自動稱重配料系統是對粉粒或液體物料進行單秤稱重并按所選配方混合的工業過程進行實時監控管理的自動化系統, 已廣泛應用于冶金、 建材 、 化工 、醫藥、 糧食與飼料等行業 。工業配料系統的特點是:
( 1)配方可能經常變換 、 調整;
( 2)物料可能受環境溫度、 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)配料現場粉塵大, 環境惡劣 ;
( 5)配料速度和精度要求高 ;
1 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。
1. 1 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。
1. 2 給料方式選擇
目前, 稱重配料系統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 。
1. 3 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 。
1. 4 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。
配料控制系統的設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設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 。
配料控制系統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還要選擇溫度傳感器。
2、影響配料系統精度的因素
在工業自動稱重配料系統中, 還有一些因素會影響到系統的配料精度, 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
( 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)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。
2. 4 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。
3、結語
自動稱重配料系統是一個復雜的自動控制系統 , 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 、 符合要求的自動稱重配料系統。
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