失重秤在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

梁海軍

中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467001

隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)物料尤其是固態(tài)物料的連續(xù)精確計(jì)量控制要求的提高，與九十年代產(chǎn)生了一種能滿足該要求的新型計(jì)量設(shè)備——失重秤（英文Loss-in-weight）。失重秤是根據(jù)秤體上物料重量的變化來(lái)對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)精確計(jì)量的，失重秤的出現(xiàn)逐漸替代了原來(lái)的皮帶秤、螺旋秤、甚至累加秤，作為一種全新的計(jì)量方法，在治金、礦山、化工、化纖能行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 失重秤（如圖1）

圖1

圖1為梅特勒·托利多的失重秤，由秤臺(tái)（在秤臺(tái)底座上固定一只傳感器）、喂料變頻電機(jī)（可同時(shí)帶動(dòng)輸送螺旋和水平攪拌）、上料斗、垂直攪拌、軟連接及失重秤控制儀表（IND560CF）等部分組成。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量控制，外圍還需要配置大料倉(cāng)、自動(dòng)閥門(mén)（作用為連續(xù)給失重秤上料斗補(bǔ)料），接收設(shè)備（作用為連續(xù)接受失重秤喂料）等。

2 控制方框圖

設(shè)定流量→失重秤控制儀表→喂料變頻電機(jī)→喂料螺桿→物料

3 工作原理

秤臺(tái)、上料斗及作用在秤臺(tái)上的所有設(shè)備作為整個(gè)秤體，傳感器將秤體上的重量變化連續(xù)不斷地傳送給失重秤控制儀表（控制儀表是失重秤的核心處理部份，所有的控制和處理功能都是由它來(lái)完成的），控制儀表根據(jù)該信號(hào)計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)秤體的重量變化率作為實(shí)際瞬時(shí)流量，然后與設(shè)定的目標(biāo)流量進(jìn)行比較，進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出4-20mA的電流信號(hào)去改變喂料電機(jī)的變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速使實(shí)際喂料量盡可能的接近設(shè)定的目標(biāo)流量，以達(dá)到精確喂料的目的。

為實(shí)現(xiàn)失重秤喂料的連續(xù)性和計(jì)量的精確性，上料斗上面需要配置一個(gè)能連續(xù)供料的大料倉(cāng)及控制補(bǔ)料的自動(dòng)閥門(mén)。在控制儀表中設(shè)有一個(gè)補(bǔ)料上限值（Refill＿Stop）和一個(gè)補(bǔ)料下限值（Refill＿Star），當(dāng)控制儀表秤得秤體上的重量達(dá)到補(bǔ)料下限值時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)開(kāi)啟補(bǔ)料閥門(mén)的信號(hào)，使閥門(mén)打開(kāi)，大料倉(cāng)的物料就會(huì)通過(guò)軟連接下到上料斗，秤體上的重量就會(huì)增加，當(dāng)控制儀表秤得秤體上的重量達(dá)到設(shè)定的補(bǔ)料上限值時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)關(guān)閉閥門(mén)的信號(hào)，使閥門(mén)關(guān)閉。而在這個(gè)過(guò)程中喂料電機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，這就是說(shuō)喂料是連續(xù)的。對(duì)于那些流動(dòng)性差、比較輕、比較細(xì)的物料，在閥門(mén)關(guān)閉之后很短的時(shí)間內(nèi)，會(huì)有一部分重量還沒(méi)加到秤體上，這時(shí)如果失重秤根據(jù)傳感器傳送的信號(hào)進(jìn)行PID控制的話，由于在這個(gè)時(shí)間段傳感器感受到的重量變化會(huì)變小，從而導(dǎo)致信號(hào)失真控制不準(zhǔn)，為此在控制儀表內(nèi)還設(shè)有補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間（Timer2），該時(shí)間是從關(guān)閉閥門(mén)開(kāi)始計(jì)時(shí)的。而在開(kāi)始補(bǔ)料到補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)喂料電機(jī)將維持補(bǔ)料前的頻率不變，換言之就是在該過(guò)程中失重秤處于固定頻率運(yùn)行狀態(tài)—靜態(tài)控制。當(dāng)補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間結(jié)束失重秤自動(dòng)恢復(fù)動(dòng)態(tài)控制，即根據(jù)傳感器傳送的信號(hào)對(duì)喂料電機(jī)進(jìn)行控制。失重秤的運(yùn)行過(guò)程就是這樣周而復(fù)始地進(jìn)行著。

為確保失重秤的控制精度，在控制儀表內(nèi)除了上面提到的那些重要參數(shù)之外，還有如下控制參數(shù)：Set P（比例系數(shù)P值）；Set I（積分時(shí)間I值）；Set D（微分時(shí)間D值）；Caltime（當(dāng)前流量采樣時(shí)間）；Calcount（當(dāng)前流量采樣次數(shù)）；Targer-F（流量控制目標(biāo)值）；Limit-E（流量控制允許誤差范圍）；Hig_Weight（高料位值）；Low_Weight（低料位值）；Load-Max（頻率極限值）；Load-Min（頻率最小值）；Sample Flux1（動(dòng)態(tài)標(biāo)定流量值1）；Sample Flux2（動(dòng)態(tài)標(biāo)定流量值 2）；Sample Flux3（動(dòng)態(tài)標(biāo)定流量值 3）；Work Mode（工作模式選擇）；Batch Select（批次（定量）功能選擇）；Flux Factor（流量修正參數(shù)）；Proportion Factor（物料比重修正參數(shù)）。

4 失重秤設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)

為提高失重秤的控制精度，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）選擇合適的使用頻率，使用頻率保持在35Hz～40Hz為最佳，當(dāng)頻率過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差；

2）傳感器量程選擇適當(dāng)，使用在量程的60%～70%，信號(hào)變化范圍寬，有利于提高控制精度；

3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保物料流動(dòng)性好，同時(shí)保證補(bǔ)料時(shí)間短，補(bǔ)料不應(yīng)過(guò)于頻繁，一般要求5min～10min補(bǔ)一次料；

4）配套傳動(dòng)系統(tǒng)要保證運(yùn)行平穩(wěn)，線性好。

5 失重秤在安裝和使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)：

為確保失重秤的精度，在安裝和使用過(guò)程中一定要注意以下細(xì)節(jié)：

1）秤臺(tái)固定一定要牢固，傳感器為彈性形變?cè)?，外界的震?dòng)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾，使用經(jīng)驗(yàn)告訴，失重秤在使用過(guò)程中最忌諱的就是環(huán)境的震動(dòng)影響；

2）環(huán)境中不能有氣流流動(dòng)，因?yàn)闉樘岣叻Q量的精度，所選的傳感器非常靈敏，所以任何的風(fēng)吹草動(dòng)對(duì)傳感器都會(huì)有干擾；

3）上、下軟連接要又輕又軟，避免下、下設(shè)備對(duì)失重秤造成干擾。目前使用的最理想的材料是光滑柔軟的絲稠；

4）大料倉(cāng)與上料斗之間的連接距離越短越好，尤其是對(duì)那些粘附性比較強(qiáng)的物料，當(dāng)大料倉(cāng)與上料斗之間的連接距離越長(zhǎng)，管壁上粘附的物料就越多，當(dāng)管壁上的物料粘附到一定程度時(shí)，一旦落下來(lái)對(duì)失重秤就是一個(gè)非常大的干擾；

5）盡量減少與外界的連接，凡是作用在秤體上的外界重量一定要保持恒定，目的是為了減少外界作用力對(duì)秤體的影響；

6）補(bǔ)料速度要快，因此一定要確保補(bǔ)料過(guò)程中下料的順暢性。對(duì)于流動(dòng)性差的物料，為防止其架橋，最好的解決辦法是在大料倉(cāng)加機(jī)械攪拌，最大的忌諱為氣流破拱，但攪拌不能一直運(yùn)行，最理想的就是攪拌與補(bǔ)料過(guò)程保持一致，即與補(bǔ)料閥門(mén)保持同步；

7）補(bǔ)料的下限值和補(bǔ)料的上限值設(shè)置要合適，設(shè)置的指導(dǎo)思想是物料在這兩個(gè)量之間在料斗中的堆積密度基本一致。這可以通過(guò)觀察變頻器的頻率變化來(lái)得到，當(dāng)料斗中物料的堆積密度基本一致時(shí)，變頻器的頻率基本上變化不大。補(bǔ)料的下限值和補(bǔ)料的上限值設(shè)置合適能夠提高補(bǔ)料過(guò)程中的控制精度，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)說(shuō)過(guò)補(bǔ)料過(guò)程中失重秤處于靜態(tài)控制，如果能保持補(bǔ)料前后變頻器頻率基本不變，補(bǔ)料過(guò)程的計(jì)量精度也基本上是有保證的。另外，在保證堆積密度基本一致的情況下，盡量減少補(bǔ)料次數(shù)，即盡量每次多補(bǔ)一些料。這兩者互相矛盾，要統(tǒng)籌考慮。這也是補(bǔ)料過(guò)程中的精度能否保證的關(guān)鍵所在；

8）補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間設(shè)置要合適，設(shè)置的指導(dǎo)思想是確保所有的物料都已落在秤體上，并且設(shè)置時(shí)間越短越好。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)在補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間內(nèi)失重秤是處于靜態(tài)控制，所以該時(shí)間越短越好。該時(shí)間也可通過(guò)觀察來(lái)得到，在調(diào)試時(shí)期可以先把該延時(shí)時(shí)間設(shè)置長(zhǎng)一些，觀察每次補(bǔ)料結(jié)束后，秤體上的總重量在多長(zhǎng)時(shí)間能夠不波動(dòng)（不會(huì)變大）穩(wěn)定下來(lái)（秤體上的總重量平穩(wěn)減少）。那么該時(shí)間即是合適的補(bǔ)料延時(shí)時(shí)間。

6 結(jié)論

本文介紹了失重秤的工作原理及在設(shè)計(jì)、使用過(guò)程中應(yīng)注意的一些事項(xiàng)，尤其是使用過(guò)程中的那些細(xì)節(jié)，是寶貴的經(jīng)驗(yàn)之談，希望能對(duì)大家有所幫助，能更好的使用失重秤。也只有注意到了這些細(xì)節(jié)問(wèn)題，失重秤的控制精度才有保證，才能生產(chǎn)出好的合格的產(chǎn)品。

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