稱重儀表在自動配料系統中的應用

摘要：配料自動化就是將不同材質和不同粒度的物料按一定比例在自控系統控制下進行配合，以達到工藝要求的過程。本文通過稱重配料系統與傳統配料自動化進行的比較，分析了稱重配料系統的原理、特點以及控制方法。

關鍵詞：稱重儀表 配料 自動控制系統

配料工序是化工生產中的一個重要環節，配料質量控制的優劣直接關系著下游工序能否順利進行，如果配制料液的質量達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產品的質量和產率，并且有些重要生產崗位的配料失誤甚至會給整個生產釀成事故。所以應對配料過程的質量控制給予足夠重視。

1 傳統配料自動化系統

實際生產中常見的配料自動控制是利用流量計測量物料的加入量，然后根據配制比例來控制各物料的加量。如圖1所示。

其原理是：配料開始時，流量累積控制器(QIC01、QIC02)控制進料閥門(V11、V12)打開，直到物料M1、M2的累積流量分別達到各自的設定值時關閉進料閥門，完成配料過程。在這一系統中流量計是其關鍵環節。由于配料過程需要準確計量各物料的加量，所以首先要選擇高精度的流量計；其次流量計的選擇要根據物料的物理特性、化學特性來選擇各自合適的流量計。通常流量計的使用精度會受到各種客觀因素的影響，如管道中流體狀態，物料結垢、結晶，溫度變化，氣泡存在等都對流量計的測量精度產生不同程度的影響。另外，流量計有其可測流速范圍，而配料管道的流速變化很大，也使其使用精度降低。可見，使用流量計實現配料控制比較困難，而且控制精度也不能很好地保證。

2 利用稱重儀表實現配料自動化

2.1 稱重儀表的組成及工作原理 通常稱重儀表由稱重傳感器（WZ）、稱重變送器（WT）、稱重控制器（WIC）組成。

稱重傳感器由金屬彈性元件本體和與其相連的電阻應變片構成。四只電阻應變片組成一個惠斯通電橋。被測物的重力G使彈性元件產生形變ε，這一形變引起電阻應變片的延伸，壓縮形變ε。根據虎克定律，彈性形變與外力成正比：ε∝G

根據電阻應變效應理論：電阻應變片的相對變化（△R）/R與形變ε成正比：（△R）/R=kε

式中，k為電阻應變片靈敏系數。因此（△R）/R∝G

惠斯通電橋的不平衡電壓Um=（△R/R）UREF，所以Um∝G

只要測量Um，經過放大、變送并經稱重控制器處理后便可得到被測物的重量G。

2.2 稱重配料系統 其基本原理是：首先根據配制比例設定各物料的加量值，由稱重控制器或PLC順序執行各種物料的加料，通過稱重儀表檢測此物料的加入量直到此種物料加量達到設定值時關閉此物料的進料閥門，完成此物料的加量后進人下一種物料的加入過程，直到所有的物料按照設定加量值加量完畢結束配料。

其具體的控制程序流程如圖2所示。

3 稱重配料系統的特點

經過實踐應用，利用稱重儀表實現配料自動化有很多優點，列舉如下。

3.1 實現質量配比 由于稱重儀表測量的是物料的重量G，因為G=mg，故G1：G2：…：Gn=M1：M2：…Mn，所以稱重配料系統可直接實現各物料的質量比例配制。化工生產中質量計量比體積計量更優越。

3.2 同一儀表差值計量，克服系統誤差 所有物料的加量都是通過同一臺稱重儀表進行檢測，并且各物料的加量控制是靠稱量值的前后差值計算來實現。即使稱重儀表的零點產生漂移，其用差值表示的加量仍是準確的，也就保證了配制比例準確。

當儀表的零點和量程同時發生變化后，能否嚴格實現準確的配制比例呢？現討論如下：設稱重儀表輸入輸出的關系為Y=kx，M1，M2兩種物料之間的配制比例為H。

式中，G2、G1分別為M2、M1的加量。

當儀表零點量程變化后輸入輸出的關系為：

仍按原設定值進行加料控制，則：

式中，G2，G1為 M2，M1的實際加量。

可見儀表的零點、量程即使同時改變后，稱重系統仍可實現M1、M2之間準確的配制比例，從而保證了生產的安全。

3.3 系統具有易擴展性 稱重配料系統不僅可以實現液體物料的配制，還可以應用于固、液物料的混合配制，而且可以實現向外供料的計量和控制，所有這些功能均只需增加相應的閥門，增添相應的控制程序便可以方便地實現。

3.4 系統的可靠性高，精度穩定且調校方便 稱重傳感器是通過電阻應變片電阻的微小變化來測量重力的，幾乎沒有機械行程，并且靈敏元件本身封裝在彈性元件內部屬于全密封式結構，不與工藝介質接觸，不受料液結垢、結晶、腐蝕等影響，精度能夠保持長期穩定。稱重系統的調校也很方便。只需用標準砝碼或定量的水便可方便地對儀表進行校驗。

4 結論

稱重儀表做為檢測和控制手段在配料過程中的應用，能夠很好地解決利用流量計實現配料自動化過程中存在的使用精度較低，長期穩定性不好等弊病，同時又具有安裝調試方便，易擴展，克服零漂，準確、直接實現質量配比，可靠性高等優越性。

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