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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。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)的稱重方法,滿足了系統(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)的稱量速度和精度[3]。
為了使配料過程中使用的超細(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)稱重配料系統(tǒng)主要由儲(chǔ)料倉,稱重料倉,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,再由儲(chǔ)料倉下部的螺旋加料器送入稱重料倉,經(jīng)稱重料倉下部的螺旋加料器連續(xù)送出,稱重料倉和螺旋加料器放置在稱重傳感器上,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)稱重料倉內(nèi)的物料少于下限值時(shí),打開儲(chǔ)料倉下部的螺旋加料器,將物料迅速由儲(chǔ)料倉加入稱重料倉,重量接近上限時(shí)關(guān)閉,此過程為再充填過程。在再充填過程中,稱重料倉內(nèi)物料的輸送為容積式輸送,即送料電動(dòng)機(jī)以再充填開始時(shí)的轉(zhuǎn)速工作,再充填過程結(jié)束后,恢復(fù)重量式計(jì)量的調(diào)速過程。
2稱重配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)工作流程
稱重配料系統(tǒng)采用PLC作為配料控制器,控制物料的流速、物料配比值和料倉中物料的料位。
1)稱重信號(hào)經(jīng)由稱重傳感器轉(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通過設(shè)計(jì)軟件來自動(dòng)完成失重給料系統(tǒng)的控制工作。同時(shí)上位機(jī)通過與PLC通過編程器接口實(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、線性度好的稱重傳感器支撐,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)稱重傳感器受力點(diǎn)施加沖擊力或大于過載系數(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
針對(duì)配料時(shí)使用的物料為超細(xì)粉體和在配料過程中對(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)稱重配料系統(tǒng),新型的失重式連續(xù)稱重配料系統(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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