连续计量给料控制方法

技术领域

本发明涉及给料称重技术领域，具体而言，涉及一种连续计量给料控制方法。

背景技术

在工业领域中，为了保证产品的品质的一致性，原材料的配比需要严格按照设定的配方值进行执行，因此就需要给料系统能够精确的计量各种物料。现有技术一般通过下料装置与计量装置的结合使用来实现对物料的精确计量，下料装置的下料口与计量装置的进料口相连，通过下料装置控制下料量，使用计量秤对物料进行计量。

在锂离子电池制造行业，以双螺杆挤出机为核心设备的连续式制浆系统大幅度提高了分散效率，具有效率高、能耗低等显著优势，但对给料系统提出了连续高精度计量的要求。给料系统按单组分采用失重法按设置流量连续给料，但是在计量装置补料阶段时，粉体、液体等物料的冲击会给计量称带来极大的干扰。补料速度快，冲击越大，计量称波动越大；补料速度慢，冲击越小，波动越小，但持续时间长。在连续式制浆生产过程中，计量装置的物料补充时间和系统稳定时间的总和占比约在10％-20％，极大地影响配比的准确性。针对该问题，在补料阶段计量装置的出料电机一般按补料前一时刻的速度或前一段时刻的平均速度运行进行出料，补料阶段为计量盲区。

补料阶段形成计量盲区，导致给料系统的动态计量波动大，因此制约了锂电池产品合浆品质一致性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种连续计量给料控制方法，能够有效的实现对多个补料系统交替过程进行闭环控制，实现稳定出料，提高锂离子电池合浆工序的一致性与稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种连续计量给料控制方法，包括：单下料装置下料过程：

控制第一下料装置匀速下料，第二下料装置补料或等待；

对第一下料装置和第二下料装置的重量和进行闭环控制，调节第一下料装置和第二下料装置的螺杆电机转速；

下料装置切换过程：

控制第一下料装置由匀速阶段减速下料，控制第二下料装置由静止阶段加速下料，使得第一下料装置和第二下料装置的重量之和保持恒定失重量。

进一步地，下料装置切换过程中第一下料装置和第二下料装置形成恒定失重量的下料速率与单下料装置下料过程中单独第一下料装置匀速下料或单独第二下料装置匀速下料的下料速率相同。

进一步地，在下料切换过程中，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度。

进一步地，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤包括：

控制第一下料装置在到达重量临界值时开始减速，减速过程为开环控制，第一下料装置的重量与时间存在连续的函数关系：M

控制第二下料装置的失重量，使得第二下料装置的失重量与时间之间存在连续的函数关系u

通过函数M

进一步地，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤还包括：

获取第一下料装置和第二下料装置的目标重量之和M

获取第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和；

计算目标重量之和与实际重量之和之间的差值ΔM；

根据差值ΔM利用PID进行闭环控制，得到流量补偿值u(t)。

进一步地，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤还包括：

将流量补偿值u(t)与第二下料装置的目标流量u

根据流量偏差Δu进行PID调控，得到螺杆电机的转速v(t)；

将得到的转速v(t)作用于第二下料装置的电机，控制第二下料装置的下料速度。

进一步地，在下料装置切换过程中，当第一下料装置减速至零时，锁定此时第一下料装置的重量值为M

进一步地，在单下料装置下料过程中，采用下料装置重量之和进行控制，该重量之和是由匀速下料装置的重量加上未下料装置锁定的重量M

进一步地，以两个切换过程之间的间隔为一个周期，在一个周期内，第一下料装置和第二下料装置的重量之和为分段函数，其中分段函数的分界点为两个下料装置同时下料至其中一个下料装置单独下料的切换点，其中两个下料装置同时下料时，两个下料装置之和为两个下料装置的实际重量之和，一个下料装置单独下料时，两个下料装置之和为单独下料的下料装置的实际重量与锁定的下料装置的锁定重量之和。

进一步地，以两个切换过程之间的间隔为一个周期，在一个周期内，下料装置切换过程占据一个周期时长的比例为1/15～1/10。

应用本发明的技术方案，连续计量给料控制方法包括：单下料装置下料过程：控制第一下料装置匀速下料，第二下料装置补料或等待；对第一下料装置和第二下料装置的重量和进行闭环控制，调节第一下料装置和第二下料装置的螺杆电机转速；下料装置切换过程：控制第一下料装置由匀速阶段减速下料，控制第二下料装置由静止阶段加速下料，使得第一下料装置和第二下料装置的重量之和保持恒定失重量。该连续计量给料控制方法采取嵌套闭环控制，能够实现两个下料装置在切换过程中总给料量保持稳定，下料装置补料重量变化不会对系统产生影响，使得合浆系统能够一直稳定运行，消除补料过程中动态计量波动大的问题，有效的实现对多个补料系统交替过程进行闭环控制，实现稳定出料，提高锂离子电池合浆工序的一致性与稳定性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的连续计量给料控制方法的切换控制流程图；

图2示出了本发明实施例的连续计量给料控制方法的主控制流程图；

图3示出了本发明实施例的连续计量给料控制方法的补料控制流程图；

图4示出了本发明实施例的连续计量给料控制方法的控制流程图；

图5示出了本发明实施例的连续计量给料控制的下料装置重量曲线图；以及

图6示出了本发明实施例的连续计量给料控制的下料装置重量之和曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合参见图1至图6所示，本发明提供了一种连续计量给料控制方法，包括：

单下料装置下料过程：

控制第一下料装置匀速下料，第二下料装置补料或等待；

对第一下料装置和第二下料装置的重量和进行闭环控制，调节第一下料装置和第二下料装置的螺杆电机转速；

下料装置切换过程：

控制第一下料装置由匀速阶段减速下料，控制第二下料装置由静止阶段加速下料，使得第一下料装置和第二下料装置的重量之和保持恒定失重量。

在本实施例中，连续计量给料控制方法采用第一下料装置和第二下料装置两个下料装置进行连续计量给料，第一下料装置和第二下料装置均用于称量物料的质量，下料结构先后对第一下料装置和第二下料装置进行补料，在补料过程中，由于物料的冲击力作用，第一下料装置和第二下料装置计量的物料的质量不准确，因此，通过第一下料装置和第二下料装置先后进行补料，当两者之一进行补料时，物料输出通过两者之另一实现，具体来说，下料结构向第一下料装置内进行补料，补料结束并待第一下料装置内的物料稳定后，以此时第一下料装置称量的物料的质量作为第一下料装置内的物料的质量，在此过程中，第二下料装置持续输出物料，随后，第一下料装置开始输出物料，下料结构向第二下料装置内进行补料，补料结束并待第二下料装置内的物料稳定后，以此时第二下料装置称量的物料的质量作为第二下料装置内的物料的质量，在此过程中，第一下料装置持续输出物料，如此往复。第一下料装置和第二下料装置的补料工作交替进行，避免物料的冲击力导致第一下料装置或第二下料装置的称量数值不准确，保证配料的准确性；第一下料装置和第二下料装置的物料输出工作交替进行，保证物料的持续输出，进而保证足够高的配料效率。

该连续计量给料控制方法采取嵌套闭环控制，能够实现两个下料装置在切换过程中总给料量保持稳定，下料装置补料重量变化不会对系统产生影响，使得合浆系统能够一直稳定运行，消除补料过程中动态计量波动大的问题，有效的实现对多个补料系统交替过程进行闭环控制，实现稳定出料，提高锂离子电池合浆工序的一致性与稳定性。

在一个实施例中，下料装置切换过程中第一下料装置和第二下料装置形成恒定失重量的下料速率与单下料装置下料过程中单独第一下料装置匀速下料或单独第二下料装置匀速下料的下料速率相同。

在本实施例中，使得料装置切换过程中第一下料装置和第二下料装置形成恒定失重量的下料速率与单下料装置下料过程中单独第一下料装置匀速下料或单独第二下料装置匀速下料的下料速率相同，能够保证在整个下料过程中，下料速率始终保持恒定，也即给料量一直保持稳定，在进行单下料装置下料过程和下料装置切换过程的切换时，也不会对下料速率造成影响，保证了下料速率的稳定性，保证了给料量始终保持恒定，避免补料重量变化对系统产生影响，使得合浆系统能够一直稳定运行，消除补料过程中动态计量波动大的问题。

在一个实施例中，在下料切换过程中，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度。

在本实施例中，在进行单下料装置下料过程和下料装置切换过程两个过程的切换时，由于第一下料装置的重量变化是可以直接测量获得的，因此可以根据第一下料装置的料体重量变化来相应调整第二下料装置的下料量，进而使得第一下料装置和第二下料装置的重量之和保持恒定失重量。

由于下料装置一般采用螺杆电机进行给料控制，因此，在检测并获得第一下料装置的料体重量变化之后，可以根据第一下料装置的料体重量变化获取相应的料体重量变化函数，并依据该料体重量变化函数来推导第二下料装置的给料重量变化函数，进而使得第二下料装置的给料与第一下料装置的料体重量变化匹配，使得第一下料装置和第二下料装置的重量之和保持恒定失重量，使得总给料量保持稳定。

在一个实施例中，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤包括：

控制第一下料装置在到达重量临界值时开始减速，减速过程为开环控制，第一下料装置的重量与时间存在连续的函数关系：M

控制第二下料装置的失重量，使得第二下料装置的失重量与时间之间存在连续的函数关系u

通过函数M

在本实施例中，第一下料装置在单独下料阶段为匀速下料，在到达重量临界值时开始减速，下料速度发生变化，第一下料装置的下料速度变化会带来第一下料装置的重量变化，且第一下料装置的重量变化与时间之间存在关联，可以用函数关系进行表示，如此一来，就可以根据第一下料装置的重量变化确定第二下料装置的失重量，并且根据第一下料装置的重量变化函数确定第二下料装置的失重量变化函数，使得第一下料装置和第二下料装置之间的失重量之和恒定，也即在第一下料装置开始减速的开环控制过程中，不去单独计算第一下料装置本身的具体重量变化，而是通过将第二下料装置的失重量与第一下料装置的重量变化进行关联，使得第一下料装置和第二下料装置的失重量之和保持恒定，进而通过对失重量的总量控制实现对第二下料装置的下料调节。

在本实施例中，重量临界值可以根据需要进行设定，从重量临界值到切换下料装置所需的时间需要小于一个切换周期总时长的1/4，也即下料装置切换过程的时长占单下料装置下料过程和下料装置切换过程的总时长的比例不超过1/4。在一个实施例中，从重量临界值到切换下料装置所需的时间占据一个切换周期总时长的1/15～1/9。重量临界值的确定可以根据该时间长度进行设定。

在一个实施例中，以两个切换过程之间的间隔为一个周期，在一个周期内，下料装置切换过程占据一个周期时长的比例为1/15～1/10。

该种设计可以避免下料装置切换过程的时长过长导致整个下料周期的时长大幅度增加，严重降低下料效率，也可以避免下料装置切换过程的时长过短导致缓冲时间过短，造成切换过程中料体对下料装置的冲击过大，导致下料装置在切换过程中的稳定性较差，影响切换过程的稳定性。

在一个实施例中，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤还包括：

获取第一下料装置和第二下料装置的目标重量之和M

获取第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和；

计算目标重量之和与实际重量之和之间的差值ΔM；

根据差值ΔM利用PID进行闭环控制，得到流量补偿值u(t)。

在本实施例中，在通过第一下料装置的重量变化控制第二下料装置的失重量的过程中，第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和需要满足目标重量之和，由于控制过程中存在着调节偏差，因此，需要根据实际重量之和与目标重量之和的差值来对第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和进行调节，使得第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和与目标重量之和的差值能够在允许的范围内，从而保证第一下料装置和第二下料装置的目标重量之和能够满足下料过程中的要求。

在目标重量之和与实际重量之和之间的差值ΔM进行补偿时，可以采用PID进行闭环控制，根据目标重量之和与实际重量之和之间的差值ΔM可以确定第二下料装置的流量补偿值，进而根据计算出的流量补偿值对第二下料装置的流量进行调节，使得第一下料装置和第二下料装置的实际重量之和能够与目标重量之和匹配。

在一个实施例中，根据第一下料装置的重量变化调节第二下料装置的下料速度的步骤还包括：

将流量补偿值u(t)与第二下料装置的目标流量u

根据流量偏差Δu进行PID调控，得到螺杆电机的转速v(t)；

将得到的转速v(t)作用于第二下料装置的电机，控制第二下料装置的下料速度。

在本实施例中，在进行流量补偿的过程中，第二下料装置通过螺杆电机控制转速实际得到的流量补偿值与根据计算所得到的目标流量之间会存在一定差值，为了提高流量补偿精度，使得流量补偿能够与第二下料装置的目标流量匹配，可以根据实际运行过程中目标流量与实际流量之间的流量偏差来进行PID控制，得到修正的螺杆电机的转速v(t)，进而可以将得到的转速v(t)作用于第二下料装置的电机，控制第二下料装置的下料速度，使得第二下料装置的下料速度能够满足第二下料装置的失重量变化要求，实现对第二下料装置的失重量的精确控制。

在一个实施例中，在下料装置切换过程中，当第一下料装置减速至零时，锁定此时第一下料装置的重量值为M

在一个实施例中，在单下料装置下料过程中，采用下料装置重量之和进行控制，该重量之和是由匀速下料装置的重量加上未下料装置锁定的重量M

在第一下料装置的单独下料过程中，第二下料装置包括补料过程和等待过程，其中补料速度是无法测量的，因此，在进行补料过程中，是无法准确进行物料重量的计量的，为了解决这一问题，本申请采用对未下料装置进行锁重量处理，也即对处于补料过程和等待过程的第二下料装置的重量不进行计算，由于这一过程仅有第一下料装置单独下料，因此通过对第二下料装置的下料进行控制，就可以准确控制下料量，实现失重量的准确控制。在这一过程中，并不计算第二下料装置的实际重量，而是以第二下料装置在补料前的重量替代第二下料装置的实际重量参与下料装置的总重量控制，由于第二下料装置的重量锁定，相当于此时的第二下料装置的重量恒定，因此使得第一下料装置和第二下料装置的总的失重量变得可控，使得下料装置补料重量变化不会对系统产生影响，使得合浆系统能够一直稳定运行，消除补料过程中动态计量波动大的问题。

在第一下料装置达到重量临界值时，此时可以开始对第一下料装置的下料和第二下料装置的下料进行联动控制，使得第一下料装置和第二下料装置的总的失重量保持恒定，保证系统的稳定运行。当第一下料装置停止下料时，此时可以获取到第二下料装置的实际重量，并以第二下料装置的实际重量进行下料控制，同时对第一下料装置进行锁重量，进行下一个循环。

在一个实施例中，以两个切换过程之间的间隔为一个周期，在一个周期内，第一下料装置和第二下料装置的重量之和为分段函数，其中分段函数的分界点为两个下料装置同时下料至其中一个下料装置单独下料的切换点，其中两个下料装置同时下料时，两个下料装置之和为两个下料装置的实际重量之和，一个下料装置单独下料时，两个下料装置之和为单独下料的下料装置的实际重量与锁定的下料装置的锁定重量之和。

结合参见图3所示，下料装置的补料过程如下：

首先，系统需要检测是否启动补料过程，当检测到需要启动补料过程时，进入到等待补料流程开始的截断，然后需要检测第一下料装置和第二下料装置的状态，判断需要进行补料的下料装置的装置号，当判断第一下料装置需要补料时，此时对第一下料装置进行补料，并在第一下料装置补料完成后，写入补料完成标志位，完成第一下料装置的补料，并切换至对第二下料装置进行补料的状态。当判断第二下料装置需要补料时，此时对第二下料装置进行补料，并在第二下料装置补料完成后，写入补料完成标志位，完成第二下料装置的补料，并切换至对第一下料装置进行补料的状态。通过上述方式，可以实现对第一下料装置和第二下料装置的循环补料。

下面结合图5和图6所示，对下料装置的下料控制过程进行说明。

选取下料装置的重量变化曲线的t

(1)单下料装置匀速下料过程，该过程中：

其中t

其中t

(2)下料装置切换过程，该过程中：

其中t

以t

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。