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配料是化工、 冶金、 建材等行業(yè)的典型生產(chǎn)工藝之一 [ 1] 。所謂稱(chēng)重配料, 就是將若干種不同物料按照一定重量比例混合起來(lái)。傳統(tǒng)的失重秤是將給料流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較, 并在下一次配料時(shí)進(jìn)行差值補(bǔ)償[ 2], 這是一種靜態(tài)的稱(chēng)重方法, 滿(mǎn)足了系統(tǒng)精度, 卻影響了系統(tǒng)運(yùn)行速度。20 世紀(jì) 90 年代初出現(xiàn)的失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng)是按照減量法原理, 將物料的給料速度和設(shè)定速度進(jìn)行對(duì)比, 對(duì)給料速度進(jìn)行在線(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié), 并對(duì)輸送量進(jìn)行計(jì)量, 在一定程度上提高了系統(tǒng)的稱(chēng)量速度和精度[ 3]。

為了使配料過(guò)程中使用的超細(xì)粉體物料( 粒徑約為幾十微米至幾百微米) 能夠達(dá)到較高的配比精確度, 本文提出了一種新型的失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng), 它以配料后生成產(chǎn)品的質(zhì)量為中心, 通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品中的物料組成成分, 與設(shè)定的物料配比值進(jìn)行比較, 進(jìn)而改變物料流速的設(shè)定值, 從而形成串級(jí)和雙閉環(huán)組合系統(tǒng), 從根本上提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和生成產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 系統(tǒng)基本構(gòu)成和工作原理

1. 1 裝置組成

失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng)主要由儲(chǔ)料倉(cāng), 稱(chēng)重料倉(cāng), 螺旋加料器, 采用可編程順序控制器( PLC) 組成的配料控制器和上位機(jī)( PC) 等組成。

1. 2 配料系統(tǒng)控制原理

物料由自動(dòng)上料機(jī)或人工加入儲(chǔ)料倉(cāng), 再由儲(chǔ)料倉(cāng)下部的螺旋加料器送入稱(chēng)重料倉(cāng), 經(jīng)稱(chēng)重料倉(cāng)下部的螺旋加料器連續(xù)送出, 稱(chēng)重料倉(cāng)和螺旋加料器放置在稱(chēng)重傳感器上, 定時(shí)檢測(cè)二者的重量, 并計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)重量的損失, 得出物料被送出的瞬時(shí)流量。將實(shí)際給料速度與設(shè)定的給料速度進(jìn)行比較, 其偏差通過(guò) PID運(yùn)算, 使用變頻器控制螺旋加料器的轉(zhuǎn)速,使實(shí)際流速在設(shè)定流速規(guī)定的范圍內(nèi)變化。

2種物料進(jìn)入混合倉(cāng)后, 迅速攪拌, 并采用近紅外技術(shù)分析產(chǎn)品中的物料成分 [ 4] , 如果物料成分超出設(shè)定的物料配比值, 保持物料 1 的流速設(shè)定值不變,改變物料2 流速的設(shè)定值, 物料 2 的實(shí)際流速也隨之改變, 再次檢測(cè)混合倉(cāng)的物料組成成分, 直至達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求。物料 1 的流速信號(hào)與控制器自身構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng), 物料 2的流速信號(hào)形成的閉環(huán)和物料配比值信號(hào)形成的閉環(huán)構(gòu)成串級(jí)系統(tǒng), 物料 2的流速信號(hào)形成的閉環(huán)為副環(huán)。

當(dāng)稱(chēng)重料倉(cāng)內(nèi)的物料少于下限值時(shí), 打開(kāi)儲(chǔ)料倉(cāng)下部的螺旋加料器,將物料迅速由儲(chǔ)料倉(cāng)加入稱(chēng)重料倉(cāng), 重量接近上限時(shí)關(guān)閉, 此過(guò)程為再充填過(guò)程。在再充填過(guò)程中, 稱(chēng)重料倉(cāng)內(nèi)物料的輸送為容積式輸送, 即送料電動(dòng)機(jī)以再充填開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)速工作, 再充填過(guò)程結(jié)束后, 恢復(fù)重量式計(jì)量的調(diào)速過(guò)程。

1. 3 配料系統(tǒng)計(jì)量原理

理論上, 配料系統(tǒng)的送料速度為單位時(shí)間內(nèi)重量的損失值 Q m , 即:Q _m = dG/ dt              

( 1)實(shí)際計(jì)算過(guò)程中, 對(duì)稱(chēng)重料倉(cāng)和螺旋加料器的重量損失進(jìn)行連續(xù)采樣( 1s 內(nèi) 3~ 5 次) , 設(shè)傳感器在 t i-1 , t i 時(shí)刻測(cè)得的重量值為 G _i-1 , G _i , 則物料的瞬時(shí)流量 Q i 為:

Q _i = (G _i-1 - G _i ) / (t _i - t _i-1 )在 1個(gè)稱(chēng)重周期 T 內(nèi), 失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng)的下料累計(jì)量 G _q 是由測(cè)量周期t _m 內(nèi)完成的下料量G _m 和再填充過(guò)程 t _f 時(shí)間內(nèi)按容積式原理送出的重量G _f 組成, 即:T = t _m + t _f , G _q = G _m + G _f         

( 2)又 G _m = (G _H + δ_H ) - (G _L ±δ_L )        

( 3)G _f = Q _f·t _f式中: G _H , G _L —— 稱(chēng)重料倉(cāng)設(shè)定的上、 下限值;D _H , D _L ——重量上、 下限的稱(chēng)量誤差;Q _f——再充填開(kāi)始時(shí)的流速。一個(gè)周期的平均流速為: Q _q /4 = G _q / T , 累計(jì)每個(gè)周期的排料流量, 從而對(duì)于 0~ t 時(shí)間內(nèi)的流量為:G =∫^t₀  Q _q /4 dt。

 

2 稱(chēng)重配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2. 1 系統(tǒng)工作流程

稱(chēng)重配料系統(tǒng)采用 PLC 作為配料控制器, 控制物料的流速、 物料配比值和料倉(cāng)中物料的料位。

1) 稱(chēng)重信號(hào)經(jīng)由稱(chēng)重傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)入變送器, 變送器放大后轉(zhuǎn)換成 PLC 模塊可接受的電壓信號(hào), 進(jìn)入模擬輸入模塊。

2) 工況情況輸入信號(hào)如料位位置等進(jìn)入 PLC開(kāi)關(guān)量輸入模塊。

3) 外部電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)由 PLC 數(shù)字及模擬輸出模塊給出, PLC 通過(guò)設(shè)計(jì)軟件來(lái)自動(dòng)完成失重給料系統(tǒng)的控制工作。同時(shí)上位機(jī)通過(guò)與 PLC 通過(guò)編程器接口實(shí)現(xiàn)通信, 通信內(nèi)容包括工況標(biāo)志、 模擬量數(shù)據(jù)、 開(kāi)機(jī)信號(hào)等。

2. 2 提高系統(tǒng)精度措施

1) 如果系統(tǒng)中的物料在下料過(guò)程中容易出現(xiàn)架橋結(jié)拱等現(xiàn)象, 則需要在出料裝置的上方安裝破拱裝置, 保證物料的通暢流通。

2) 每臺(tái)秤由 3 個(gè)精度高、 線(xiàn)性度好的稱(chēng)重傳感器支撐, 安裝時(shí)盡量保證 3 個(gè)傳感器的受力點(diǎn)水平,禁止對(duì)稱(chēng)重傳感器受力點(diǎn)施加沖擊力或大于過(guò)載系數(shù)的重力。為了克服物料從螺旋加料器下落到秤體時(shí)的不均衡性, 使物料在處于秤體的任何位置時(shí)均能得到相同的毫伏電壓信號(hào), 需給 3 個(gè)傳感器分別提供可調(diào)整的高精度供橋電壓。

3) 為了確定流量和變頻器驅(qū)動(dòng)輸出的關(guān)系, 則必須在運(yùn)行使用前進(jìn)行物料的流量測(cè)試標(biāo)定, 不同的物料對(duì)應(yīng)關(guān)系不一樣, 因此必須分別測(cè)試標(biāo)定, 并保存在系統(tǒng)參數(shù)中, 供電腦控制時(shí)使用。

4) 各設(shè)備之間的信號(hào)接口均采用光電隔離, 電路相互屏蔽。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)配料時(shí)使用的物料為超細(xì)粉體和在配料過(guò)程中對(duì)計(jì)量精確度的較高要求, 改進(jìn)了 20 世紀(jì) 90年代初出現(xiàn)的失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng), 新型的失重式連續(xù)稱(chēng)重配料系統(tǒng)以合成的產(chǎn)品質(zhì)量為核心,引入二級(jí)反饋構(gòu)成串級(jí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高, 物料的上料、 儲(chǔ)存、 計(jì)量、 輸送全過(guò)程均為自動(dòng)控制; 由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以生成產(chǎn)品的質(zhì)量為中心, 因此它的精確度高, 對(duì)于使用超細(xì)粉體物料的配料系統(tǒng),具有現(xiàn)實(shí)的推廣作用。

 

 

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