工业自动称重配料系统的设计与精度分析

自动称重配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称重并按所选配方混合的工业过程进行实时监控管理的自动化系统, 已广泛应用于冶金、 建材 、 化工 、医药、 粮食与饲料等行业 。工业配料系统的特点是:

( 1)配方可能经常变换 、 调整;

( 2)物料可能受环境温度、 湿度影响 。

( 3)各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬殊 ;

( 4)配料现场粉尘大, 环境恶劣 ;

( 5)配料速度和精度要求高 ;

1 配料系统的设计

配料系统的设计包括称重方式选择 、 给料方式选择、 生产线结构方式选择、 配料控制系统的设计等。

1. 1 称重方式选择

在工业配料过程中, 常用称量方式有进料式称量和卸料式称量 2 种 。

进料式称量有 2 种实现方法 , 第 1 种方式称为零位法, 即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料, 在称量值达到设定值时停止给料, 然后打开闸门将料卸出 , 再从零位重新称量下一物料;第2 种方式称为增量法 , 即称量料斗接收 、 称量好一种物料后 , 不排空料斗, 而是只将电子秤内部计数值清零, 再接收另一物料 。显然, 零位法的称量精度比增量法的称量精度高 。

采用进料式称量 , 当给料设备停止给料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗 , 这些余料称为落差 。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值 。

为保证称量速度和称量精度, 在进料式称量时一般采用双速给料的方法 , 即先快速给料至设定值的90%～ 95%, 以保证称量效率, 然后慢速给料 ,以保证称量精度 。

卸料式称量首先向料斗内装入始终多于配方要求的物料 , 然后自料斗内向外卸料进行称量 , 落下的物料的重量就是要配制的物料的重量 。减量法称量还可以省去料斗, 直接将传感器安装在料仓上 ,料仓中物料总重量减少的数值就是要配制的物料的重量值, 此方法由于精度太低而较少采用。减量法只能一料一秤。

同样为了兼顾速度和精度 , 减量法也采取双速卸料, 一般是先快速卸料, 到达设定值的 90%～95%时改为慢速卸料。

1. 2 给料方式选择

目前, 称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。

电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理,双质体在低临界近共振状态下工作 , 无转动部件、耗电少 、 体积小、 重量轻、 运行费用低。在给料过程中, 物料在料槽中被连续抛起 , 并按抛物线轨迹向前作跳跃运动, 因此对料槽的磨损较小 。其缺点是安装后的调试较复杂 , 调整不当会产生噪声且运行不好 。

与电磁振动给料机相比 , 螺旋给料机给料均匀 , 受外界影响小 , 机械振动小 , 运行平稳, 对称量的干扰也小 , 可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器, 重量大,效率较低。

对于液体物料 , 一般采用阀门控制给料量 。

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( 1)采用固定式单组份料斗秤的结构

每个料仓对应 1 台料斗秤 , 各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。

( 2)采用固定式多组份料斗秤的结构

几个料仓对应 l 台料斗秤 , 各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序 。

( 3)采用移动式料斗秤的结构

通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。

( 4)采用称重带式输送机式的多组份秤的结构

料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构, 各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重 。

1. 4 配料控制系统的设计

在工业配料生产过程中, 一般应该能够实现全自动 、 半自动、 手动配料 , 可以在不同工作模式之间进行切换 , 配料控制系统必须有很高的可靠性 ,保证系统连续正常工作 , 出现故障时能及时报警 ,并能够紧急停车 , 防止系统出现事故。生产过程中的上位机除了直接显示现场的生产数据外, 还要求具有历史数据的处理功能以及相应的数据报表和配方管理等功能。

配料控制系统的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是传感器与仪表的选择、 可编程控制器的选择、 上位工控计算机的选择等;软件设计主要包括可编程控制器的程序设计和上位工控计算机的监控软件设计 。

配料控制系统的传感器主要有称重传感器和料( 液)位传感器 , 一些对于物料的温度有要求的配料系统还要选择温度传感器。

2、影响配料系统精度的因素

在工业自动称重配料系统中, 还有一些因素会影响到系统的配料精度, 这些因素主要包括以下几个方面。

2. 1 物料特性

主要是指物料的流动性、物料的粘度、吸潮性以及物料形状的均匀程度等。 这些因素会直接影响到物料在配制过程中的流动情况, 从而影响到配料的精度。

2. 2 给料量的控制

( 1) 给料速度: 给料速度指标与给料精度指标是矛盾的, 加快给料速度, 可以降低配料时间, 而要求提高配料的精度, 就必须延长给料时间。

( 2) 料仓中料位的影响: 料仓中料位过低或者缺料有可能引起给料无法达到设定值。

( 3) 给料机出料口至称量料斗的高度: 切断给料机电源, 停止给料后, 自给料机至称量料斗中间的空中落料( 落差) 是影响配料精度的主要误差来源之一 。给料机出料口至称量料斗的高度越大, 落差值也越大, 精度越不易控制。

2.3 称重仪表

影响称重仪表测量精度的主要因素有: ( 1)内部模数转换器的 A/D 转换的方式 、 A/D 采样速度及转换精度; ( 2)仪表数据传送方式 , 称重仪表可以通过模拟量传输和数字量传输 2种方式将重量信号传送到可编程控制器。

2. 4 称量料斗

如果系统中每次配制的物料都较少, 称量料斗的重量会影响到称重传感器量程的选择。 另外, 称量料斗的刚度也会影响传感器的受力情况。

2. 5 系统校准精度的影响

系统必须在静态砝码校准及动态实物校准后才能投入生产, 并需要定期调校。

3、结语

自动称重配料系统是一个复杂的自动控制系统 , 必须根据所需配制的物料的特性和工艺要求 , 以及企业自身的实际情况综合考虑, 才能设计出精度高、成本低 、 符合要求的自动称重配料系统。