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工程案例称重模块在塑胶行业的应用

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称重模块在塑胶行业的应用2021-03-04
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。所以称重配料系统在塑胶行业应用日益广泛。
1 称重技术的最新发展
1.1称重模块和A/D转换技术
称重模块基于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。
称重模块的基本参数:
输出灵敏度:在满负荷(载荷)的情况下,称重模块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模块的输出灵敏度,称重模块输出灵敏度的单位是毫伏/ 伏。
综合误差:称重模块的误差由非线性、滞后、蠕变、温度漂移等组成。称重模块的综合误差一般为0.03%(FS),也就是称重模块满量程的万分之三左右。
阻抗:称重模块的输入阻抗一般在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,配料系统称重技术中的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配料称重技术的高速发展奠定了坚实的基础。
目前,在自动化配料系统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整体式数字称重模块
整体式数字称重模块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,从而克服了传统称重模块的模拟信号容易受到干扰和衰减等的诸多缺欠,大大提高了称重配料系统的可靠性。数字称重模块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/℃。
数字称重模块使用方便,易于构成称重配料控制系统。但是数字称重模块的高成本成为它的最大缺点。
1.3分体式数字称重模块
近年来,分体式数字称重模块也得到了快速发展。分体式数字称重模块是将原先在数字称重模块内部的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称重控制器,与整体式数字称重模块相比,分体式数字称重模块具有成本低,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称重终端
称重仪表常用的有模拟式和数字式两种。模拟称重仪表是将称重模块重量信号转换为统一的标准信号,如:0/4~20mA、0~5VDC 、0~10VDC。
数字称重仪表在分体式数字称重模块的基础上,增加了校准、皮重处理等功能,数字称重仪表的输出可以是称重配料系统的净重,同时数字称重仪表还具备一定的远程控制功能。
2 称重配料系统的实现方法
2.1减重(量)法实现配料
减重配料系统由于减量配料秤是“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《重力式自动装料电子秤》行业标准和国家鉴定规程JJG564-2002《重力式自动装料电子秤》或国际法制计量组织OIML R61执行。减量配料系统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。由于配料系统的结构特点,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),因而减重配料系统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,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防爆电子秤的范畴,相关标准应该参照QB/T2501-2000《重力式自动装料防爆电子秤》行业标准和国家鉴定规程JJG564-2002《重力式自动装料防爆电子秤》或国际法制计量组织OIML R61执行。为了保证系统的配料系统精度,一般要限制配料系统配料的比例。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)连续计量自动配料系统(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。许多连续计量电子秤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防爆电子秤(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由模拟称重模块和专用称重控制器构成控制系统
称重控制器除具有一般称重仪表的功能外,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。
由称重模块和专用称重控制器构成的配料系统。工作时只要在专用称重控制器上输入工艺配方,称重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。配料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。

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