小料自动配料称量系统的研制

小料自动配料称量系统的研制
袁仲雪　杭柏林　张文军　(青岛化工学院　266045)
李德生
(青岛橡胶集团有限责任公司　266041) 本文主要阐述了橡胶行业小料配料的现状,针对现状开发研制了小料自动配料称量系统,并对该系统的主要性能进行了介绍。

关键词:　配料,自动称量,无级调速,计算机控制
作者简介:袁仲雪,男,1955年出生。

1987年毕业于青岛化工学院自动化系管理专业,主要从事实验设备、橡胶专用设备的管理与开发。

1　概况
研制“小料自动配料称量系统”是为了提高橡胶行业劳动生产率,保证产品质量稳定,解决
工作环境污染,解除配料工作人员繁重的体力劳动。

它是一种机电一体化设备。

以往配料大部分由人工进行,人为因素对产品质量的稳定性影响较大。

但这类设备生产的关键是自动称量系统,国内外正在运行的各种配料机组,称量精度不高,效率偏低,维修量大,对物料要求严格,不适合我国的现状。

我公司针对我国的实际情况研制的“小料自动配料称量系统”,具有适应性强,效率高,称量精度高,占地面积小,对物料特性要求不严等特点。

采用振动、皮带、滴式多种给料方式,保证了自动称量的速度和精度,料仓均带有破拱装置,保证了物料有很好的流动性。

采用单物料除尘,既解决了环境污染,又保证了物料的回收,回收的物料可再利用,减少了经济损失,无“三废”排放。

在橡胶行业中,小料配料现场大部分生产环境恶劣,粉尘大,称量要求精度高,称量范围大,而且有些原材料对人体有害。

所以研究高精度的配料方法,使工作人员尽可能不接触物料,是改善劳动强度和环境的当务之急。

以往的配料,一般采用双速给料,即快速给料,慢速给料,称量精度靠预关门值来保证。

由于物料比重、粘度受环境温度、湿度的影响,容易结块、粘连,对称量精度有较大影响,很难保证称量精度。

该系统的主要技术参数:
配料秤技术指标
型号规格:L CS 25 L CS 210 L CS 230称量范围:0.05～5kg 0.1～10kg 0.3～30kg 准确度等级:0.5 0.5 0.5分度值: 1g 2g 5g
2　机械系统的研制
机械设备是该系统的主体,主要由小料自动称量装置、集料筐输送线、料仓、解包室、除尘装置等组成。

机械系统设计主要要完成生产工艺要求的功能,并具备耐用、操作方便、运行可靠、生产效率高、环境污染小等特点。

针对物料特点和工艺配方要求在机械设备方面就以下几个难点进行了攻关。

(1)集料筐输送线,要求结构简单,定位准确可靠、控制方便;(2)称量精度高,抗干扰性好;(3)为保证称量准确,必须使物料能很好地流动,研制了带有多种破拱形式的料仓;(4)为减少环境污染和物料的损失,专为配料系统研制了单物料除尘回收装置。

2.1　称量精度高,称量速度快
(1)小料对称量精度要求很严格,有的小
料允许误差在1g 之内,为了满足这种苛刻的要求,我们除了选择精度高,性能曲线好的传感器之外,根据不同的物料,在一套系统中,设计了不同形式的加料器,使快加料保证称量速度,慢加料保证称量精度,特高精度的物料则采用“滴式”加料方式。

这是国内外同类设备所不具备的,从国外引进的生产线,其精度远远低于我公司的配料系统。

(2)该系统采用单料单秤,总秤校验的称量方式,使配方中的每种料可同时单独称量,可
以选小量程的称重传感器,提高分辩率,即提高称量精度,又保证称量速度。

2.2　输送线结构简单、运行可靠、定位准确
开发的多工位气动闭环输送线,用一个气缸可以很方便地驱动输送线的运转,是我公司首创的专利产品,与国内的链条式输送线,国外的辊筒式输送线相比,运行平稳可靠,结构简单,无噪音,几乎无需维修,设计、技术水平大大高于国内及引进产品水平。

2.3　破拱形式多样,保证称量
为了解决料仓中小料起拱、架桥打开、粘壁、起团等国内外长期难以解决的问题,国内生产及引进设备经常需人工敲击料仓,从而使设备的使用性能降低。

我们根据物料性质不同,在大量实验的基础上,分别采用脉冲式破拱,特制振动料仓式破拱,螺旋叶刺式破拱等形式,获得了很好的效果,带破拱装置的料仓也成为我公司的另一专利产品。

2.4　单物料除尘回收
在称量、卸料、解包时,由于物料大部分是粉状,粉尘飞扬较多,这些粉尘一会污染环境,二将造成物料的浪费。

为减少环境污染和物料
的损失,每种物料单独有自己的除尘装置,即保证了物料回收,提高了经济效益,又对环境无污染,故在粉尘容易飞扬的地方均配置了除尘装置。

回收的物料又返回到料仓中再使用。

3　控制系统的研制
3.1　控制系统结构
因采用多工位、多秤同时工作方式,对控制系统的实时性要求很高,根据各配料工位操作具有相同动作的特点,采用三级计算机控制的方案,即设备控制级、系统控制级和管理级。

网络结构图为:
图1　小料配料计算机控制系统原理图
3.2　设备控制级
根据工艺的特点,每个工位动作和操作均是一致的。

按工位进行配料控制是合理的。

设备控制级主要完成单种物料配料的全部动作,采用智能配料控制器,主要完成自动称量、给料、破拱、卸料等动作。

可按配方要求设定称重量和允许误差,并能按系统控制指令自动完成上述各个动作。

完成单种物料自动配料的功能和满足系统控制级指令要求的配料控制器,目前在国内外同类产品中还没有,按小料自动称量系统的要求公司进行了研制与开发。

通过对称量物料的了解和实验,影响称量的主要因素主要有以下几种:①物料的粘度:在相同的环境中和同一给料装置的情况下,不同的物料给料的速度不同,因而造成调试困难,称量精度难以控制。

②物料的比重:因物料的比重不同采用同一装置,给料速度也不同。

③环境的影响:环境的温度、湿度变化将导致物料粘度、比重等物理特性的变化。

主要是物料的粘度随温度的提高而增大,导致物料易起拱、结块,对称量不利。

④由于控制给料装置和控制装置的非线性,即使在相同的控制方法和控制量下,各给料装置的振动力和给料速度均是不同的。

由于以上因素的影响,在以往的双速给料中,每种物料均要调整到相应的状态,才能达到预期的称量精度。

然而,随着环境温度的变化或物料批号的不同,原来的给料状态,往往保证不了称量的精度,需重新调整,从而降低了生产效率。

由此可见,保证称量的准确、快速是很复杂的。

在以往的双速给料中,振动力大给料快,但精度难以控制;振动力小给料慢,精度可以控制,但称量时间长,效率低。

基于以上分析提出了给料速度控制方案。

这种控制方法采用闭环控制,以下料速度为控制参数,克服了以上各因素对称量精度和生产效率的影响。

以上各因素的变化均以通过改变振动力的方法加以克服。

这种控制方法,虽然克服了以上因素对称量速度和精度的影响,但控制算法和控制手段更复杂了。

基于速度给定,在称量初期,稳定在速度V 0是一个定值调节系统。

当称量值接近设定值时,速度的设定值减小,从而该系统是一个随动调节系统。

将以往的分段控制改为连续无级调速控制。

3.3
控制级是小料称量系统的控制核心,采用工业上常用的PL C作为中心控制计算机,控制整个系统的运行,保证控制系统的可靠性。

每台配料控制显示器接到PL C发出的指令后进行操作,每个动作、信号的控制均由PL C进行,控制称量、卸料、破拱、报警、输送等动作。

在整个控制系统中,分自动工作方式和手动工作方式。

自动工作方式,即整个系统的全部动作均自动完成,也就是说由计算机控制完成,使系统达到最高的生产效率状态。

自动部分有自动称量、自动卸料、集料筐自动输送、自动校验。

动作准确连续,严格按工艺要求进行。

手动工作方式,主要在系统调试时或系统维护时使用。

每个动作由操作按扭控制完成,每一个动作,对应一个控制按扭。

自动工作方式和手动工作方式实现无扰动切换,保证了系统的运行,在系统出现故障时能转换成手动方式及时处理。

处理后,又能保证以自动工作方式继续运行,提高了该系统的可操作性。

自动开车和自动停车是本系统的关键问题,体现控制系统的水平和小料配料机组的生产效率。

也就是在系统进行总体设计时每部分是并行工作的,以提高工作效率。

但在开车阶段和停车阶段,要根据系统运行的条件,逐步投入自动工作。

也就是说,小料配料系统有二个主要环节,即自动称量和集料筐输送线,这二部分是按集料筐输送、自动称量、校验顺序进行动作的。

而集料筐输送线每前进一次,就有一个工位投入自动称量,必须使每个部分都进入工作状态时,才能达到同时工作。

开车、停车时,要增加对系统工作状态的判断和控制,本系统很好地实现了自动开车和停车。

就一般的控制系统而言,手动控制需待运行稳定后,才投入自动运行。

3.4　管理级
管理级采用功能强大的个人计算机,与控制级、设备级通过R S485总线构成小型计算机管理网。

主要完成配方管理(其中包括配方输入、配方修改、配方打印、配方复制等)、配方运行(含配方下传、参数下传、配方运行)、数据报表(含日报表、运行记录、物料统计等)、参数设置(含生产量及相关参数),还包括系统运行状态的监视、数据采集、完成生产量、故障提示报警、料仓低料位报警等功能。

考虑系统调试维修的方便,现场控制部分分手动控制和自动控制两种工作方式。

手动工作方式就是每个动作由人工操作完成;自动工作方式就是按工艺规定的动作顺序进行,由计算机自动控制完成。

通过管理计算机完全能反映出整个系统的运行情况。

3
.4.1　主要功能及结构
系统管理主要功能包括配方及原材料管理、
对生产进行实时监控及各种数据的汇总报表,其功能框图如下:
图2　管理系统功能框图
主菜单如下:
图3　管理系统主菜单
系统软件采用面向对象的方法进行设计开发,采用数据库对各种重要数据进行保存、处理,保证了数据的安全性和可查性。

3.4.2　配方管理
此项功能包括配方建立、修改及打印等功能,由于配方数据比较简单一致,易于用数据库的方式处理,因此将所有配方数据存入一个表单中,根据配方名称的不同来区分配方的数据,通过采用标准SQL语句在表中查询配方,修改配方数据,使配方便于修改、维护。

3.4.3　数据报表
由于所采集的数据量大,因此将所有数据存入数据库中,便于分析处理。

每条记录包括生产时间、生产配方、袋数、物料、实际值、误差等信息。

可进行运行记录、报警记录、配方等的报
表。

4　结束语
为加快橡胶行业生产设备更新的步伐,向着连续化、自动化的方向发展,提高橡胶行业的自动化水平,该系统已通过部级鉴定,经过实际使用,效果良好。

(上接第32页)
的高生产能力使制造商乐于更进一步地提高生产的自动化程度。

参考文献
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38.
(上接第41页)
今年我们计划在俄罗斯举办展览会,就是应广大企业的要求,为中国的橡胶产品打开俄罗斯市场提供机会。

这次展览会将继续采用参加当地展览会,采取馆中设馆的形式,计划参加俄罗斯第三届国际橡塑展——P lastexpo,地点在圣彼得堡市练马场展览馆。

展览时间是10月31日～11月4日。

该展览会在俄罗斯和独联体国家很有影响,过去的每一届都有很多当地企业参展,并吸引了来自美国、西欧的企业参加。

展团计划10月25日自北京出发,途径芬兰赫尔辛基,到圣彼得堡。

展览结束后到莫斯科参加“中俄橡胶工业技术与经贸洽谈会”,再经赫尔辛基等地返回北京,在外行程14天。

7　中俄橡胶工业技术与经贸洽谈会
经与俄罗斯弹性体研究院和轮胎研究所协商,中联橡胶(集团)总公司计划与这两家机构合作,在莫斯科举办“中俄橡胶工业技术与经贸洽谈会”。

会上将就俄罗斯的橡胶工业和市场情况作详细的介绍与交流,并组织俄罗斯的企业与中方企业交流信息、促进合作。

8　参展报名联系方法
中联橡胶(集团)总公司咨询合作部:徐文英、李建忠、程永悦
地址:北京市亚运村安慧里四区十六号楼　邮编:100723
电话:010*********(直拨)或64914455转1312
传真:010*********,E2m ail:cu rc @。