[发明专利]基于神经网络的螺杆失重式物料下料机及其控制器

说明书

本发明公开了基于神经网络的螺杆失重式物料下料机及其控制器，所述下料机包括机架、下料仓和螺旋输送器、混料斗、称重模块、落料阀及控制器。控制器中采用神经网络模块，基于下料仓的料位、落料率、物料密度及螺旋输送器的螺旋叶片直径、螺距和螺杆最大转速对物料失重值进行预测，从而调节螺旋输送器的关闭时间。本发明采用神经网络对下料称重进行建模，训练后的网络能对不同落料状态下的下落物料失重值进行准确预测，从而可直接精确下料且适用于小批量生产；采用仓位传感器和振动杆对下料仓内的物料堆积形态进行检测和调节，减小了落料率波动；通过对下料累积误差的控制，减小了批量下料的总误差；又由于螺杆可保持高运转速度而提升了下料效率。

技术领域

本发明涉及定量下料领域，具体涉及一种基于神经网络的螺杆失重式物料下料机及其控制器。

背景技术

在工农业制造和商品包装中，有大量的粉粒物料，如铁精矿、煤粉等炼铁原料，聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、轻甲基纤维素、聚丙烯睛、环氧树脂粉末涂料等化工原料，石英砂、水泥等建材原料，洗衣粉等日用化工产品，小米、大豆等谷物豆类农产品，或粉、渣、粒状加工食品，饲料、化肥、农药等农业生产物料，以及粉粒状的保健品、中西药剂、调味品等均需要自动定量包装或者配料制造。

目前我国有很多企业仍然采用手工定量配料或者包装，一方面劳动强度大，速率慢，经济效益差；另一方面，食品、药品等手工定量往往不能满足卫生要求，有毒有害的物料，人工参与定量容易对人体造成伤害。因此对生产企业来说，急需提供价廉的具有较高速率和准确度的多组份自动定量下料设备或者装置，满足大量的物料定量包装或者配料制造要求。

目前国内外粉粒物料自动定量下料装置常用方法有两种，容积式和称重式。容积式定量依据物料容积进行计量充填或者投料，定量投料迅速，但定量物料质量受到物料密度变化而变化。为提高下料精度，出现了多种调节方法，如申请号为201320001933.3的中国专利，对螺杆采用变频调速，在接近目标值逐渐减慢喂料速度，减少空中落差值；申请号为201310234280.8的中国专利，在纯碱包装机三速变频给料工艺中采用大小螺杆分多阶段下料；申请号为200920248298.2的中国专利考虑到快速下料时难以控制定量而通过先快后慢的方法来减小供料落差的影响；这些非称重式方案的下料终值只能接近期望值，准确度不高。

称重式定量依据物料质量进行计量充填或者投料，从称重计量方法的不同其又可分为增量式与失重式两种。增量式对不断下落到计量斗中的物料进行称重，这种方式需要在下料过程中不断称重，根据称重结果反馈控制下料量，由于物料是连续下落的，当下料阀门关闭时，仍有部分物料在空中。为了补偿空中物料对计量精度的干扰，很多方案采用提前关闭阀门的技术，如申请号为201410230888.8的中国专利将配料称重过程划分为三个阶段，并在最后一个阶段采用迭代学习控制方式来计算关闭提前控制量。

相比于增量式，失重式称重方式通过不断称取料仓重量来计量下落物料的重量，从而避开了空中物料的问题。如申请号为200710142591.6、201010108011.3和201310178558.4的中国专利，均通过称重仓重量减小的计算来对下落物料进行计量，这些方案虽然无需考虑空中量，但由于未考虑物料从下料阀门落下时的失重效应而影响了称重计量的精度，不能满足高精度下料的要求，并且这些方案只能连续下料而不能直接应用于按批次的下料。

相比以往的失重式计量下料，如果能通过对影响下落物料失重等效值各种因素的分析来构造一种非线性映射，则可以基于这种映射对失重式称重过程中物料的实际下料量进行计量。

发明内容

传统的失重秤是通过在工作时控制重量损失的原理实现计量的，对出料装置和称重料斗进行称重，根据失重秤计量斗内每单位时间内物料重量的减少ΔG/Δt来计算失重秤的给料流量。以往的失重称重方法，虽然是通过差分方法来获得流量，但是在两次差分之间的落料流率变化、物料粘结、以及环境如振动等因素的影响，都会影响差分结果的准确性。