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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(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)和輸送計(jì)量的連續(xù)給料設(shè)備，也被稱為失重式給料秤。它可用來(lái)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(jì)自動(dòng)衡器的一種。由于它幾乎不需要維護(hù)，比其它形式的連續(xù)給料秤能夠更好適應(yīng)工業(yè)環(huán)境和工藝要求，在歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用越來(lái)越廣泛，也受到我國(guó)水泥、化工、塑料、食品以及醫(yī)藥等相關(guān)行業(yè)的關(guān)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(shí)控制重量損失的原理設(shè)計(jì)的。承載器內(nèi)的物料重量通過(guò)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(jì)算出的物料重量與設(shè)定的重量上限值和下限值進(jìn)行比較、判斷，通過(guò)控制給料裝置向承載器內(nèi)間斷喂料；同時(shí)可編程控制器將計(jì)算出的實(shí)際排料速率（排料容量）與設(shè)定的排料速率進(jìn)行比較，通過(guò)內(nèi)部PID調(diào)節(jié)控制變頻器，從而控制排料裝置，使實(shí)際排料速率準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)定值。當(dāng)給料裝置開(kāi)啟向承載器內(nèi)喂料時(shí)，控制信號(hào)鎖定排料速率，進(jìn)行容積式排料。人機(jī)界面將顯示實(shí)際排料速率和排出物料的累計(jì)重量。

1.2失重秤設(shè)備組成

失重秤主要由進(jìn)料裝置、稱重器、排料裝置、重量顯示控制器等組成。

1.2.1進(jìn)料裝置

    進(jìn)料裝置用于對(duì)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(qiáng)，開(kāi)啟與關(guān)閉靈活，給料快速通暢的優(yōu)點(diǎn)。

1.2.2稱重器

    稱重器用于計(jì)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(gè)稱重過(guò)程為3~5min的物料體積來(lái)選定。進(jìn)料裝置的喂料時(shí)間（不作重量控制和調(diào)節(jié)的時(shí)間）約占整個(gè)稱重過(guò)程比例的10%。稱重器安裝了1個(gè)傳感器，用于將物料的重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)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(jī)、皮帶輸送機(jī)等連續(xù)輸送設(shè)備，采用變頻技術(shù)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)給料速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    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(dāng)失重秤控制任務(wù)增加時(shí)，該系統(tǒng)可自由擴(kuò)展。數(shù)字量輸入輸出模塊采用16點(diǎn)24VDC的SM322及SM321，模擬量重量信號(hào)輸入采用8點(diǎn)16位的SM311，溫度信號(hào)輸入采用8點(diǎn)16位的SM331，模擬量速度信號(hào)輸出采用8點(diǎn)12位的SM332。
 

    上位機(jī)工作站采用3臺(tái)聯(lián)想商用機(jī)，它與PLC之間通過(guò)CP5611通訊卡來(lái)實(shí)現(xiàn)MPI通訊。人機(jī)界面(HMI)采用SIEMENS的WinCC，它具有完備的操作界面，可實(shí)時(shí)記錄各種數(shù)據(jù)及報(bào)警顯示。用戶可根據(jù)系統(tǒng)的大小選擇軟件點(diǎn)數(shù)及功能。

3失重秤的調(diào)試及注意事項(xiàng)

3.1失重秤的調(diào)試

    失重秤從原理上不受秤體與給料機(jī)構(gòu)的機(jī)械變化影響，兼有靜態(tài)秤和動(dòng)態(tài)秤的特點(diǎn)，因此，在使用前必須進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試。

    (1)靜態(tài)調(diào)試步驟。

    ①根據(jù)秤體標(biāo)牌的最大量程，準(zhǔn)備相應(yīng)砝碼。

    ②零點(diǎn)調(diào)整：當(dāng)秤體為空時(shí)，在稱重變送器上調(diào)整零點(diǎn)參數(shù)和放大倍率，并在上位機(jī)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)擊校零。

    ⑤重復(fù)③、④步驟直至達(dá)到要求。

    (2)動(dòng)態(tài)校秤步驟。

    動(dòng)態(tài)校秤需準(zhǔn)備1塊秒表和30～50kg的電子秤，按配方的要求對(duì)相應(yīng)的失重秤進(jìn)行單機(jī)校驗(yàn)，將記錄數(shù)據(jù)的流量與微機(jī)設(shè)定的流量進(jìn)行比較，觀察是否在設(shè)定范圍內(nèi)。

3.2失重秤設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

失重秤兼有靜態(tài)秤、動(dòng)態(tài)秤特點(diǎn)，考慮精度的因素，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要求：

(1)正確的輸送率范圍，一般最佳實(shí)際工作范圍為額定輸送量的30%~80%，若采用交流調(diào)速，對(duì)應(yīng)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(dāng)，秤斗最大容積按設(shè)計(jì)最大流量運(yùn)行時(shí)，保證能夠穩(wěn)定運(yùn)行3min，計(jì)算公式為：

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

    實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)傳感器量程使用系統(tǒng)可在60%～80%，理論上講，信號(hào)變化范圍越寬，系統(tǒng)的精度越高。必須給傳感器預(yù)留一定的余量，避免補(bǔ)料過(guò)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(jì)算實(shí)際流量，對(duì)重量信號(hào)的穩(wěn)定性提出了較高要求。因此，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    ①做好接地防止干擾，信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜必須分開(kāi)放置于不同電纜槽中。

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

    ③重量變送器應(yīng)盡量安裝在現(xiàn)場(chǎng)，以便減少信號(hào)干擾。

4應(yīng)用趨勢(shì)

    為了更加適應(yīng)動(dòng)態(tài)精確測(cè)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(guān)重要。我國(guó)目前大部分使用傳統(tǒng)模擬式傳感器，其信號(hào)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(shù)的飛速發(fā)展，失重秤通過(guò)采用新技術(shù)不斷提高計(jì)量精度，這一新技術(shù)的核心即為數(shù)字式稱重傳感器的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)“自校準(zhǔn)”、“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(yīng)用必將是一種趨勢(shì)。

5結(jié)束語(yǔ)

    失重秤自動(dòng)配料系統(tǒng)在南風(fēng)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(yīng)用，寶潔公司在中國(guó)的洗衣粉廠及其所有的加工廠全部采用失重秤系統(tǒng)進(jìn)行后配料生產(chǎn)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

 

收稿日期：2010- 04- 28

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

劉志民(1964-)，工業(yè)自動(dòng)化高級(jí)工程師，從事過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)稱量包裝及自動(dòng)化配料的開(kāi)發(fā)與研究。

 

 

 

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