失重秤在工業生產中的應用

梁海軍

中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司，河南 平頂山 467001

隨著工業生產過程中對物料尤其是固態物料的連續精確計量控制要求的提高，與九十年代產生了一種能滿足該要求的新型計量設備——失重秤（英文Loss-in-weight）。失重秤是根據秤體上物料重量的變化來對物料進行連續精確計量的，失重秤的出現逐漸替代了原來的皮帶秤、螺旋秤、甚至累加秤，作為一種全新的計量方法，在治金、礦山、化工、化纖能行業得到越來越廣泛的應用。

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（在秤臺底座上固定一只傳感器）、喂料變頻電機（可同時帶動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。要實現連續計量控制，外圍還需要配置大料倉、自動閥門（作用為連續給失重秤上料斗補料），接收設備（作用為連續接受失重秤喂料）等。

2 控制方框圖

設定流量→失重秤控制儀表→喂料變頻電機→喂料螺桿→物料

3 工作原理

秤臺、上料斗及作用在秤臺上的所有設備作為整個秤體，傳感器將秤體上的重量變化連續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完成的），控制儀表根據該信號計算出單位時間內秤體的重量變化率作為實際瞬時流量，然后與設定的目標流量進行比較，進行PID運算后輸出4-20mA的電流信號去改變喂料電機的變頻器的輸出頻率，從而改變電機的轉速使實際喂料量盡可能的接近設定的目標流量，以達到精確喂料的目的。

為實現失重秤喂料的連續性和計量的精確性，上料斗上面需要配置一個能連續供料的大料倉及控制補料的自動閥門。在控制儀表中設有一個補料上限值（Refill＿Stop）和一個補料下限值（Refill＿Star），當控制儀表秤得秤體上的重量達到補料下限值時，會發出一個開啟補料閥門的信號，使閥門打開，大料倉的物料就會通過軟連接下到上料斗，秤體上的重量就會增加，當控制儀表秤得秤體上的重量達到設定的補料上限值時，會發出一個關閉閥門的信號，使閥門關閉。而在這個過程中喂料電機一直處于運行狀態，這就是說喂料是連續的。對于那些流動性差、比較輕、比較細的物料，在閥門關閉之后很短的時間內，會有一部分重量還沒加到秤體上，這時如果失重秤根據傳感器傳送的信號進行PID控制的話，由于在這個時間段傳感器感受到的重量變化會變小，從而導致信號失真控制不準，為此在控制儀表內還設有補料延時時間（Timer2），該時間是從關閉閥門開始計時的。而在開始補料到補料延時時間結束這段時間內喂料電機將維持補料前的頻率不變，換言之就是在該過程中失重秤處于固定頻率運行狀態—靜態控制。當補料延時時間結束失重秤自動恢復動態控制，即根據傳感器傳送的信號對喂料電機進行控制。失重秤的運行過程就是這樣周而復始地進行著。

為確保失重秤的控制精度，在控制儀表內除了上面提到的那些重要參數之外，還有如下控制參數：Set P（比例系數P值）；Set I（積分時間I值）；Set D（微分時間D值）；Caltime（當前流量采樣時間）；Calcount（當前流量采樣次數）；Targer-F（流量控制目標值）；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（動態標定流量值1）；Sample Flux2（動態標定流量值 2）；Sample Flux3（動態標定流量值 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）；Proportion Factor（物料比重修正參數）。

4 失重秤設計時的注意事項

為提高失重秤的控制精度，在設計時應考慮以下幾點：

1）選擇合適的使用頻率，使用頻率保持在35Hz～40Hz為最佳，當頻率過低時，系統的穩定性差；

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

3）機械結構設計要確保物料流動性好，同時保證補料時間短，補料不應過于頻繁，一般要求5min～10min補一次料；

4）配套傳動系統要保證運行平穩，線性好。

5 失重秤在安裝和使用過程中的注意事項：

為確保失重秤的精度，在安裝和使用過程中一定要注意以下細節：

1）秤臺固定一定要牢固，傳感器為彈性形變元件，外界的震動會對其產生干擾，使用經驗告訴，失重秤在使用過程中最忌諱的就是環境的震動影響；

2）環境中不能有氣流流動，因為為提高稱量的精度，所選的傳感器非常靈敏，所以任何的風吹草動對傳感器都會有干擾；

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

4）大料倉與上料斗之間的連接距離越短越好，尤其是對那些粘附性比較強的物料，當大料倉與上料斗之間的連接距離越長，管壁上粘附的物料就越多，當管壁上的物料粘附到一定程度時，一旦落下來對失重秤就是一個非常大的干擾；

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秤體的影響；

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

7）補料的下限值和補料的上限值設置要合適，設置的指導思想是物料在這兩個量之間在料斗中的堆積密度基本一致。這可以通過觀察變頻器的頻率變化來得到，當料斗中物料的堆積密度基本一致時，變頻器的頻率基本上變化不大。補料的下限值和補料的上限值設置合適能夠提高補料過程中的控制精度，因為前面已經說過補料過程中失重秤處于靜態控制，如果能保持補料前后變頻器頻率基本不變，補料過程的計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，盡量減少補料次數，即盡量每次多補一些料。這兩者互相矛盾，要統籌考慮。這也是補料過程中的精度能否保證的關鍵所在；

8）補料延時時間設置要合適，設置的指導思想是確保所有的物料都已落在秤體上，并且設置時間越短越好。前面已經說過在補料延時時間內失重秤是處于靜態控制，所以該時間越短越好。該時間也可通過觀察來得到，在調試時期可以先把該延時時間設置長一些，觀察每次補料結束后，秤體上的總重量在多長時間能夠不波動（不會變大）穩定下來（秤體上的總重量平穩減少）。那么該時間即是合適的補料延時時間。

6 結論

本文介紹了失重秤的工作原理及在設計、使用過程中應注意的一些事項，尤其是使用過程中的那些細節，是寶貴的經驗之談，希望能對大家有所幫助，能更好的使用失重秤。也只有注意到了這些細節問題，失重秤的控制精度才有保證，才能生產出好的合格的產品。

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