工业自动配料系统的组成与设计

工业自动配料系统的组成与设计

石家庄铁路工程职业技术学院　张庆彬　毕丽红

摘　要:详细介绍了工业自动配料系统的组成和设计及配料技术的进展,并对影响配料精度的主要因素进行了分析。

关键词:工业自动配料系统;组成;设计;精度分析

Abstract:C om position and design of automated industrial batching system and the latest batching technologies are de2 scribed.Als o factors that in fluence batching accuracy are discussed.

K eyw ords:automated industrial batching system;com position;design;accuracy analysis

自动配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称

重并按所选配方混合的工业过程进行实时监控管理

的自动化系统,已广泛应用于冶金、建材、化工、

医药、粮食与饲料等行业。工业配料系统的特点是:

(1)配料现场粉尘大,环境恶劣;

(2)各组份在配方中所占比例不同,有时甚至差异悬殊;

(3)配料速度和精度要求高;

(4)配方可能经常变换、调整;

(5)物料可能受环境温度、湿度影响

。

1　称重配料系统的组成

一般的自动配料系统由以下几部分组成:

(1)给料部分　给料部分是从料仓(或储罐)向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性,选用不同的给料设备,如电磁振动给料机、螺旋给料机、单(双)速电磁阀等。

(2)称量部分　称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成,与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。

(3)排料设备　排料可以是称重设备(减量法)或排放设备(增量法、零位法)。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电(气)动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。

(4)控制系统　配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统如图1所示。在一些比较简单的称重配料系统中,也可以采用工业计算机(IPC)加数据采集板卡的形式进行配料的控制。

(5)校秤系统　配料系统传感器应定期进行调校,以保证系统配料精度。

图1　配料控制系统

2　配料技术的最新进展

目前,称重配料系统的流程控制几乎全部由可编程控制器(P LC)来实现,上位计算机主要用于配方管理、屏幕人机对话和称重资料的存储打印等工作。随着微处理器技术的发展,配料系统中的称量仪表由最初的专用积木式仪表发展为智能化的工业控制终端以及专门的配料控制器。配料控制器是用来控制一种或多种物料的配制的微电脑系统,可以完全或部分取代可编程控制器,实现配料的自动化。称量仪表的功能也由最初的资料显示发展为具有自诊断、自动零位跟踪、置零去皮、预置点输出、动态称重、数据通信等多项功能。

近年来,随着现场总线技术的推广,将传统的

配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。目前,许多用于配料的称重仪表已经有了Profibus、M odbus等现场总线接口,使基于现场总线的配料控制系统成为可能,基于现场总线的配料控制系统正在迅速推广。

3　配料系统的设计

配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。

311　称重方式选择

在工业配料过程中,常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2种。

进料式称量有2种实现方法,第1种方式称为零位法,即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料,在称量值达到设定值时停止给料,然后打开闸门将料卸出,再从零位重新称量下一物料;第2种方式称为增量法,即称量料斗接收、称量好一种物料后,不排空料斗,而是只将电子秤内部计数值清零,再接收另一物料。显然,零位法的称量精度比增量法的称量精度高。

采用进料式称量,当给料设备停止给料后,还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗,这些余料称为落差。因为有落差的影响,增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。

为保证称量速度和称量精度,在进料式称量时一般采用双速给料的方法,即先快速给料至设定值的90%～95%,以保证称量效率,然后慢速给料,以保证称量精度。

卸料式称量首先向料斗内装入始终多于配方要求的物料,然后自料斗内向外卸料进行称量,落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。减量法称量还可以省去料斗,直接将传感器安装在料仓上,料仓中物料总重量减少的数值就是要配制的物料的重量值,此方法由于精度太低而较少采用。减量法只能一料一秤。

同样为了兼顾速度和精度,减量法也采取双速卸料,一般是先快速卸料,到达设定值的90%～95%时改为慢速卸料。

3种方式的称量时间和重量曲线如图2所示。

在进料式称量中,由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净,从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量,不存在卸料干净与否的问题,因而该方式特别适合于称量难称的物料,如易粘附的物料等,其缺点是设备比较复杂,需要同时有给料装置和卸料装置,要求车间高度较高,并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值,从而导致传感器量程增大,造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。312　给料方式选择

目前,称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。

电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理,双质体在低临界近共振状态下工作,无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过程中,物料在料槽中被连续抛起,并按抛物线轨迹向前作跳跃运动,因此对料槽的磨损较小。其缺点是安装后的调试较复杂,调整不当会产生噪声且运行不好。

与电磁振动给料机相比,螺旋给料机给料均匀,受外界影响小,机械振动小,运行平稳,对称量的干扰也小,可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器,重量大,效率较低。

对于液体物料,一般采用阀门控制给料量。313　生产线结构

(1)采用固定式单组份料斗秤的结构　每个料仓对应1台料斗秤,各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。

(2)采用固定式多组份料斗秤的结构　几个料仓对应l台料斗秤,各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。

(3)采用移动式料斗秤的结构　通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。

(4)采用称重带式输送机式的多组份秤的结构　料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构,各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。

以上几种结构的生产线中,采用固定式单组份料斗秤的结构的生产线的配料精度最高,但由于每