基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种螺旋不连续定量加料方法及系统，属于固体物料加料技术领域，用于固体物料配料和包装时定量加料。\n背景技术\n[0002] 不连续定量是大量粉粒物料重要生产环节,如粉末冶金零件、陶瓷、建材、化工原料等成品或半成品,化肥农药及农副产品进行的定量配料和定量包装等。粉粒不连续定量传统有容积式和称量式,新型有混合式和组合式,它们共同点是均有加料、计量和投料三部分组成,一方面通过微机控制加料机向计量容器或称量秤加料,另一方面按照体积或质量要求进行计量检测,达到要求后停止加料并投料。三部分之间协调要求高、费时,工作效率较低；装置总体结构复杂,细粉粒物料易吸湿粘结、吸附和飞溅,定量受环境和结构影响大，飞溅污染引起尘肺、化学物中毒等职业病严重。研究实现粉粒不连续定量加料是彻底解决不连续定量难题有效方法之一，也是粉粒定量主要发展方向之一。\n[0003] 目前粉粒加料形式有螺旋式、振动式、皮带式、重力自流式和负气压式等。其中,螺旋加料通过螺旋叶片旋转将物料沿料槽向前推移,具有结构简单、密封性强、流量控制方便等优点,广泛应用于耐挤压的粉粒和小块状物料输送或连续加料。多种加料形式对比分析发现:螺旋加料更易实现定量加料控制，且可降低人体与粉粒、粉粒与粉粒之间交叉污染。这对食品、药品及有毒有害物料安全生产尤其重要。\n[0004] 尽管螺旋输送机作为提水工具大约在两千年以前由阿基米德发明,作为工农业中散装固体物料的输送、提升和装卸装置也已有百年历史.。但是直到上世纪90年代国外才有研究人员根据螺旋输送机原理研制了定量螺旋加(给)料机,并在粉洗精制盐生产线上得到应用。对定量螺旋加(给)料机研究，国外代表性有:Y. Yu等在“Theoretical modelling of torque requirements for single screw feeders”(Powder Technology,1997,93 (2):151~162)中建立单螺杆送料器扭矩理论模型,对不同物料、不同螺旋叶片送料扭矩测试;A.W. Roberts. 在“The influence of granular vortex motion on the volumetric performance of enclosed screw conveyors”(Powder Technology,1999,104:56~67)中建立封闭螺旋输送机容积效率表达式,分析容积对颗粒运动影响;Jianjun Dai等在“A model for biomass screw feeding”(Powder Technology,2008,186 (1):40~55)中提出生物质螺杆加料新模型,依据螺旋输送堵塞原理,预测加料扭矩等。国内代表性有:张杰等在“微细微量螺旋加料器的试验研究”(热能动力工程,2004,19(3):278~280)中通过典型微细微量固体颗粒加料器试验,表明螺旋给粉稳定,可调范围大,可以作为粉粒定量加料装置;王顺森等在“颗粒加料器流量脉动产生的机理及抑制新方法”(西安交通大学学报,2005,39(11):1199~1202)中通过螺杆加料器主要参数测试,得到转速对流量影响的基本规律,提出一种有效抑制脉动的双螺杆加料方法;李振亮等在“定量螺旋给料机在粉洗盐生产中的应用研究”(盐业与化工,2008,37(2):7,8,19)中给出了定量螺旋给(加)料机的送料效率和送料量的计算方法,验证了在卸料口加双头螺旋方法能降低送料量脉动;朱登洁等在“双螺旋精确给料称重设备的研制”(轻工机械,2010,28(2):33~35)中提出基于双头螺旋机构的给(加)料称重机构。\n[0005] 目前提高螺旋加料流量稳定性方法主要有两大类:一是提高螺旋进料口物料流动稳定性。通常是控制料仓内物料的高度,降低料仓内物料压力对螺杆输送的影响。申请号为201020580083.3的实用新型专利“一种螺旋定量加料装置”和申请号为\n201010522365.2的发明专利“一种螺旋定量加料装置及稳定加料方法”提出在料仓与螺旋进料口之间设置自动进料调节装置,确保螺旋进料口物料充填均匀完整,减少料仓内物料量波动对螺旋加料的影响.。二是在螺旋出料段采用变螺距或双头螺旋、双螺杆方法,提高出料口物料充填完整性,抑制加料量脉动.。但该方法同时也会导致出料口颗粒密度均匀性变差。张建在“粉体定量加料器及应用研究”(江苏大学硕士学位论文,2008:20~33,37~38,43~51)中提出在出料口采用均匀推进分料和切料方法,将压实粘结成团料块切碎,解决成团下落和惯性卸料问题。\n[0006] 实验分析发现，目前螺旋加料装置连续加料时旋转速度稳定,能保证流量的一定稳定性；但不连续加料时,随螺旋叶片旋转位置和速度变化，物料充填疏密不均、充填率不稳定，引起落料量周期性脉动变化,导致在一定旋转角度下加料量不稳定,常常不能满足定量加料要求。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是提供一种受环境影响小，不连续定量加料稳定性好的基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法。\n[0008] 本发明的另一目的是提供一种结构简单、受环境影响小、稳定性高的基于智能Agent螺旋不连续定量加料系统。\n[0009] 本发明的技术方案是：基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法，其步骤包括：\n[0010] 1）根据不连续定量加料量Q，以及当前加料环境温度T、湿度δ和螺杆转动转速n，计算确定标准加料量Q0，计算公式为：\n[0011] Q=Q0(1+kT(T-T0))(1+kδ(δ-δ0))(1+kn(n-n0)) \n[0012] 其中：T0为常温的温度值，δ0为常湿度的湿度值，n0为螺杆的额定转速，kT、kδ和kn分别为温度、湿度和转速的修正系数；\n[0013] 2）根据标准加料量Q0、螺杆当前的位置θ确定螺杆转动角度α；\n[0014] 3）通过伺服电机控制螺杆以转速n转动α角度。\n[0015] 进一步，步骤2）中所述的螺杆转动角度α根据螺旋标准加料量变化模型Q0=f(θ0,α) 确定。\n[0016] 基于智能Agent螺旋不连续定量加料系统，包括安装于机架上的螺旋加料装置及料仓和测控系统，所述螺旋加料装置及料仓包括螺旋输送器、料仓、伺服电机和转角转速传感器；所述螺旋输送器的一侧伸出螺杆轴，所述螺杆轴通过同步带传动机构与所述伺服电机连接，通过联轴器与所述转角转速传感器连接；所述螺旋输送器的另一侧为螺旋出料口；\n所述料仓安装在螺旋输送器远离螺旋出料口的上方，其上方为进料口；所述测控系统分别通过与转角转速传感器、温度湿度传感器和伺服电机连接。\n[0017] 所述测控系统包括微机、I/O接口、温度湿度检测电路、转角和转速检测电路、伺服电机驱动电路、键盘和显示器；所述微机用于通过温度湿度检测电路检测温度和湿度，通过转角和转速检测电路检测转角和转速,通过内置的智能控制模块计算螺杆转动角度α，并通过伺服电机驱动电路驱动螺杆转动α。\n[0018] 本发明所述的基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法与其它定量方法比较特点是:取消了传统定量方法中计量和投料环节,简化了结构，降低了粉粒粘结、吸附和飞溅等对不连续定量影响。\n[0019] 本发明所述的基于智能Agent螺旋不连续定量加料系统与其它螺旋加料装置比较最主要特色是：采用Agent智能控制方法,预测加料量,依据工作状态有效控制加料量,同时提高了定量加料的准确性和生产效率。可广泛应用于大量的粉末冶金零件、陶瓷、建材、化工等原料成品及半成品,化肥农药及农副产品的定量配料和定量包装等生产。\n附图说明\n[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。\n[0021] 图1是本发明的工作原理结构示意图。\n[0022] 图2是本发明中智能Agent控制原理示意图。\n[0023] 图3是本发明中螺旋加料装置结构示意图主视图。\n[0024] 图4是本发明中螺旋加料装置结构示意图俯视图。\n[0025] 图5是本发明中测控系统硬件组成结构示意图。\n[0026] 图6是本发明中测控系统软件组成结构示意图。\n[0027] 图7是本发明中螺旋加料量控制功能程序流程图。\n[0028] 其中：1.螺旋加料装置；2.料仓；3.伺服电机；4.同步带传动机构；5.转角转速传感器；6.安装件；7.联轴器；8.机架；9.螺旋出料口；10.进料口；11.螺杆轴；12.测控系统控制箱；13温度湿度传感器；31.伺服电机输出轴；51.转角转速传感器的输入轴。\n具体实施方式\n[0029] 如图1~2所示，本发明所述的基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法特征是，把螺旋加料装置及其测控系统看作Agent智能体,通过温度湿度传感器感知环境状态，通过转角转速传感器感知装置工作状态,借助执行器作用于螺旋加料装置工作状态,实现对螺旋不连续加料量的智能Agent控制，具体智能Agent控制原理是：在微机协调控制下，通过温度、湿度传感器检测工作环境空气状态，通过转角转速传感器检测螺旋加料装置的螺杆转动状态,依据预期加料量和在不同状态下螺旋加料量变化规律确定所需要控制的螺杆转角和转速，依据不同工作环境修正所需要控制的螺杆转角和转速，通过伺服电机驱动螺杆，控制其转角和转速，实现对螺旋加料装置不连续加料量有效的闭环控制，达到一定加料量的目的。\n[0030] 本发明所述的螺旋加料量变化规律，主要包括螺旋加料量随螺杆起始位置不同和螺杆转动角度不同的变化规律，以及螺杆转动速度、加料环境温度和湿度的变化对加料量影响的修正关系。螺旋加料量变化规律确定的过程是：\n[0031] (1) 在常温T0(18-20°)常湿度δ0(50-60%)和螺杆转动额定转速n0条件下,进行螺旋加料量试验,得到螺杆在一系列不同起始位置θ0和不同转动角度α下的标准加料量Q0,建立螺旋标准加料量变化模型表达式:\n[0032] Q0=f(θ0,α) (1)[0033] (2) 分别进行螺旋加料量影响因素的单因素试验和多因素正交试验,通过对试验数据线性回归分析,确定加料环境温度T、湿度δ和螺杆转动转速n对螺旋加料量影响的修正系数，分别为kT、kδ和kn（三系数通常在0.9到1.1之间），得到在一定加料环境温度T、湿度δ和螺杆转动转速n下，以及螺杆起始位置θ0和转动角度α下的螺旋加料量Q：\n[0034] Q=Q0(1+kT(T-T0))(1+kδ(δ-δ0))(1+kn(n-n0)) (2)[0035] 如图3~4所示，本发明所述的基于智能Agent螺旋不连续定量加料系统,包括螺旋加料装置及料仓、测控系统控制箱12两部分组成。测控系统控制箱12和螺旋加料装置及料仓均固定在机架8上,测控系统控制箱12位于螺旋加料装置及料仓左前前侧，靠近伺服电机3，通过电源线和信号线将它们连接起来；螺旋加料装置及料仓包括螺旋输送器1、料仓2、伺服电机3、同步带传动机构4、转角转速传感器5及其安装件6、联轴器7和机架8等；料仓2安装在螺旋输送器1上方偏伺服电机3一侧，料仓2顶部为进料口10，螺旋输送器1一侧伸出螺杆轴11分别安装同步带传动机构4和联轴器7，同步带传动机构4与伺服电机3连接，联轴器7另一侧与转角转速传感器5连接，转角转速传感器5通过其安装件6安装在机架8上，通过电源线和信号线与测控系统控制箱12连接，螺旋输送器1上安装温度湿度传感器13，并通过信号线与测控系统控制箱12连接；螺旋输送器1另一侧为螺旋出料口9。\n[0036] 如图4所示，螺旋加料装置及料仓各部分作用及位置关系描述如下：螺旋输送器1的螺杆轴11一方面通过同步带传动机构4与伺服电机3输出轴31联接，由伺服电机3带动转动，另一方面通过联轴器7与转角转速传感器5的输入轴51连接，检测螺杆轴11转角和转速；转角转速传感器5通过其安装件6安装在螺旋加料装置外壳或机架8上。\n[0037] 如图5所示，测控系统控制箱12为测控系统硬件，其中包括单片微机及其I/O接口、温度湿度检测电路、转角和转速检测电路、伺服电机驱动电路、键盘和显示器。所述微机用于通过温度湿度检测电路检测温度和湿度，通过转角和转速检测电路检测转角和转速,通过内置的智能控制模块计算螺杆转动角度α，并通过伺服电机驱动电路驱动螺杆转动α。\n[0038] 如图6所示，测控系统软件主要是微机监控系统软件，包括测控系统硬件软件资源初始化程序、显示器驱动及显示更新程序、键盘扫描及识别处理程序、键散转处理程序，以及螺旋加料工作参数设置，kT、kδ、kn等加料修正系数（三系数通常在0.9到1.1之间）和模型参数设置等人机设置功能程序，螺旋定量加料功能程序等。\n[0039] 如图7所示，本发明所述的螺旋定量加料功能程序，在微机协调控制下实现步骤包括:\n[0040] (1)输入不连续定量加料量Q;\n[0041] (2)按照控制一定加料量Q的要求,依据加料环境温度T、湿度δ和螺杆转动转速n,根据式(2)计算确定标准加料量Q0;\n[0042] (3)依据当前螺杆位置θ0,根据式(1)计算或者查表确定螺杆转动角度α;\n[0043] (4)通过伺服电机驱动电路驱动伺服电机3,并进而控制螺杆以转速n转动α角度;\n[0044] (5)结束返回主程序,实现螺旋不连续定量加料量Q。
