| 稱重配料系統的組成 | 2021-02-07 |
配料系統由以下幾部分組成: (1)給料部分 給料部分是從料倉(或反應罐)向稱重設備中加料的執行機構。根據物料的不同特性，選用不同的給料設備，如電磁振動給料機、螺旋給料機、單(雙)速電磁閥等。 (2)稱量部分 稱量部分由稱重模塊、標準連接件、接線盒和稱量斗組成，與稱量儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。 (3)排料設備 排料可以是電子秤稱重設備(減量法)或排放設備(增量法、零位法)。通常由排空 閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電(氣)動閥門等組成。所有設備均應根據現場的工藝條件和物料的性質等進行設計和選擇。 (4)控制系統 由稱重儀表、上位工控機、可編程稱重控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統在一些比較簡單的稱重配料系統中，也可以采用工業計算機(IPC)加數據采集板卡的形式進行配料的控制。 (5)校秤系統 稱重模塊應定期進行調校，以保證系統配料精度。 2配料技術的進展 配料系統由可編程控制器(P LC)來實現，上位計算機主要用于配方管理、人機對話和稱重資料的存儲打印等工作。隨著微處理器技術的發展，配料系統中的稱量儀表由最初的專用積木式儀表發展為智能化的工業控制終端以及專門的配料控制器。配料控制器是用來控制一種或多種物料的配制的微電腦系統，可以或部分取代可編程控制器，實現配料的自動化。稱量儀表的功能也由最初的資料顯示發展為具有自診斷、自動零位跟蹤、置零去皮、預置點輸出、動態稱重、數據通信等多項功能。 近年來，隨著現場總線技術的推廣，將傳統的配料控制改進為基于現場總線的控制系統成為科技進步的必然趨勢。目前，許多用于配料的稱重儀表已經有了Profibus、M odbus等現場總線接口，使基于現場總線的配料控制系統成為可能，基于現場總線的配料控制系統正在迅速推廣。 3 配料系統的設計 配料系統的設計包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產線結構方式選擇、配料控制系統的設計等。 311 稱重方式選擇 在工業配料過程中，常用稱量方式有進料式稱量和卸料式稱量2種。 進料式稱量有2種實現方法，第1種方式稱為零位法，即在稱量開始時通過給料設備向稱量料斗內給料，在稱量值達到設定值時停止給料，然后打開閘門將料卸出，再從零位重新稱量下一物料；第2種方式稱為增量法，即稱量料斗接收、稱量好一種物料后，不排空料斗，而是只將電子秤內部計數值清零，再接收另一物料。顯然，零位法的稱量精度比增量法的稱量精度高。 采用進料式稱量，當給料設備停止給料后，還將有一部分物料在空中以自由落體的方式落入稱量料斗，這些余料稱為落差。因為有落差的影響，增量法稱量物料重量的設定值應為要配制的物料標準重量減去落差值。 為保證稱量速度和稱量精度，在進料式稱量時一般采用雙速給料的方法，即先快速給料至設定值的90%～95%，以保證稱量效率，然后慢速給料，以保證稱量精度。 卸料式稱量首先向料斗內裝入始終多于配方要求的物料，然后自料斗內向外卸料進行稱量，落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。減量法稱量還可以省去料斗，直接將傳感器安裝在料倉上，料倉中物料總重量減少的數值就是要配制的物料的重量值，此方法由于精度太低而較少采用。減量法只能一料一秤。 同樣為了兼顧速度和精度，減量法也采取雙速卸料，一般是先快速卸料，到達設定值的90%～95%時改為慢速卸料。 3種方式的稱量時間和重量曲線。 在進料式稱量中，由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不凈，從而產生稱量誤差。卸料式稱量只稱量從料斗中取走的物料量并顯示其重量，不存在卸料干凈與否的問題，因而該方式特別適合于稱量難稱的物料，如易粘附的物料等，其缺點是設備比較復雜，需要同時有給料裝置和卸料裝置，要求車間高度較高，并且由于稱量料斗內的物料重量值總是高于需要配制的物料的重量值，從而導致傳感器量程增大，造成稱量精度降低。因而一般情況下卸料式稱量的精度比進料式稱量的精度低。 312 給料方式選擇 目前，稱重配料系統的給料裝置有電磁振動給料機和螺旋給料機。 電磁振動給料機運用機械振動學的共振原理，雙質體在低臨界近共振狀態下工作，無轉動部件、耗電少、體積小、重量輕、運行費用低。在給料過程中，物料在料槽中被連續拋起，并按拋物線軌跡向前作跳躍運動，因此對料槽的磨損較小。其缺點是安裝后的調試較復雜，調整不當會產生噪聲且運行不好。 與電磁振動給料機相比，螺旋給料機給料均勻，受外界影響小，機械振動小，運行平穩，對稱量的干擾也小，可以避免因振動造成的粉料分層。但螺旋給料機上安裝有電動機和減速器，重量大，效率較低。 對于液體物料，一般采用閥門控制給料量。313 生產線結構 (1)采用固定式單組份料斗秤的結構 每個料倉對應1臺料斗秤，各組份原料在稱量后由溜槽、集料帶或集料小車收集并導入后續工序。 (2)采用固定式多組份料斗秤的結構 幾個料倉對應l臺料斗秤，各組份原料在同一臺料斗秤內累加稱量后由集料帶或集料小車收集并導入后續工序。 (3)采用移動式料斗秤的結構 通過移動帶有稱量料斗的集料小車進行各種物料的累加式稱量。采用這種方式進行配料需要集料小車有很好的定位精度。 (4)采用稱重帶式輸送機式的多組份秤的結構 料倉的出料機構就是多組份秤的給料機構，各種物料在移動的配料帶上由皮帶秤進行累加稱重。 以上幾種結構的生產線中，采用固定式單組份料斗秤的結構的生產線的配料精度，但由于每 稱重方式(a )增量法 (b )零位法 (c )減量法種物料都要有1臺稱重儀表和l 套傳感器/稱重模塊，因而成本也。采用固定式單組份料斗秤結構并采用集料小車收集配制完畢的物料的配料生產線結構原理1.料倉2.給料機3.稱量料斗4.集料小車 314 配料控制系統的設計 在工業配料生產過程中，一般應該能夠實現全自動、半自動、手動配料，可以在不同工作模式之間進行切換，配料控制系統必須有很高的可靠性，保證系統連續正常工作，出現故障時能及時報警，并能夠緊急停車，防止系統出現事故。生產過程中的上位機除了直接顯示現場的生產數據外，還要求具有歷史數據的處理功能以及相應的數據報表和配方管理等功能。 配料系統的設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設計主要是稱重模塊與稱重儀表的選擇、可編程控制器的選擇、上位工控計算機的選擇等；軟件設計主要包括可編程控制器的程序設計和上位工控計算機的監控軟件設計。 控制模塊主要有料(液)位傳感器，一些對于物料的溫度有要求的配料系統還要選擇溫度傳感器模塊。 稱重儀表的選擇，主要應考慮與稱重模塊合理搭配，以合理的成本獲得較高的精度?？删幊炭刂破鞯倪x擇，主要是根據系統的功能要求，選擇合適點數的帶有模數轉換模塊的可編程控制器。上位工控計算機的軟件設計主要由工業監控組態軟件實現配料系統實時監控，監控組態軟件集成了人機界面技術、數據庫技術、控制技術、網絡與通信技術，使控制系統開發人員通過可視化的組態方式，完成監控程序的設計。 P LC 的程序流程主要包括接收由上位機傳來的配方數據，根據各輸入信號的狀態及儀表數據來控制配料的進程，并對各種異常狀態做出相應報警和處理。其關鍵在于設計合理的雙速配料流程。 4 影響配料精度的主要因素 對于工業稱重配料系統而言，配料精度是關系到系統設計成功與否的關鍵。影響稱重配料系統精 度的因素很多，主要有以下幾個方面。 411 稱重模塊 電阻應變式稱重模塊是目前稱重配料系統中的防稱重傳感器，影響其測量精度的主要因素有: (1)受力形式與安裝方式的選擇 稱重傳感器有受拉和受壓2種形式，其安裝形式有l 點式安裝、3點式安裝、4點式安裝3種。拉力傳感器稱重模塊一般采用懸吊安裝，因給料沖擊和閘門開啟等使稱量料斗晃動會影響稱重模塊的計量性能。壓力稱重模塊采用固定安裝，只能承受垂直作用力來測量重量，水平稱重模塊力會導致稱重模塊彈性梁的損壞。無論哪種傳感器，在多稱重模塊安裝時，都會有各稱重模塊受力不均的現象，從而對系統精度產生影響。 (2)密封方式的選擇 稱重模塊安裝在工業現場，環境比較惡劣，必須采用密封措施，否則就會受到工作現場潮氣、腐蝕性氣體、灰塵等的損害。密封是防爆電子秤傳感器稱重模塊長期可靠穩定工作的保證，因此必稱重模塊須根據稱量現場的實際情況，選擇合適的密封方式。 (3)量程選擇 傳感器的量程的選擇取決于下列因素:①被稱物料的重量;②料斗自重;③稱重模塊的設置數量;④正常工作下，可能產生的偏載;⑤正常工作下，可能產生的動載和沖擊及其他附加干擾力。從系統的可靠性來考慮，應選擇較大量程的稱重模塊，但從稱量精度角度來看，稱重模塊應選擇較小量程，因此，必須根據具體情況合理選擇稱重模塊的量程，一般應使傳感器工作于其滿量程的30%～70%之間。 (4) 稱重模塊性能指標 主要是指非線性誤差、遲滯、重復性、零漂和蠕變等指標，這些誤差將對傳感器的合成誤差產生影響。 (5)稱重模塊的橋路連接 在工業應用中一般采用多稱重模塊串聯或并聯方式，以獲得較大信號輸入并減小單個傳感器的量程。目前一般采用并聯組秤的方式。 412 稱重儀表 影響稱重儀表測量精度的主要因素有:(1)內部模數轉換器的A/D轉換的方式、A/D采樣速度及轉換精度;(2)稱重儀表數據傳送方式，稱重儀表可以通過模擬量傳輸和數字量傳輸2種方式將重量信號傳送到可編程控制器。 413 物料特性 主要是指物料的流動性、物料的粘度、吸潮性以及物料形狀的均勻程度。 414 給料量的控制 (1)給料速度 給料速度指標與給料精度指標是矛盾的，加快給料速度，可以縮短配粉時間，而要求提高配粉精確度，就必須延長給料時間。 (2)料倉中料位的影響 料倉中料位過低或者缺料有可能引起給料無法達到設定值。 (3)給料機出料口至稱量料斗的高度 切斷給料機電源，停止給料后，給料機至稱量料斗間的空中落料(落差)是影響配料精度的主要誤差來源之一。給料機出料口至稱量料斗的高度越大，落差值也越大，精度越不易控制。 415 稱量料斗 如果系統中每次配制的物料都較少，稱量料斗的重量會影響到防爆電子秤稱重傳感器稱重模塊量程的選擇。稱量料斗的剛度也會影響防爆電子秤傳感器稱重模塊的受力情況。 416 控制元件的響應時間和執行機構的行程時間控制元件的響應時間和執行機構的行程時間都會影響配料系統的精度，而這2個時間與器件的性能和使用時間的長短有關系。417 系統校準精度的影響 系統必須在靜態砝碼校準及動態實物校準后才能投入生產，并需要定期調校。 418 稱重控制算法的設計 采用進料式稱量時，由于落差的影響，當停止給料后，還有一部分物料在空中以自由落體方式落入稱量料斗。為了保證配料精度，必須設計一個合理算法，對終止給料提前量進行控制，以減小落差對配料精度產生的影響，使實際配料值保持在誤差范圍內。 5 結束語 自動配料系統是一個復雜的稱重系統，必須根據所需配制的物料的特性和工藝要求，以及企業自身的實際情況綜合考慮，才能設計出精度高、成本低、符合要求的自動配料系統。
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