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連續(xù)式計量技術(shù)的突破--差分減重(失重秤)

連續(xù)式計量技術(shù)的突破篩砂機(jī)--差分減重(失重秤)
珠海長陸工控　反擊式粉碎機(jī)何曉東

本文作者結(jié)合多年工作實踐及對國內(nèi)外動態(tài)稱物料輸送機(jī)重計量的廣泛深入研究，就連續(xù)式攪拌設(shè)備計量的精度如何提高做出分析，得出方法。
一．連續(xù)式攪拌破碎機(jī)設(shè)備設(shè)備計量方法的現(xiàn)狀
1．1傳統(tǒng)使用的連續(xù)式直線篩計量方法
　　在如建材、糧油、礦山等散狀物料計量或在線控制配料時，有很多種方法。比較典型的有：皮帶秤類、沖板流量計類、核子秤類、圓盤給料秤類。這些計量形式各有特點(diǎn)，但是局限性很大，受設(shè)備機(jī)械變化影響大，精度輸送設(shè)備不高，安裝調(diào)校煩瑣，維護(hù)量大。
　　
皮帶秤工藝介流輸送裝置程紹：
　　皮帶秤將單位面積（稱重段）上受到的負(fù)荷信號與變化速度（皮帶轉(zhuǎn)速）信號進(jìn)行積分運(yùn)算得出流量值，以此作為可控制的對斗式輸送機(jī)象。

注：通過控制拖拉式皮帶轉(zhuǎn)速，改變拖出的物料量，物料經(jīng)給料溜槽的出料口整形后，其厚度穩(wěn)定均勻，喂料機(jī)無論皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速大小，皮帶上的負(fù)荷都是恒定的。與其它給料方式相比，該方式計量與控制精度效果較好。

注：給料與稱量功能分別在兩條皮帶上實現(xiàn)大傾角皮帶
1．2連續(xù)式計量方法在連續(xù)振蕩篩攪拌設(shè)備上使用現(xiàn)狀
　　連續(xù)式攪拌設(shè)備包括：穩(wěn)定土廠拌設(shè)備，水泥連續(xù)式攪拌設(shè)備，瀝青連續(xù)式攪拌設(shè)備。就計量精度而言，目前，這些移動式皮帶輸送機(jī)設(shè)備不能與間歇式相提并論。因此，連續(xù)式攪拌方法受不到廣大用戶的青睞，也是原因之一?？茖W(xué)分析可以說明，這兩種計量方法決定的攪拌工藝都有其適用的場合，不能由于暫時的技術(shù)限制而影響連續(xù)式攪拌的應(yīng)用。

　　目前，我國連續(xù)式攪拌設(shè)備均采用容積法或皮帶秤/螺旋秤兩類來計量，七十年代從歐洲引進(jìn)開發(fā)連續(xù)攪拌工藝至今，一直如此，始終未有突破。事實上，這兩種計量方法在歐洲使用能夠作到高精度，例如德國申克（Schenck）的皮帶配料秤，動態(tài)配料精度達(dá)到2%。而在中國卻不行，原因在于受到我國機(jī)械制造及材料等基礎(chǔ)工業(yè)的制約。目前我國用于公路行業(yè)的皮帶秤計量精度一般只能NE系列斗式板鏈提升機(jī)達(dá)到5%左右，與容積計量相差無幾，長期穩(wěn)定性較差。

二．連續(xù)稱重的革命——給料器差分減量（失重）秤
　　失重秤（英文Loss-in-weight）是九十年代開始應(yīng)用于工業(yè)過程稱重連續(xù)計量電動振篩機(jī)的。失重秤逐漸替代皮帶秤、螺旋秤，甚至累加秤，作為一種全新的計量方法，逐漸應(yīng)用到越來越多物料處理。

2．1基本原理：
　　將秤量斗及給料機(jī)構(gòu)作為整個秤體，通過儀表或上位機(jī)不停對秤體進(jìn)行重量信號的采樣，計算出重量在單位時間的變化比率作為瞬時流量，再通過各種軟硬件的濾波技術(shù)處理，得出可以作為控制對象的“實際流量”。
　　這個流量的獲取非常重要，是失重秤能否準(zhǔn)確計量的基礎(chǔ)。圖中介紹的是一種經(jīng)典的方法：

　　然后FC通過PID反饋算法，進(jìn)行逼近目標(biāo)流量的控制運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)信號去控制變頻器等給料機(jī)控制器。

2.2差分減量秤（失重秤）在實際中的應(yīng)用：
　　從原理上可以看出它不受秤體與給料機(jī)構(gòu)的機(jī)械變化影響，它只是計算重量差值（差重），與傳統(tǒng)動態(tài)計量手段相比，其優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的。
　　對于控制對象為流量（t/h ,kg/min ），而且物料可輸送性好，計量精度要求高時，采用失重法計量可以作為一種最佳方案。

2．2．2失重秤工藝流程：

2．2．3失重秤設(shè)計必須注意的事項，影響精度的因素：
　　失重秤兼有靜態(tài)秤、動態(tài)秤特點(diǎn)，因此，在設(shè)計系統(tǒng)時，要求：
1．正確的輸送率范圍，一般實際工作范圍為額定輸送量的60%~70%最佳。若采用交流調(diào)速，對應(yīng)變頻率為35-40Hz最佳。這樣保證調(diào)節(jié)范圍寬。還由于在輸送率過低時，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。
2．傳感器量程選用適當(dāng)，按公式

　　也就是說，傳感器也用到其量程的60%~70%，信號變化范圍寬，對提高精度極為有利。
3．機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計要確保物料流動性好，同時保證補(bǔ)料時間短，補(bǔ)料不應(yīng)過于頻繁，一般要求5-10分鐘補(bǔ)一次料。
　　配套傳動系統(tǒng)要保證運(yùn)行平穩(wěn)，線性好。

2．2．4應(yīng)用前景：
　　隨著電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，失重秤通過采用新的技術(shù)，在計量精度上由0.3%~0.5%。而提高到0.1%~0.2%，甚至到超過靜態(tài)秤，這一新技術(shù)的核心即數(shù)字式稱重傳感器的應(yīng)用。

2．2．4．1數(shù)字式稱量傳感器的應(yīng)用：
　　為了適應(yīng)動態(tài)測量的需要,在稱重系統(tǒng)中作為系統(tǒng)輸入端的傳感器至關(guān)重要。特別在需要智能化的場合,傳感器的直接或間接數(shù)安化已必不可少,此時測量不確定度和測量速度往往是一對矛盾,兩者很難兼得,而需根據(jù)實際情況作折衷選擇。在稱重領(lǐng)域,我國目前大量生產(chǎn)和應(yīng)用的都是傳統(tǒng)的模擬式傳感器,模擬信號的輸出較小。以生產(chǎn)量最大、采用電阻應(yīng)變原理的稱重傳感器為例，一般最大輸出為30-40mV。故其信號易受射頻干擾，電纜傳輸距離也短，通常在10m以內(nèi)。

　　在使用多個傳感器并聯(lián)的容器稱重系統(tǒng)（料斗秤式配料秤）、平臺稱重系統(tǒng)或秤橋（汽車衡或軌道衡）中，利用數(shù)字系統(tǒng)可實現(xiàn)“自校準(zhǔn)”。這是因為多通道的數(shù)字傳感器系統(tǒng)，不存在阻抗匹配問題。用戶輸入各傳感器的地址、秤量和靈敏度，即可自動進(jìn)行秤的“四角”或“邊角”平衡，不必一次次地反復(fù)調(diào)整信。而在模擬系統(tǒng)中多個傳感器關(guān)聯(lián)接線后，每個傳感器的特性就不再是可辨別的了，校準(zhǔn)時需在每一個傳感器上施加砝碼并利用接線盒中的分壓器進(jìn)行調(diào)整。由于調(diào)整時存在著交互作用，因而反復(fù)多次。在數(shù)字系統(tǒng)中，則允許分別復(fù)核作為單體的每一個傳感器。因此，校準(zhǔn)裝有數(shù)字傳感器系統(tǒng)的所有花費(fèi)的時間，僅為模擬系統(tǒng)的1/4。

　　利用數(shù)字系統(tǒng)可以實現(xiàn)“自診斷”，即診斷程序連續(xù)地檢查各傳感器信號是否中斷、輸出是否明顯超出范圍等。若有問題，在儀表或控制器面板上會自動顯示或報警，用戶利用面板上的鍵即可尋找各個傳感器，獨(dú)立地確定問題原因并進(jìn)行故障排除。這種直覺診斷和故障排除能力，對用戶顯然是一種重要優(yōu)點(diǎn)，而在模擬傳感器系統(tǒng)中則是很難忘以低成本實現(xiàn)的。

　　在稱重領(lǐng)域中，典型模擬傳感器系統(tǒng)的模數(shù)變換器的分辨力為16比特，即有50000個可用計數(shù)；而數(shù)字系統(tǒng)中每一個傳感器的分辨率為20比特，即有1000 000個可用計數(shù)。所以，一個裝有4個數(shù)字傳感器的系統(tǒng)即可提供4000 000個計數(shù)的分辨率。這種高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于秤架自重大而被稱物重量小的場合。例如：在配料稱重系統(tǒng)中，有時配方中某種物料僅占很小比例，但準(zhǔn)確度要求卻仍然很高。這在傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中同樣是很難實現(xiàn)的。

2.3國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀（在水泥廠、冶金、塑料、化纖等行業(yè)取得）
　　許多行業(yè)有豐富應(yīng)用失重秤的經(jīng)驗。如：水泥廠配料。近年來在工程塑料、化纖、光纖等等眾多行業(yè)已廣泛普及。有些行業(yè)由于采用了連續(xù)失重計量，可以保證落料按比例混合，而弱化攪拌需要，簡化了工藝。國外發(fā)達(dá)國家這一產(chǎn)品很成熟，如德國申克公司，布達(dá)本拉（brabender），瑞士開創(chuàng)（ktron）公司，技術(shù)處于國際最領(lǐng)先地位。其中開創(chuàng)公司由于采取了數(shù)字傳感器技術(shù)動態(tài)精度可達(dá)0.25%。以工業(yè)過程稱重而言，已經(jīng)達(dá)到靜態(tài)秤精度。

三．在連續(xù)式攪拌機(jī)械上的應(yīng)用及前景影響
　　由于國內(nèi)連續(xù)式攪拌設(shè)備計量停留在傳統(tǒng)的方法上，因此，推廣失重秤應(yīng)用前景將十分廣闊，對穩(wěn)定土廠拌、水泥連續(xù)攪拌、瀝青連續(xù)攪拌工藝起到革命性的改變，對流量的精準(zhǔn)控制將會制造出非常合格理想的混合料。由于連續(xù)式拌和工藝結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)費(fèi)用低，因此一旦在產(chǎn)品級配上把好關(guān)，將徹底改變連續(xù)式拌和的市場占有低的現(xiàn)狀。特別是公路、水電行業(yè)所需的高產(chǎn)設(shè)備，具有重大意義，而失重秤即是提高計量精度的一種重要突破?！?o:p>

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