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0簡介
自動稱重配料系統(tǒng)是一種對工業(yè)過程進(jìn)行實時監(jiān)控和管理的自動化系統(tǒng)，該工業(yè)過程在單個秤中稱量粉末或液體材料，并根據(jù)選定的配方進(jìn)行混合。該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、糧食、飼料等行業(yè)，可為生產(chǎn)節(jié)省大量勞動力，為生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大效益。通用工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)由以下部分組成。
(1)配料控制系統(tǒng):配料控制系統(tǒng)由可編程控制器、衡器、上位機(jī)等控制裝置組成。
(2)給料部分:給料部分是從料倉或儲罐給稱重設(shè)備給料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性，可以選擇不同的給料設(shè)備，如螺旋給料機(jī)、單(雙)速電磁閥、電磁振動給料機(jī)等。
(3)卸料設(shè)備:卸料可以是稱重設(shè)備(減量法)或卸料設(shè)備(零位法、增量法)。通常由放空閥、螺旋給料機(jī)、電動(氣動)閥、電磁振動給料機(jī)等組成。所有設(shè)備應(yīng)根據(jù)材料特性和現(xiàn)場工藝條件進(jìn)行選擇和設(shè)計。
(4)稱重部分:稱重部分由標(biāo)準(zhǔn)連接器、稱重料斗、接線盒和傳感器組成，與稱重儀器一起用于稱量物料和檢測誤差。
(5)秤校準(zhǔn)系統(tǒng):配料系統(tǒng)的傳感器應(yīng)定期校準(zhǔn)，以確保系統(tǒng)的配料精度。
以下分析了相關(guān)零件對精度的影響:
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)一般采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或基于現(xiàn)場總線的控制結(jié)構(gòu)。對于一些簡單的稱重和配料系統(tǒng)，也可以使用工業(yè)計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集板來控制配料過程?；诂F(xiàn)場總線的典型配料控制系統(tǒng)如圖1所示。
配料控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件部分主要是稱重傳感器、稱重儀表、可編程控制器、上位工控機(jī)等。軟件部分主要包括可編程控制器的控制算法和上位機(jī)的監(jiān)控程序。
在配料控制系統(tǒng)中，影響配料精度的因素主要包括稱重儀表、稱重傳感器、控制元件的響應(yīng)時間、PLC的控制算法和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程時間。
1.1稱重傳感器
電阻應(yīng)變傳感器是目前稱重配料系統(tǒng)中最常用的稱重傳感器，影響其測量精度的主要因素如下。
(1)密封方法的選擇。
稱重傳感器安裝在工業(yè)現(xiàn)場，環(huán)境相當(dāng)惡劣。如果密封不可靠，會被工作現(xiàn)場的濕氣、腐蝕性氣體和灰塵損壞，影響系統(tǒng)精度。因此，有必要選擇合適的密封方法，以確保傳感器長期可靠穩(wěn)定運行。
(2)受力形式和安裝方式的選擇:測壓元件有拉力和壓力兩種，安裝方式有三種:一點安裝、三點安裝和四點安裝。張力傳感器通常通過懸掛安裝，稱重料斗因進(jìn)料和閘門打開的影響而晃動，會影響傳感器的計量性能。壓力傳感器是固定的，只能承受垂直力進(jìn)行測量，而水平力可能會損壞傳感器的彈性梁。無論哪種傳感器，安裝多個傳感器時，每個傳感器都會受到不均勻的應(yīng)力，影響系統(tǒng)精度。
(3)傳感器性能指標(biāo)。
主要是指非線性誤差、遲滯、重復(fù)性、零點漂移和蠕變，這些都會影響傳感器的綜合誤差。
(4)范圍選擇。
要確定傳感器的測量范圍，需要綜合考慮各種因素，包括稱重物料和料斗的最大重量、傳感器的數(shù)量、可能的空載和動載荷、沖擊和其他附加干擾力等。
考慮到系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)選擇量程大的傳感器，但從稱重精度的角度考慮，應(yīng)選擇量程小的傳感器。因此，傳感器的量程必須根據(jù)具體情況合理選擇，傳感器一般應(yīng)在其全量程的30%-70%之間工作。
(5)傳感器的橋接。
在工業(yè)應(yīng)用中，多傳感器通常串聯(lián)或并聯(lián)，以獲得更大的信號輸入，并縮小單個傳感器的范圍。目前普遍采用平行秤。
1.2衡器。
影響衡器測量精度的主要因素包括內(nèi)部ADC的AD轉(zhuǎn)換方式、AD采樣速度和轉(zhuǎn)換精度。
1.3稱重控制算法設(shè)計。
當(dāng)采用給料式稱重時，由于跌落的影響，停止給料后，部分物料在空中自由落體落入稱重料斗。因此，為了保證配料精度，有必要設(shè)計一種控制算法來控制結(jié)束進(jìn)料提前量，以減少落差對配料精度的影響，并將實際配料值保持在誤差范圍內(nèi)。
給出了一種配料控制算法，該算法利用配料系統(tǒng)生產(chǎn)過程中重復(fù)稱重的特點，利用當(dāng)前稱重的結(jié)果來修正下一次配料的結(jié)束進(jìn)料提前量。經(jīng)過有限次數(shù)的試配，所配物料的靜態(tài)稱量值可以保持在誤差范圍內(nèi)。
1.4控制元件的響應(yīng)時間和執(zhí)行器的行程時間。
控制元件的響應(yīng)時間和致動器的行程時間將影響配料系統(tǒng)的精度。這兩次與設(shè)備的性能和使用時間長短有關(guān)。
2.生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)精度的影響。
在工程中，常用的稱重配料生產(chǎn)線一般有以下結(jié)構(gòu):
(1)采用固定式多組分料斗秤的結(jié)構(gòu):幾個料倉對應(yīng)一個料斗秤，各組分的原料在同一個料斗秤內(nèi)堆積稱重，然后由集料皮帶或集料小車收集，引入后續(xù)工序。
(2)采用固定式單組份料斗秤的結(jié)構(gòu):每個料倉對應(yīng)一個料斗秤，每組份原料稱重后通過溜槽、集料皮帶或集料小車收集，然后引入后續(xù)工序。
(3)采用帶稱重皮帶機(jī)的多組分秤結(jié)構(gòu):料倉的出料機(jī)構(gòu)為多組分秤的進(jìn)料機(jī)構(gòu)，各種物料由移動配料帶上的皮帶秤累計稱重。
(4)采用移動料斗秤的結(jié)構(gòu):通過移動帶有稱量料斗的集料小車，進(jìn)行各種物料的累計稱量。
對于上述結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線，單組分料斗秤固定的生產(chǎn)線配料精度最高，但由于每種物料需要一臺衡器和一套傳感器，成本也最高。具有固定單組分料斗秤和收集準(zhǔn)備好的材料的集料小車的配料生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。
3.稱重方法對系統(tǒng)精度的影響
在工業(yè)配料過程中，有兩種常用的稱重方法，即進(jìn)料稱重和出料稱重。
實現(xiàn)投料稱重有兩種方式。第一種方式是在稱重開始時，通過進(jìn)料設(shè)備將物料送入稱重料斗，當(dāng)稱重值達(dá)到設(shè)定值時，停止進(jìn)料，然后打開閘門卸料，然后從零位再次稱重下一份物料。這種方法叫做零位法。第二種:稱重料斗接收并稱重一種物料后，不清空料斗，只清空電子秤內(nèi)部計數(shù)值，然后接收另一種物料。這個方法叫增量法；顯然，零位法的稱重精度高于增量法。
在投料稱重中，投料設(shè)備停止投料后，部分物料會以自由落體的方式在空氣中落入到稱重料斗中，這些多余的物料稱為掉落。由于跌落的影響，所述材料的重量設(shè)定值應(yīng)為待制備材料的標(biāo)準(zhǔn)重量減去跌落值。
卸載稱重是先將超過配方要求的物料裝入料斗，然后從內(nèi)到外卸載進(jìn)行稱重。下落物料的重量就是待制備物料的重量，所以這種方法也叫還原法。減重方法可以進(jìn)一步節(jié)省料斗，直接在料倉上安裝傳感器。料倉內(nèi)物料的總減重值為待制備物料的重量值，但由于精度低，很少使用。

為了保證稱重精度和速度，加料設(shè)備一般采用兩種速度加料，即快速加料到設(shè)定值的90%~95%以保證稱重速度，然后緩慢加料以保證稱重精度。對于減速比規(guī)則，采用雙速卸載，即先快速卸載，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值的90%~95%時，改變慢速卸載。雙速進(jìn)料(卸料)增量法、零位法和減量法下時間與重量的關(guān)系分別如圖3-a)、3-b)和3-c)所示。
在投料稱重中，由于物料和料斗的特性，出料可能不干凈，導(dǎo)致稱重誤差。卸料稱重只稱量從料斗中取出的物料并顯示其重量，因此不存在卸料是否干凈的問題。因此，這種方法特別適用于稱量難以稱量的物料，如容易粘附的物料。它的缺點是設(shè)備復(fù)雜，需要進(jìn)料裝置和卸料裝置。而且由于稱量斗中物料的重量值總是高于待制備物料的重量值，傳感器的量程增大，會直接影響系統(tǒng)的精度。一般來說，卸料稱重的精度略低于投料稱重。
4影響配料系統(tǒng)精度的其他主要因素
在工業(yè)自動稱重配料系統(tǒng)中，仍有一些因素會影響系統(tǒng)的配料精度，主要包括以下幾個方面。
4.1材料特性。
主要是指材料的流動性、吸濕性、形狀均勻性和粘性。這些因素會直接影響制備過程中物料的流動，從而影響配料的準(zhǔn)確性。
4.2稱重料斗。
如果系統(tǒng)中每次準(zhǔn)備的物料較少，稱重料斗的重量會影響稱重傳感器測量范圍的選擇。此外，稱重料斗的剛度也會影響傳感器的應(yīng)力。
4.3投料量的控制。
(1)料倉料位的影響:料倉料位過低或缺少物料可能導(dǎo)致進(jìn)料達(dá)不到設(shè)定值。
(2)進(jìn)給速度:進(jìn)給速度指標(biāo)與進(jìn)給精度指標(biāo)矛盾。加快加料速度可以減少配料時間，而為了提高配料精度，必須延長加料時間。
(3)給料機(jī)出料口到稱量斗的高度:切斷給料機(jī)電源，停止給料后，給料機(jī)與稱量斗之間空氣中的落料是影響配料精度的主要誤差來源之一。從給料器出口到稱重料斗的高度越大，下落值越大，精度越難控制。
5.4系統(tǒng)校準(zhǔn)精度的影響
該系統(tǒng)只有經(jīng)過靜態(tài)重量校準(zhǔn)和動態(tài)物理校準(zhǔn)后才能投入生產(chǎn)，需要定期校準(zhǔn)。
5結(jié)束語
根據(jù)以上對影響配料精度的主要原因的分析，可以看出自動稱重配料系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)。為了保證配料的準(zhǔn)確性，必須根據(jù)工藝要求、所需配料的特性等因素進(jìn)行綜合分析。首先選擇合理的稱重方法和生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，然后正確選擇傳感器和稱重儀器，設(shè)計合理的控制算法，綜合考慮其他相關(guān)因素，設(shè)計出高精度、低成本的自動稱重配料系統(tǒng)。

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