*3510-1T tedea稱重傳感器北京盛世歐亞控股有限公司
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北京盛世歐亞控股有限公司
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　　工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)的設(shè)計與精度分析

　　自動稱重配料系統(tǒng)是對粉?；蛞后w物料進行單秤稱重并按所選配方混合的工業(yè)過程進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng), 已廣泛應(yīng)用于冶金、 建材 、 化工 、醫(yī)藥、 糧食與飼料等行業(yè) 。工業(yè)配料系統(tǒng)的特點是:

　　( 1)配方可能經(jīng)常變換 、 調(diào)整;

　　( 2)物料可能受環(huán)境溫度、 濕度影響 。

　　( 3)各組份在配方中所占比例不同, 有時甚至差異懸殊 ;

　　( 4)配料現(xiàn)場粉塵大, 環(huán)境惡劣 ;

　　( 5)配料速度和精度要求高 ;

　　1　 配料系統(tǒng)的設(shè)計

　　配料系統(tǒng)的設(shè)計包括稱重方式選擇 、 給料方式選擇、 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、 配料控制系統(tǒng)的設(shè)計等。

　　1. 1　 稱重方式選擇

　　在工業(yè)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(xiàn)方法 , 第 1 種方式稱為零位法, 即在稱量開始時通過給料設(shè)備向稱量料斗內(nèi)給料, 在稱量值達到設(shè)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(nèi)部計數(shù)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(dāng)給料設(shè)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(shè)定值應(yīng)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(shè)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(nèi)裝入始終多于配方要求的物料 , 然后自料斗內(nèi)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(shù)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(shè)定值的 90%～95%時改為慢速卸料。

　　1. 2　 給料方式選擇

　　目前, 稱重配料系統(tǒng)zui常用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(xué)的共振原理,雙質(zhì)體在低臨界近共振狀態(tài)下工作 , 無轉(zhuǎn)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(xù)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(diào)試較復(fù)雜 , 調(diào)整不當(dāng)會產(chǎn)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(wěn), 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 。

　　1. 3　 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

　　( 1)采用固定式單組份料斗秤的結(jié)構(gòu)

　　每個料倉對應(yīng) 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(dǎo)入后續(xù)工序。

　　( 2)采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)

　　幾個料倉對應(yīng) l 臺料斗秤 , 各組份原料在同一臺料斗秤內(nèi)累加稱量后由集料帶或集料小車收集并導(dǎo)入后續(xù)工序 。

　　( 3)采用移動式料斗秤的結(jié)構(gòu)

　　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(jié)構(gòu)

　　料倉的出料機構(gòu)就是多組份秤的給料機構(gòu), 各種物料在移動的配料帶上由皮帶秤進行累加稱重 。

　　1. 4　 配料控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　在工業(yè)配料生產(chǎn)過程中, 一般應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)必須有很高的可靠性 ,保證系統(tǒng)連續(xù)正常工作 , 出現(xiàn)故障時能及時報警 ,并能夠緊急停車 , 防止系統(tǒng)出現(xiàn)事故。生產(chǎn)過程中的上位機除了直接顯示現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)外, 還要求具有歷史數(shù)據(jù)的處理功能以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表和配方管理等功能。

　　配料控制系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要是傳感器與儀表的選擇、 可編程控制器的選擇、 上位工控計算機的選擇等;軟件設(shè)計主要包括可編程控制器的程序設(shè)計和上位工控計算機的監(jiān)控軟件設(shè)計 。

　　配料控制系統(tǒng)的傳感器主要有稱重傳感器和料( 液)位傳感器 , 一些對于物料的溫度有要求的配料系統(tǒng)還要選擇溫度傳感器。

　　2、影響配料系統(tǒng)精度的因素

　　在工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)中, 還有一些因素會影響到系統(tǒng)的配料精度, 這些因素主要包括以下幾個方面。

　　2. 1　 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等。 這些因素會直接影響到物料在配制過程中的流動情況, 從而影響到配料的精度。

　　2. 2　 給料量的控制*3510-1T tedea稱重傳感器

　　( 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, 可以降低配料時間, 而要求提高配料的精度, 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(shè)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, 自給料機至稱量料斗中間的空中落料( 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。

　　2.3　 稱重儀表

　　影響稱重儀表測量精度的主要因素有: ( 1)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 A/D 轉(zhuǎn)換的方式 、 A/D 采樣速度及轉(zhuǎn)換精度; ( 2)儀表數(shù)據(jù)傳送方式 , 稱重儀表可以通過模擬量傳輸和數(shù)字量傳輸 2種方式將重量信號傳送到可編程控制器。

　　2. 4　 稱量料斗

　　如果系統(tǒng)中每次配制的物料都較少, 稱量料斗的重量會影響到稱重傳感器量程的選擇。 另外, 稱量料斗的剛度也會影響傳感器的受力情況。

　　2. 5　 系統(tǒng)校準精度的影響

　　系統(tǒng)必須在靜態(tài)砝碼校準及動態(tài)實物校準后才能投入生產(chǎn), 并需要定期調(diào)校。

　　如何選用優(yōu)質(zhì)混凝土配料控制系統(tǒng)

　　近年來，我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家對橋梁、道路以及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入大大增加 ,使得商品混凝土行業(yè)迅速逢勃發(fā)展。特別是西部大開發(fā), 西氣東輸、南水水調(diào)、計劃順利實施以及高速公路迅猛發(fā)展,人們對優(yōu)質(zhì)混凝土的需求不斷增加，促使了混凝土生產(chǎn)機械得到了較快的發(fā)展。國內(nèi)許多建機廠也都擴大了生產(chǎn)規(guī)模，抓緊了開發(fā)新品 ,提高自身的競爭力 ,以促進企業(yè)良好的發(fā)展。隨著建機產(chǎn)品需求量的增加, 某些不具備生產(chǎn)條件的企業(yè)也盲目生產(chǎn),造成市場上建機產(chǎn)品種類繁多 , 良莠不齊的局面。而混凝土的質(zhì)量將直接影響到橋梁、水庫、大壩、房屋等的安全,這是關(guān)于國計民生的大事,因此，對于如何選擇高品質(zhì)的混凝土生產(chǎn)機械生產(chǎn)出高效益, 高品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)混凝土已成為混凝土生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)心的問題。在混凝土生產(chǎn)設(shè)備中，混凝土配料控制系統(tǒng)的好壞直接影響到生產(chǎn)商品混凝土的質(zhì)量，這顯得至關(guān)重要!因此，在這里對混凝土攪拌站混凝土控制系統(tǒng)的選用談兩點看法，以供混凝土生產(chǎn)企業(yè)參考。

　　1　 配料控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性

　　控制系統(tǒng)的使用可靠性和穩(wěn)定性是考查配料控制系統(tǒng)是否優(yōu)質(zhì)的一個極其重要的因素。因為它將直接影響到整個工廠的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益 , 尤其有些配料控制系統(tǒng)是單機配置的, 一但發(fā)生故障就會影響生產(chǎn),有時所造成的損失難以估計。選擇配料控制系統(tǒng)時需注意其配套元器件的質(zhì)量和自身加工質(zhì)量的穩(wěn)定性, 如質(zhì)量好的配料控制器一般采用進口各廠出品器件, 如開關(guān) 、PLC、繼電器等 。為了避免因器件問題而造成的經(jīng)濟損失 ,同時在選擇系統(tǒng)時，應(yīng)該注意制造商的商業(yè)背景,選擇具有較好的度 ,并有良好商業(yè)背景及有實力的企業(yè)所提供的產(chǎn)品 。一般在推向市場前都會在試驗室里做多次試驗,以確保產(chǎn)品成熟后才推向市場,因此選用這些廠商的系統(tǒng)在質(zhì)量上有保證 。而小企業(yè)不愿意承擔(dān)或承擔(dān)不起，從開始到完善產(chǎn)品這一階段的巨額的開發(fā)費用。因此,往往一個產(chǎn)品開發(fā)出來,沒有經(jīng)過大量的試驗 ,就急匆匆的投入市場, 以求盡快收回投資 ,這樣就勢必將用戶作為試驗對象 ,一旦混凝土生產(chǎn)企業(yè)選用了設(shè)計不成熟的產(chǎn)品 , 將給用戶帶來了無盡的后患和難以預(yù)計的損失 ,因此，在挑選控制系統(tǒng)要盡量選擇成熟定型的產(chǎn)品,而不要被某些概念化的，或低價格的產(chǎn)品所迷惑。

　　2　 混凝土的配料控制系統(tǒng)的稱量精度

　　混凝土的質(zhì)量與攪拌站配料控制系統(tǒng)的稱量精度緊密相關(guān), 稱量精度也是衡量攪拌站控制系統(tǒng)生產(chǎn)性能的重要指標之一。商品混凝土產(chǎn)量大、 生產(chǎn)率高、 質(zhì)量要求嚴格 ,, 必須保證選用精準的配料控制系統(tǒng)，來達到優(yōu)質(zhì)高效。典型的混凝土的混凝土配料控制系統(tǒng), 是由稱重傳感器, 配料儀表、PLC 及上位機等幾部份組成。配料控制系統(tǒng)的稱量精度與傳感器和配料儀表的選擇有很大的關(guān)系。對于傳感器, 由于攪拌站使用環(huán)境惡劣,溫差變化大 、 粉塵多所以傳感器選擇時應(yīng)考慮使用的環(huán)境溫度 ,可以防潮 ,防霉的,并根據(jù)稱量精度的要求正確地選擇靈敏度、誤差及其zui大稱量值。同時要考慮傳感器的防護等級, 盡可能選用防護等級較高的傳感器,這樣即使在極惡劣的環(huán)境下，也可以取得良好的輸出精度。

　　配料儀表作為控制部件與傳感器之間的橋梁, 它的質(zhì)量高低也將直接影響整個配料控制系統(tǒng)的輸出精度, 因此需要考慮性能價格比。對于采用 A/D 轉(zhuǎn)換，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換速率較快的儀表 ; 以求達到準確而快速的效果。隨著國內(nèi)市場的開放 ,許多外資企業(yè)已在國內(nèi)設(shè)廠 ,因此盡可能選擇技術(shù)含量高, 質(zhì)量穩(wěn)定的外商獨資企業(yè)的產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的稱量精度。雖然與國產(chǎn)儀表相比價格貴點,但用戶還可以接受。

　　混凝土的質(zhì)量與混凝土配料控制系統(tǒng)的好壞有著密切關(guān)系，配料控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及稱量精度都是考查配料控制系統(tǒng)是否優(yōu)質(zhì)的重要因素。對于正在蓬勃發(fā)展的混凝土行業(yè)，企業(yè)的投資規(guī)模大 ,技術(shù)改造頻繁, 設(shè)備需求量大 ,高品質(zhì)的機械設(shè)備, 市場前景非常廣闊。而對于用戶來說，只要能選擇性價比好、 性能又穩(wěn)定可靠的以及具有較好的商業(yè)背景和有實力的公司合作，就可以取得相當(dāng)滿意的生產(chǎn)效益了。

　　可控制多種不同物料成分的配料控制器

　　聯(lián)合控制系統(tǒng)公司在北美市場宣布新產(chǎn)品高速f805-f型配料稱重控制器，它主要用于食品、化工和制藥等行業(yè)。這種設(shè)計的主要優(yōu)點是能夠控制多種不同的物料，且有多種配方選擇。

　　200個存儲配方zui多可以有30步的順序控制5種原料供應(yīng)儲存，雙速灌裝，具有點動功能控制每個成分。擴大到16箱可以用插件擴展卡。原料配方可用確定的字母數(shù)字名稱以便于使用。積累是保持每個配方公式給出的總重量，配料物料數(shù)的總計數(shù)量。較高的積累水平保持在所有配方過程的總計。數(shù)據(jù)采集功能的高速A/D轉(zhuǎn)換，滾動平均計算，給出一個真實的稱重結(jié)果每秒200。設(shè)置和操作的彩色觸摸屏顯示或通過一個免費的實用工具制造商提供的標準的RS-232商口。使用該軟件，該配方可讀取存檔，修改，然后寫入稱重儀表。

　　我司所生產(chǎn)的JY500系列產(chǎn)品中，JY500A1等配料定量控制器也有類似功能，下面以JY500A1產(chǎn)品為例。

　　JY500A1配料定量控制器主要應(yīng)用于冶金高爐、化工、飼料等需要配料控制的場合，其可控制6種不同種類的物料，且有9種配方供用戶選擇，也可根據(jù)用戶需求進行定制擴展，模擬了數(shù)字雙重濾波。為了確保配料精度，提供了快慢兩種加料速度，物料的落差會自動修正，方便用戶使用;本產(chǎn)品也是采用自動加料控制，帶點動補償，自動錯誤診斷。為了保護用戶的利益，本產(chǎn)品可密碼設(shè)定關(guān)機時間，配料過程若出現(xiàn)斷電時還有保護功能;對提供的配方、實際配料重量和下料累計值都有打印功能，以便生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理及統(tǒng)計。

　　自動稱重配料系統(tǒng)是對粉?；蛞后w物料進行單秤稱重，并按所選配方混合，這一工業(yè)過程進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng), 這種系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食及飼料等行業(yè)，能為生產(chǎn)節(jié)省大量的勞動力，為生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的效益。 一般的工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。

　　( 1) 配料控制系統(tǒng): 配料控制系統(tǒng)由可編程控制器、稱重儀表、上位工控機以及其它控制器件等組成。

　　( 2) 給料部分: 給料部分是從料倉或儲罐向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機構(gòu)。 根據(jù)物料的不同特性, 可以選用不同的給料設(shè)備, 如螺旋給料機、單(雙) 速電磁閥、電磁振動給料機等等。

　　(3) 排料設(shè)備: 排料可以是稱重設(shè)備(減量法) 或排放設(shè)備(零位法、增量法)。 通常由排空閥門、螺旋給料機、電( 氣) 動閥門、電磁振動給料機等組成。 所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)物料的性質(zhì)和現(xiàn)場的工藝條件進行選擇和設(shè)計。*3510-1T tedea稱重傳感器

　　( 4) 稱量部分: 稱量部分由標準連接件、稱量斗、接線盒和傳感器組成, 與稱重儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。

　　( 5) 校秤系統(tǒng): 配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進行定期調(diào)校, 以確保系統(tǒng)配料精度 。

　　下文就對各有關(guān)部分對精度的影響作出如下的分析:

　　1 　 稱重配料控制系統(tǒng)對精度的影響

　　工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)一般采用集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或基于現(xiàn)場總線的控制結(jié)構(gòu), 對于一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng), 也可以采用工業(yè)計算機加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進行配料過程的控制。 一種典型的基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)如圖1 所示。

　　配料控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。 硬件部分主要是稱重傳感器、稱量儀表、可編程控制器、上位工控計算機等; 軟件部分則主要包括可編程控制器的控制算法和上位工控計算機的監(jiān)控程序。

　　配料控制系統(tǒng)中影響配料精度的因素主要有稱重儀表、稱重傳感器、控制元件的響應(yīng)時間和PLC的控制算法以及執(zhí)行機構(gòu)性行程時間等。

　　1. 1　 稱重傳感器

　　電阻應(yīng)變式傳感器是目前稱重配料系統(tǒng)中zui常用的的稱重傳感器, 影響其測量精度的主要因素有以下幾方面。

　　( 1) 密封方式的選擇

　　稱重傳感器安裝在工業(yè)現(xiàn)場, 環(huán)境比較惡劣, 若不加可靠密封, 就會受到工作現(xiàn)場潮氣、腐蝕性氣體、灰塵等的損害, 從而使系統(tǒng)精度受到影響, 因此必須選擇合適的密封方式, 以保證傳感器長期可靠穩(wěn)定工作。

　　( 2) 受力形式與安裝方式的選擇: 稱重傳感器有受拉和受壓兩種形式, 其安裝形式有一點式安裝、三點式安裝、四點式安裝三種。 拉力傳感器一般采用懸吊安裝, 因給料沖擊和閘門開啟等使稱量料斗晃動會影響傳感器的計量性能。 壓力傳感器采用固定安裝, 只能承受垂直作用力來進行測量, 水平力有可能導(dǎo)致傳感器彈性梁的損壞 。無論哪種傳感器, 在多傳感器安裝時, 都會有各傳感器受力不均的現(xiàn)象, 從而對系統(tǒng)精度產(chǎn)生影響。

　　( 3) 傳感器性能指標

　　主要是指非線性誤差、遲滯、重復(fù)性、零漂和蠕變等指標, 這些誤差將對傳感器的合成誤差產(chǎn)生影響。

　　( 4) 量程選擇

　　確定傳感器的量程要綜合考慮各種因素, 主要包括被稱物料和料斗的zui大重量、傳感器的數(shù)量、可能產(chǎn)生的偏載、動載、沖擊及其它附加產(chǎn)生的干擾力等。

　　從系統(tǒng)的可靠性來考慮, 應(yīng)選擇較大量程的傳感器 , 但從稱量精度來看, 傳感器應(yīng)選擇較小量程, 因此, 必須根據(jù)具體情況合理選擇傳感器的量程, 一般應(yīng)使傳感器工作于其滿量程的30%～ 70%之間。

　　( 5) 傳感器的橋路連接

　　在工業(yè)應(yīng)用中一般采用多傳感器串聯(lián)或并聯(lián)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(lián)組秤的方式。

　　1. 2　 稱重儀表

　　影響稱重儀表測量精度的主要因素有內(nèi)部 ADC 的 A D 轉(zhuǎn)換方式、A D 采樣速度及轉(zhuǎn)換精度等。

　　1. 3　 稱重控制算法的設(shè)計

　　采用進料式稱量時, 由于落差的影響, 當(dāng)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。 因此, 要為了保證配料精度, 必須設(shè)計一個終止給料提前量的控制算法, 對終止給料提前量進行控制, 以減小落差對配料精度產(chǎn)生的影響,使實際配料值保持在誤差范圍內(nèi)。