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0引言

    在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，連續(xù)失重秤是一種能夠?qū)ξ锪系妮斔退俾蔬M行連續(xù)調(diào)節(jié)和輸送計量的連續(xù)給料設備，也被稱為失重式給料秤。它可用來連續(xù)輸送粉料、球料、片料、顆粒料和各種短纖維物料，屬連續(xù)累計自動衡器的一種。由于它幾乎不需要維護，比其它形式的連續(xù)給料秤能夠更好適應工業(yè)環(huán)境和工藝要求，在歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家使用越來越廣泛，也受到我國水泥、化工、塑料、食品以及醫(yī)藥等相關行業(yè)的關注與重視，并逐步推廣。

1失重秤的工作原理和基本組成

1.1失重秤工作原理

    連續(xù)失重秤是根據(jù)工作時控制重量損失的原理設計的。承載器內(nèi)的物料重量通過稱重傳感器和重量變送器轉(zhuǎn)化成模擬量送至可編程控制器，可編程控制器將計算出的物料重量與設定的重量上限值和下限值進行比較、判斷，通過控制給料裝置向承載器內(nèi)間斷喂料；同時可編程控制器將計算出的實際排料速率（排料容量）與設定的排料速率進行比較，通過內(nèi)部PID調(diào)節(jié)控制變頻器，從而控制排料裝置，使實際排料速率準確地跟蹤設定值。當給料裝置開啟向承載器內(nèi)喂料時，控制信號鎖定排料速率，進行容積式排料。人機界面將顯示實際排料速率和排出物料的累計重量。

1.2失重秤設備組成

失重秤主要由進料裝置、稱重器、排料裝置、重量顯示控制器等組成。

1.2.1進料裝置

    進料裝置用于對稱重傳感器快速給料控制，采用圓弧門的形式，它具有密封性強，開啟與關閉靈活，給料快速通暢的優(yōu)點。

1.2.2稱重器

    稱重器用于計量和存放物料。稱重器的有效容積通常按照在最大排料流量下整個稱重過程為3~5min的物料體積來選定。進料裝置的喂料時間（不作重量控制和調(diào)節(jié)的時間）約占整個稱重過程比例的10%。稱重器安裝了1個傳感器，用于將物料的重量轉(zhuǎn)換成電信號進行PLC控制。

1.2.3排料裝置

    排料裝置用于排出稱重器內(nèi)的物料，根據(jù)輸送物料的特性及使用環(huán)境的不同，可使用螺旋輸送機、皮帶輸送機等連續(xù)輸送設備，采用變頻技術改變電機的轉(zhuǎn)速對給料速度進行調(diào)節(jié)。

2控制系統(tǒng)設計

    失重秤控制系統(tǒng)采用西門子S7-300/400系列PLC，帶工業(yè)以太網(wǎng)接口，當失重秤控制任務增加時，該系統(tǒng)可自由擴展。數(shù)字量輸入輸出模塊采用16點24VDC的SM322及SM321，模擬量重量信號輸入采用8點16位的SM311，溫度信號輸入采用8點16位的SM331，模擬量速度信號輸出采用8點12位的SM332。
 

    上位機工作站采用3臺聯(lián)想商用機，它與PLC之間通過CP5611通訊卡來實現(xiàn)MPI通訊。人機界面(HMI)采用SIEMENS的WinCC，它具有完備的操作界面，可實時記錄各種數(shù)據(jù)及報警顯示。用戶可根據(jù)系統(tǒng)的大小選擇軟件點數(shù)及功能。

3失重秤的調(diào)試及注意事項

3.1失重秤的調(diào)試

    失重秤從原理上不受秤體與給料機構的機械變化影響，兼有靜態(tài)秤和動態(tài)秤的特點，因此，在使用前必須進行靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試。

    (1)靜態(tài)調(diào)試步驟。

    ①根據(jù)秤體標牌的最大量程，準備相應砝碼。

    ②零點調(diào)整：當秤體為空時，在稱重變送器上調(diào)整零點參數(shù)和放大倍率，并在上位機將稱重顯示調(diào)整為零。

    ③最大量程調(diào)整：逐一加砝碼至滿量程，觀察上位機校秤畫面的顯示是否和秤體所加砝碼重量一致，然后在校秤畫面點擊校滿秤。

    ④若有偏差，取下所有砝碼，觀察校秤畫面上顯示是否為零，然后點擊校零。

    ⑤重復③、④步驟直至達到要求。

    (2)動態(tài)校秤步驟。

    動態(tài)校秤需準備1塊秒表和30～50kg的電子秤，按配方的要求對相應的失重秤進行單機校驗，將記錄數(shù)據(jù)的流量與微機設定的流量進行比較，觀察是否在設定范圍內(nèi)。

3.2失重秤設計注意事項

失重秤兼有靜態(tài)秤、動態(tài)秤特點，考慮精度的因素，在設計系統(tǒng)時要求：

(1)正確的輸送率范圍，一般最佳實際工作范圍為額定輸送量的30%~80%，若采用交流調(diào)速，對應變頻率為15～40Hz，這樣保證調(diào)整范圍寬。

    (2)傳感器量程選用適當，秤斗最大容積按設計最大流量運行時，保證能夠穩(wěn)定運行3min，計算公式為：

    Weight=Flow_max (kg/min).  80%/3( min)

    實際設計時傳感器量程使用系統(tǒng)可在60%～80%，理論上講，信號變化范圍越寬，系統(tǒng)的精度越高。必須給傳感器預留一定的余量，避免補料過多，超出傳感器的量程，損壞傳感器。

    (3)系統(tǒng)是以差分減量的方式計算實際流量，對重量信號的穩(wěn)定性提出了較高要求。因此，應注意以下幾點：

    ①做好接地防止干擾，信號電纜與動力電纜必須分開放置于不同電纜槽中。

    ②稱重傳感器屏蔽線與信號線、地線等不能組成回路，否則會造成儀表輸入信號不穩(wěn)。

    ③重量變送器應盡量安裝在現(xiàn)場，以便減少信號干擾。

4應用趨勢

    為了更加適應動態(tài)精確測量的需要，在稱重系統(tǒng)中作為系統(tǒng)輸入端的傳感器至關重要。我國目前大部分使用傳統(tǒng)模擬式傳感器，其信號易受射頻干擾，電纜傳輸距離通常在l0m以內(nèi)。隨著電子控制技術的飛速發(fā)展，失重秤通過采用新技術不斷提高計量精度，這一新技術的核心即為數(shù)字式稱重傳感器的應用，其優(yōu)點是可實現(xiàn)“自校準”、“自診斷”，且分辨率高。因此，數(shù)字式稱重傳感器在稱重系統(tǒng)中的應用必將是一種趨勢。

5結束語

    失重秤自動配料系統(tǒng)在南風日化、納爾斯日化、立白日化、山東麗波日化、南京佳和日化等生產(chǎn)線有大量的應用，寶潔公司在中國的洗衣粉廠及其所有的加工廠全部采用失重秤系統(tǒng)進行后配料生產(chǎn)，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

 

收稿日期：2010- 04- 28

作者簡介：李登峰(1972-)，工業(yè)自動化與儀表工程師，從事自動化配料系統(tǒng)研究及PLC、變頻器和自動化儀表的應用和維護；

劉志民(1964-)，工業(yè)自動化高級工程師，從事過程自動控制系統(tǒng)、自動稱量包裝及自動化配料的開發(fā)與研究。

 

 

 

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