしかも各粉体
供給容器よりｐ粉体計量を精度良く短時間に行うことが
出来る。

更に受入容器の移動装置を備えることによ、す、■受入
°容器（計量ホッパ）は移動出来るため、全。

ての粉体供給容器から受粉が可能となり、又全での調製
タンクに固定配管無しで計量した粉体を配給することが
出来るので受入容器を少くして設備の融通性が出来る。

したがって多品種の製造を行う場合、受入容器側の設備
の遊休をなくすることが出来るし、処決変更等に対して
も設備の増設を極力減らして対応することが出来る。■
又受入容器（計量ホッパ）の移動により計量サイクルを
早くすることが出来るので、小規模調製により経時変化
を少くおさえることが出来る。■供給粉体容器よりの粉
体の受入容器（計量ホッパ）に撹拌機を取付は調製タン
クとして用いることが出来る。

［実施態様］ 本発明の実施態様を図によって更に詳しく説明する。

第１図に示す様に、Ｎ個の粉体薬品がある場合について
考える。製造する品種数が多数あるとするが、どの製造
品種においても薬品の使用総数はＮ個以下である。従来
の製造システムでは、移動式、固定式を問わず、計量範
囲、計量時間、計量精度から、同種であっても、製造品
種専用に薬品の粉体供給容器１、計量装置５を必要とし
Ｎ個以ｌ〕の装置台数になった。しかし、本発明では、
流速可変のクローズドループの計量制御装置を採用し、
かつ該計量制御装置がファジィ制御を採用するため、計
量範囲、計量時間、計量精度に対する心配は不要になり
粉体供給容器１は、Ｎ個の台数で良く、計量装置５は粉
体の汚染の問題がなければ、搬送能力から決定した非常
に少い台数で良い。

ここでは、１台の計量装置５（ロードセル）を想定する
。粉体供給容器１については、Ｎ個の台数で良いが、計
量装置５の数は薬品調製時間、品種の製造スケール等か
ら判断して決定されるため、それ以上の台数を必要とす
る場合もある。

各計量装置は、第２図に示す制御ブロックの内容の計量
制御装置６を有しており、該計量制御装置の出力は、切
替装置Ｂ４の切替により複数の流量調節器２（スクリュ
ーフィーダ１〜Ｎ）に選択出力される。つまり同一の制
御アルゴリズムにて多数の薬品（１〜Ｎ）の計量が計量
装置５を備えた同一の受入容器４（計量ホッパ）にて行
われる。

前記流量調節器２（スクリューフィーダ１〜Ｎ）は回転
数を可変する事で粉体送流速度を広範囲に亘って変化さ
せることができるものである。

前記計量制御装置６は、フィルタ演算部６１１ファジィ
制御部６２、駆動制御部Ｂ３及び切替装置６４とから構
成されており、前記流ｆｆｌ調節器２（スクリューフィ
ーダ１〜Ｎ）の流量特性、前記計量装置５により得られ
る計量値及び計量設定値とに基づいてファジィ制御を行
い、前記流ｆｆｉ調節器２（スクリューフィーダ１〜Ｎ
）の回転数を制御する。

なお、前記流量調節器として開度ダレパが用いられた場
合には、位置指令によりダンパの角度が制御される。

次に、本発明の粉体計量混合装置の動作プロセスを説明
する。

上位の製造制御装置より、移動させるための自立走行式
の受入容器４に対し、受入容器４の計量ホッパを所定の
粉体供給容器１（例えば、貯蔵ホッパ１）下に移動する
指示が出される。更に、計量装置５（ロードセル）に対
し、前記貯蔵ホッパ１の薬品を計量する指示が出される
。切替装置６４は系統選択信号により切替り、選択され
た前記貯蔵ホッパ１の流ｆｆｉ調節器２（スクリューフ
ィーダ１）及び閉止弁３（シャッタゲート１）が計量制
御装置６により制御可能に設ける。

また、上位の製造制御装置より、付帯装置である粉体供
給容器の結合装置７（１）が、受入容器４（計量ホッパ
）の結合装置部と結合する指示が出される。このような
初期設定を通して、計量準備状態が確認できると、上位
から計量開始指示が出される。計量開始指令により、最
初に切替装置６４により選択された供給系、ここでは前
述したように貯蔵ホッパ１の粉体供給系が選択されて、
シャッタゲート１が開となり、スクリューフィーダ１が
予め定められた回転、数で粉体を移送するように、計量
制御装置６の駆動制御＃６３からの回転数指令により駆
動モータ８（１）が駆動されて回転し、原材料の流れを
引き起こす。この際、前記スクリューフィーダ１の回転
数は、スクリューフィーダの流量特性と計量設定値とに
より、計量制御装置のファジィ制御部６２により算出さ
れる。

これにより、貯蔵ホッパ１の原材料は、受入容器４（計
量ホッパ）に移送され始める。前記受入容器４の計量装
置５（ロードセル）は、移送された原材料の重量を検出
し、その値を計量制御装置６にフィードバックする。

前記計量制御装置６は、フィードバックされた供給粉体
計量値から、フィルタ演算部６Ｉが計量設定値との偏差
、偏差の時間変化量を演算すると共に、これら量にロー
パスフィルタ処理を施した値を算出する。前記ファジィ
制御部６２はこの算出された値をもとに、ファジィルー
ルに基づく推論演算を行い、次の制御周期において適切
な流速となるスクリューフィーダの回転数を算出する。

計量開始後、計量偏差が小さくなると、前記スクリュー
フィーダ１は回転数を下げ、微小流速となる。計量偏差
、計量偏差の時間変化量が小さくなり、計量偏差がある
値以下になると、計量停止し、前記シャッタゲート１は
全閉方向に移動する。

このとき、流速は微小であり、流れ込み量は微小である
。よって、計量停止後の流れ込み量は小さくなり、計量
精度は、流速変動に依存せず向−ヒする。また、前記ス
クリューフィーダ１は、第３図の流量特性を有すること
により、偏差０近傍にて回転数的ｌＯ％程度をファジィ
推論演算に基づき推移する。従って、スクリューフィー
ダの回転ムラ、機械的ガタ等があっても、このデッドゾ
ーン及びファジィ制御方式により、ガタ等の悪影響を吸
収し、高精度の計量が出来る。更に、計量範囲において
、計量設定値とかプロセスの系により流量調節器の動作
が変わり、計量設定値の大小を問わず同一計量装置にて
計量ができ、計量範囲が拡大する。又、計量時間におい
ても、前記流量調節器の動作パターンが変化し、計量設
定値の大小を問わず、はぼ同一の短時間の計量ができる
。以上の内容の動作を品種内容に従い、実行し、品種内
の所定の薬品を計量すると、下流工程の調製タンクに移
動する動作に移る。

この調製タンク９も移動して、配管接続装置ｌＯの下部
に結合される。結合が確認されたのち受入容器４（計量
ホッパ）の底弁が搬送制御装置にて制御され、開となり
粉体が移送される。

第１図は受入容器４（計量ホッパ）に計量装置５を配ｒ
１１（ロードセルを配置）して、受入容器の移動装置が
自立走行式であるが、所定の位置で計量して無人搬送車
で搬送する形式のものでもよい。

又付属設備として各結合位置に位置センサー等の電気関
係の接続装置を必要とする。

又受入容器４（計量ホッパ）に撹拌機の翼部を付加して
、混合の機能を持たせて調製タンクとして位置付けると
、より効率の良いシステムとなる。

計量のための計量装置５として、前記実施態様では、ロ
ードセルを例として挙げたが、他のタンク計量式検出器
を用いても同様である。

受入容器４（計量ホッパ）における加算計量と更に粉体
供給容器（貯蔵ホッパ）に計量装置をつけて減算計量と
の機能をもつ計量制御装置を使用すると、より広範囲な
精密計量が可能となる。

［発明の効果］ 本発明の複数の粉体供給容器よりそれぞれの粉体を累積
計量して受入容器に受け混合する装置であって、該粉体
供給容器が粉体供給液配管に流量調節器を有し、粉体供
給容器からの粉体の計量装置を受粉容器側に有し、供給
粉体計量制御装置が各供給粉体計量値に対応し、前記そ
れぞれの流量調節器の流量をファジィ推論により変化さ
せて計量するクロー、ズドループ制御の切替装置付精密
計量制御装置であり、更に受粉容器の移動装置をａする
ことを特徴とする粉体計量混合装置により、本発明の制
御装置の採用によるシステムにおいては、外乱や粉体物
性の変化による流速変動に影響されない高精度な計量が
実現でき広範囲な計量範囲でも計量時間が短時間で迅速
に可能になり、設備の簡単化と計量装置台数の低減、大
規模設備であっても製造能力が増大し、大規模調製によ
る製品品質の向上と原材料のロスの低減を実現出来た。

これによって、イニシャルコストダウン、メンテナンス
コストダウン、ランニングコストダウン、信頼性の向上
を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉体計量混合装置の１実施例のフロー
シート、−節２図は本発明に係わるクローズドループ制
御のブロック図、第３図は流ｆｆｌａ節器の流量特性図
、第４、第５図は従来の粉体計量混合装置の１実施例を
示すフローシートである。 １・・・粉体供給容器　　　　２・・・流ｆｆｌ調節器
３・・・閉止弁　　　　４・・・受入容器５・・・計量
装置　　　　　６・・・計量制御装置７・・・結合装置
　　　　　８・・・駆動モータ９・・・調製タンク　　
　　　１０・・・配管接続装置第　　３　　図 第　　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の粉体供給容器よりそれぞれの粉体を累積計量して
   受入容器に受け混合する装置であって、該粉体供給容器
   が粉体供給配管に流量調節器を有し、粉体供給容器から
   の粉体の計量装置を受入容器側に有し、供給粉体計量制
   御装置が各供給粉体計量値に対応し、前記それぞれの流
   量調節器の流量をファジィ推論により変化させて計量す
   るクローズドループ制御の切替装置付計量制御装置であ
   り、更に受入容器の移動装置を有することを特徴とする
   粉体計量混合装置。