简体中文 ENGLISH
关键字:

主要产品: 自动包装生产线解决方案 / 智能精量配肥机系统 / 溯源系统解决方案 / 定量包装秤 / 流量秤 / 检重(分选秤) / 周边设备 
您现在的位置:新闻资讯 >> 技术论坛 >> 称重技术在塑胶行业配料中的应用
  • 关 键 字:
  • 分 类:
  • 搜索范围:
  •  

称重技术在塑胶行业配料中的应用

作者:张晓传 金平浏览次数: 日期:2013年8月28日 16:26

摘要:

本文简要阐述了称重技术的最新发展,及应用现代称重技术构成塑料、橡胶行业配料系统的几种体系结构。

引言
   随着市场竞争的日益激烈,生产企业越来越多地关注产品的品质。在塑料、橡胶等生产行业,产品各原料的配比是否精确,已经成为影响产品品质的关键性因素。所以,称重、配料技术在塑胶行业应用日益广泛。
1 称重技术的最新发展
1.1模拟式称重传感器和A/D转换技术
   电阻应变片式称重传感器(亦即模拟式称重传感器)是基于这样一个原理:弹性体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在其表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生增大或减小的变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片式称重传感器的内部电路原理图如图1-1所示。
模拟式称重传感器的基本参数:
   输出灵敏度:在满负荷(载荷)的情况下,称重传感器的直流激励电压每增加一伏,其输出的增加量被定义为称重传感器的输出灵敏度,称重传感器输出灵敏度的单位是毫伏/伏。
   综合误差:称重传感器的误差由非线性、滞后、蠕变、温度漂移等组成。称重传感器的综合误差一般为0.03%(FS),也就是传感器满量程的万分之三左右。
   阻抗:称重传感器的输入阻抗一般在450Ω左右,输出阻抗一般在350Ω左右。
随着微电子技术的飞速发展,称重技术中的A/D转换技术发生了日新月异的变化,从双积分到逐次逼近,从并行口输出到串行口输出,从分离元件前置放大到高度集成数字放大,微电子技术的进步为称重技术的高速发展奠定了坚实的基础。
   目前,在称重控制领域中广泛使用∑Δ(Sigma-Delta)技术的高精度A/D转换器件,该器件将数字可编程增益放大器(PGA)、增益及零点校正电路、数字滤波电路和A/D转换电路封装在一颗高性能集成电路中,由于采用串行的I2C总线输出,器件的体积变得非常小巧。A/D转换可以高达24位,同时其采样速度也可以达到4000次/秒,A/D数据输出速度达到100次/秒或更高,线性误差达到0.0007%FS。
1.2整体式数字传感器
   整体式数字传感器在原模拟传感器的基础上,增加了数字转换甚至数字修正、数字滤波和数字补偿等功能。由于用数字信号输出替代原来的模拟信号输出,从而克服了传统传感器的模拟信号容易受到干扰和衰减等的诸多缺欠,大大提高了称重系统的可靠性。数字传感器中数字变送电路的分辨率可做到100万内码,采样速率可做到100次/秒,温度漂移可做到10PPM/℃。
   数字称重传感器使用方便,易于构成称重控制系统。但是数字传感器的高成本成为它的最大缺点。
1.3分体式数字传感器
   近年来,分体式数字传感器也得到了快速发展。分体式数字传感器是将原先在数字传感器内部的A/D转换电路移至接线盒内,通常将具有A/D转换模块的接线盒称为数字接线盒,再将数字接线盒输出的数字信号传递给显示控制器,与整体式数字称重传感器相比,分体式数字传感器具有成本低,便于由多个传感器构成称重单元和易于维护等明显优点。
1.4重量变送器
   重量变送器常用的有模拟式和数字式两种。模拟重量变送器是将称重传感器重量信号转换为统一的标准信号,如:0/4~20mA、0~5VDC 、0~10VDC。
   数字重量变送器在分体式数字传感器的基础上,增加了校准、皮重处理等功能,数字重量变送器的输出可以是称重系统的净重,同时数字重量变送器还具备一定的远程控制功能。
2 称重配料的实现方法
2.1减重(量)法实现配料
   减重(或者叫申克Schenck) 秤因最早由德国工程师发明而得名。减重配料系统的结构如图2-1所所示。由于减量配料秤是“通过控制称重料斗内的重量输出来确定装料质量的自动装料衡器”。 相关标准应该参照QB/T2501-2000《重力式自动装料衡器》行业标准和国家鉴定规程JJG564-2002《重力式自动装料衡器》或国际法制计量组织OIML R61执行。
   由图可见,减量秤出料装置连接在称重单元上,省掉了计量斗,结构相对简单。特别适合用做粉状等有粘性的特殊物料配料。
   由于减重秤的结构特点,相对于每次装料称重单元的量程要大得多(一般为五倍或更高),因而减重秤的定量精度相对较低。
2.2增量法实现配料
   累加式配料系统的基本结构如图2-2所示,设置多个给料装置向同一个称重单元供料,由多个称重周期构成一个配料过程。
   由于满足“有一个称重单元,通过多个称重周期,控制每次输出的装料质量的重力式自动装料衡器”的定义,因此,累加式配料系统属于重力式自动装料衡器的范畴,相关标准应该参照QB/T2501-2000《重力式自动装料衡器》行业标准和国家鉴定规程JJG564-2002《重力式自动装料衡器》或国际法制计量组织OIML R61执行。
   为了保证系统的配料精度,一般要限制系统配料的比例。各个成分间重量比例越高,相应的配比中比份小的物料的配料精度就会越低。
3 配料系统控制方法及人机交互技术
   称重配料控制系统主要由储料仓、给料装置、称重装置、输送装置、电控柜、微机控制系统构成,可完成多种物料不同配方配料的自动供料配料,广泛适用于化工、建材、医药、食品、饲料加工等行业多种物料的称量控制。系统特点:储料、定量给料、称量、密封输送于一体,全过程微机控制,自动化程度高;各单秤技术先进、性能优良,整套系统结构紧凑 ;用户多物料多配方环境下各种数据的输入输出可通过终端设备操作完成 ;方便地将设定数据输出或显示在终端画面上,是实现自动控制为目的的集中监视系统 ,利用PLC、人机、组态软件实现自动控制;具现场监控、故障报警、数据采集、记录、统计、查询、打印与一体的自动化流程。系统长时期工作性能稳定可靠,消除人为配料误差,提高配料效率,改善作业环境和劳动条件。
   按配料方式可分为连续式和非连续式(或称为分批式、间歇式)配料两种。从提高散粒/粉体生产企业生产能力与降低固定资产投资的角度说,连续式配料生产流水线是最理想的工艺选择。但由于各种散粒体(和粉体)连续计量自动配料装置(电子配料秤)的称量准确度、量程、稳定性等方面或某一方面尚不能满足大多数生产企业,尤其是称量准确度要求较高的特定配料生产领域的要求,故应用受到限制。许多连续计量衡器仅能应用于粉体流量测控系统的装置。由于它的连续称量准确度较低,一般用于企业内部计量和物料成本核算,有些也用于生产企业生产过程中的实时物料流量测控。
   由于电子化和自动化的迅速发展与普及,用于配料称重的非连续累计衡器(俗称累计料斗秤)在工业上几乎在所有需要配料的的散粒/粉体工业部门中都有应用。它具有称量准确度高、适应性广、配料速度快和配料称量量程可变幅度大、生产效率高的特点。因此本文阐述对象是非连续自动配料秤。
   目前最常见的配料工艺流程有多仓数秤、多仓一秤和一仓一秤等几种形式。应用较多的配料工艺是多仓双秤与多仓三秤的工艺形式。其优点是大秤量的用大秤、小秤量的用小秤,故可提高配料准确度;同时也增加了可直接配料的原料品种和数量。此外,大小秤同时配料,可缩短配料周期。
3.1由模拟传感器和专用配料控制器构成控制系统
   配料控制器除具有一般称重显示仪表的功能外,还具有:配方输入、配方存储、给料顺序设定、放料控制、自动补偿等功能。
由模拟传感器和专用配料控制器构成的配料控制系统示意图如图3-1所示。工作时只要在专用配料控制器上输入工艺配方,配料控制器即对各料仓给料顺序、给料方式、称重、卸料等进行控制。该系统适用于物料品种少(一般在4种以下),常用配方数量不多,不需对配方数据进行管理的场合应用。其人机交互性较差,但其结构简单、系统造价低、维护方便。
3.2由数字变送器、PLC和触摸屏构成控制系统
   由数字变送器、PLC和触摸屏构成的配料控制系统示意图如图3-2所示。配料控制系统自从采用了PLC控制后,使系统的各项性能指示均有了明显的提高,充分体现了,可靠、快速、灵活的控制特点,满足了较为复杂的工艺要求,实现了以往难以做到的多种复杂控制和故障保护,使系统具备了小型化、操作维护简单化和控制智能化的特点。在PLC硬件设计上,仅保留直接面向人和设备的输入和输出的接口,省去了一切中间环节,大大节约了系统的投资。在PLC的软件设计上,采用灵活的编程方式,使程序更加简洁易读、易修改,也使得系统在控制功能上有着更大的灵活性和适应性。
   触摸屏进行监控可靠性高,监控实现容易,触摸屏与PLC之间的通信问题生产厂商已处理好,用户不用考虑通信问题,可以大大缩短工程周期。但灵活性一般,功能有限,不能满足复杂控制系统的监控要求,而且价格高。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。
3.3由数字变送器、PLC和工控机(组态软件)构成控制系统
   PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法:触摸屏监控、组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控。
  用第三方软件编制的监控软件实现监控,灵活性好,系统投资低,能适用于各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证,对技术人员的经验和技术水平要求高,还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限,技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。
   并用组态软件实现监控,功能强大,灵活性好,可靠性高。但软件价格高,需要解决组态软件与PLC的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。组态软件是运行于PC平台的一个通用工具软件,和PC机或工控机一起也可以组成HMI产品。度通用的组态软件支持的设备种类多一些,而且由于其硬件平台的性能强大(在速度和存储容量上),通用组态软件的功能也强很多。由数字变送器、PLC和工控机(组态软件)构成的配料控制系统示意图如图3-3所示。大中型塑胶自动化控制系统的构成以“工控机+PLC”的配置较为常见。
  
PLC作为塑胶配料测控系统的现场控制器,工控机用作上位机,可通过多种通信方式与PLC通讯,接收PLC传送来的数据信息,利用组态软件,可以很方便的进行实时和历史数据的存储、查询、统计、计算、显示、打印等功能,完成原料种类、数量、价格等历史数据和实时数据。
4 配料系统的常用结构
4.1秤斗式减量配料系统
   如图2-1所示,秤斗式减量配料系统有多个称重单元,每个称重单元只对应一种物料,一个载荷量(在某一时期之内)。称重仓的最大秤量、最小秤量、技术参数和结构可能相同,也可能有所不同。运行时各个称重单元同时对其承载器内的载荷进行称量,每个称重单元称量的物料可能是相同,也可能是不同的。通过工业控制计算机对每个称重单元的载荷进行组合和调整,然后对其卸料形成一次接近预设值的装料。
4.2秤斗式增量配料系统
   如图2-2所示,秤斗式增量配料系统只有一个称重单元,通过工业控制计算机对称重单元不同时段称量多种不同物料的载荷,形成一次装料。
4.3多工位配料系统
   多工位配料系统常见的有单称重单元和多称重单元两种形式,如图4-1(a)所示。该系统有一个称重单元,称重单元是安装在一个可以沿道轨直线运行的车辆上,而各种物料的储料仓等距离地建筑在道轨两侧。通过工业控制计算机对称重单元按照工艺要求在不同位置接取不同载荷量的物料进行组合,然后到指定位置卸料,形成一次装料。装有称重斗的电动车辆采用红外线、逻辑编码等技术进行定位,以达到准确接取物料和卸载物料的目的。
   图4-1(b)所示也是一种塑胶行业常用的多工位配料系统,该系统有多个称重单元,多个称量单元承载器(称量输送线)的最大秤量等技术参数和结构有所不同。称重单元是安装在一个向水平方向输送物体的皮带输送线上,而各种物料的储料仓设在输送线中央位置的上方。通过工业控制计算机对每个称重单元按照工艺要求在不同位置接取不同载荷量的物料进行组合,然后到指定位置卸料,形成一次装料。载有接料箱的输送线两侧采用红外线、接近开关感应等技术进行定位,以便准确接取物料。
5.结束语
   由上述可知,可以有多重方法、多重形式构成称重配料系统,具体方案的选择应该根据物料特性、生产条件等综合因素确定。本文所述多种称重配料实现方法、控制方式和常用结构组合构成的称重配料系统在塑胶、饲料、化工等行业都得到良好的应用和推广,实践证明,根据用户要求合理选择配置、优化设计后的称重配料系统,其各项技术指标均能满足企业生产工艺要求,且功能完备、可靠性高。进口称重配料系统投资大、维修困难、后期维护成本高等弊端已十分明显。随着国内称重技术的不断发展,不但国产称重配料系统已是众多生产企业的首选,更有许多称重配料系统产品出口国外。
参考文献:
[1]刘九卿。数字式智能称重传感器的发展和应用。《衡器》2004年第5期
[2]陈日兴。数字式称重传感器的智能化功能演变与发展综述
[3] MAXIM:MAX1400数据手册
[4]JJG564-2002《重力式自动装料衡器》
[5]庄建桥。《粉体配料混合技术》。北京:科学技术文献出版社,2005.7
[6]中国衡器协会。《中国衡器实用技术手册》。北京:中国计量出版社,2005.10

所属类别: 技术论坛

该资讯的关键词为:称重技术、重量变送器、配料 

  地 址: 无锡市国家高新技术开发区新华路科园路  
  电 话: 86-510-85342400
  86-510-85342300
  传 真: 86-510-85345007
  E-mail: naitesales@163.com
  marketing@naite-china.com