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自動(dòng)配料系統(tǒng)在冶金、建材、化工等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用，配料精度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，配料系統(tǒng)的效率對(duì)生產(chǎn)過(guò)程起著決定性的作用。因此，提高自動(dòng)配料系統(tǒng)的效率與配料精度是近年來(lái)很多企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。
自動(dòng)配料系統(tǒng)有以下顯著特點(diǎn): 被測(cè)對(duì)象處于非靜止?fàn)顟B(tài); 在線(xiàn)自動(dòng)測(cè)量; 在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速測(cè)量，要求系統(tǒng)有良好的時(shí)間響應(yīng)特性?；谧詣?dòng)配料系統(tǒng)的上述特點(diǎn)，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在保證可靠性的前提下，要求各個(gè)環(huán)節(jié)都要有較快的時(shí)間響應(yīng)特性，使自動(dòng)配料系統(tǒng)的配料精度滿(mǎn)足要求。
一、自動(dòng)配料系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理
1、自動(dòng)配料系統(tǒng)的構(gòu)成
自動(dòng)配料系統(tǒng)是機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，它由機(jī)械、檢測(cè)和電氣控制三大部分組成。機(jī)械系統(tǒng)的作用是完成對(duì)有關(guān)物料的存儲(chǔ)、輸送等功能，主要由給料機(jī)、輸送帶、料斗、料門(mén)開(kāi)關(guān)等組成; 檢測(cè)部分的作用是對(duì)配料過(guò)程中的各種物料進(jìn)行稱(chēng)重，主要由秤體、傳感器等組成，常用的檢測(cè)部分采用應(yīng)變式傳感器，彈性元件通過(guò)應(yīng)變片將物料重量轉(zhuǎn)變成微應(yīng)變信號(hào)，通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸出與物料量值成正比的模擬信號(hào)，可以采用實(shí)物標(biāo)定或電標(biāo)定的方式確定與電信號(hào)相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確重量值。電氣控制部分的作用是在配料過(guò)程中進(jìn)行控制，控制物料的輸送、加料和卸料，主要由電動(dòng)機(jī)、變頻器、稱(chēng)重顯示器和計(jì)算機(jī)等組成。
2、自動(dòng)配料系統(tǒng)的工作原理
自動(dòng)配料系統(tǒng)的工作原理是: 首先根據(jù)配制比例設(shè)定各物料的給定值，由稱(chēng)重控制器或計(jì)算機(jī)順序控制各種物料的加料，并檢測(cè)物料的加入量，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定物料的多少來(lái)控制下料電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)物料加量達(dá)到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉此物料的進(jìn)料閥門(mén)，直到所有的物料按照設(shè)定加量值加量完畢結(jié)束配料。
二、自動(dòng)配料系統(tǒng)的工作方式
根據(jù)生產(chǎn)要求，自動(dòng)配料系統(tǒng)可以工作在以下三種工作方式:
1. 手動(dòng)工作方式: 由操作人員利用手動(dòng)按鈕進(jìn)行配料作業(yè)，計(jì)算機(jī)只是作為儀表來(lái)進(jìn)行顯示。該工作方式效率低，一般僅用于系統(tǒng)調(diào)試或某些特殊情況。
2. 計(jì)算機(jī)半自動(dòng)工作方式: 由計(jì)算機(jī)按照操作人員的指令，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)物料的配比。
3. 自動(dòng)工作方式: 配料系統(tǒng)按照所選定的配料流程自動(dòng)完成各項(xiàng)配料任務(wù)，期間基本不需要人員干預(yù)。正常生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)一般工作在自動(dòng)工作方式。
在自動(dòng)配料過(guò)程中，影響配料精度的因素較多，主要包括給料的速度和均勻度、料斗的震動(dòng)、落差 (空中余料) 和過(guò)沖量等因素。料斗的震動(dòng)使得傳感器得到的重量信號(hào)并不能準(zhǔn)確地反映料斗內(nèi)實(shí)際物料重量。落差是由于運(yùn)動(dòng)中的原料 (從給料機(jī)或閥門(mén)進(jìn)入到秤斗行程中的原料流)，還沒(méi)有到達(dá)秤斗的原料料面而產(chǎn)生的。過(guò)沖量是由于從電子裝置發(fā)出停止信號(hào)到閥門(mén)確實(shí)關(guān)閉或到給料機(jī)確實(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)要有一段延遲時(shí)間。其中所配物料的比重、流量和落差的大小不同造成的過(guò)沖量的隨機(jī)變化，給配料精度的控制帶來(lái)了較大的困難。
三、提高自動(dòng)配料系統(tǒng)配料精度的控制方法
不同的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)的配料精度和工作速度有著不同的要求，自動(dòng)配料系統(tǒng)大致有以下三種控制方式: 計(jì)算機(jī)、PLC 和定量稱(chēng)重控制儀表三種控制類(lèi)型。
1. 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
該種控制方式是在計(jì)算機(jī)的控制下，按用戶(hù)預(yù)先設(shè)定的配料方案自動(dòng)稱(chēng)量各種物料，自動(dòng)對(duì)配料的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，完成配料過(guò)程。自動(dòng)配料系統(tǒng)準(zhǔn)確配料的關(guān)鍵是控制下料電機(jī)的轉(zhuǎn)速和啟停，在配料過(guò)程中，根據(jù)下料量的多少，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，分為高速下料和低速下料等不同的下料模式，既可提高系統(tǒng)的工作效率，又可提高配料精度。當(dāng)實(shí)際下料與設(shè)定值差值較大時(shí)，采用高速下料模式，這樣可以提高系統(tǒng)的工作效率。當(dāng)已下料值接近于設(shè)定值時(shí)，采用低速下料模式，由于下料口與料盤(pán)間的空中滯留物料，達(dá)到控制提前量時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在實(shí)際配料過(guò)程達(dá)到控制提前量時(shí)，由于物料密度差異，當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后滯留的空中物料質(zhì)量不同，所以系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況設(shè)定電機(jī)停止的提前量。根據(jù)每種材料的落差補(bǔ)償系數(shù)確定給料結(jié)束時(shí)刻，待稱(chēng)量斗穩(wěn)定后讀取料斗內(nèi)物料的最終重量并與設(shè)定值進(jìn)行比較，作為下一次重新選擇配料落差修正系數(shù)的依據(jù)。即當(dāng)前配料采用上一次配料的實(shí)測(cè)落差值與落差補(bǔ)償值的均值進(jìn)行落差補(bǔ)償，這種方式可使配料系統(tǒng)的配料精度隨配料次數(shù)增加而提高。
2. 采用 PLC 進(jìn)行控制。
PLC 通過(guò)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈活、高可靠性的工業(yè)控制。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中，PLC 主要負(fù)責(zé)接收外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)，以此來(lái)判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并輸出各種控制信號(hào)，控制接觸器、繼電器、電磁閥等部件進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。根據(jù)具體的配料過(guò)程，在配料開(kāi)始時(shí)，電機(jī)正常運(yùn)行，給料系統(tǒng)高速下料; 在物料重量接近目標(biāo)值時(shí)采用 PLC 點(diǎn)動(dòng)控制模式進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)下料，從而保證物料計(jì)量精度的要求。另外，PLC 還負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的控制命令，完成自動(dòng)配料的控制。
3. 采用專(zhuān)用定量稱(chēng)重控制儀表進(jìn)行控制。
定量稱(chēng)重控制儀表一般是為定量包裝、分選和自動(dòng)配料等應(yīng)用場(chǎng)合專(zhuān)門(mén)定制的，該儀表具有采集重量信號(hào)并進(jìn)行處理、發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)的功能，安裝調(diào)試方便，是目前自動(dòng)配料系統(tǒng)中較為常見(jiàn)的一種控制方式。采用定量稱(chēng)重控制儀表對(duì)所配物料進(jìn)行檢測(cè)和控制，能夠較好地克服配料精度低的缺點(diǎn)，同時(shí)又具有直接實(shí)現(xiàn)質(zhì)量配比，可靠性高等優(yōu)越性。定量稱(chēng)重控制儀表一般有快、慢兩種加料速度，在配料開(kāi)始采用快加料，快加提前量是為慢加料過(guò)程確定加料量，到達(dá)設(shè)定值后采用慢加料，慢加提前量是補(bǔ)償空中飛料的影響，使稱(chēng)量值盡可能地接近設(shè)定值。因此，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程對(duì)稱(chēng)重儀表進(jìn)行設(shè)置，合理設(shè)置快加提前量與慢加提前量，就能較好地控制配料精度。通過(guò)對(duì)配料過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于不同物料，根據(jù)多次測(cè)量的誤差情況，設(shè)定控制提前量。該種控制方法適用于給料速度均勻的生產(chǎn)過(guò)程，如果給料速度波動(dòng)大，將造成定量偏差大，影響配料精度。
四、總結(jié)與思考
目前，在配料過(guò)程中引入預(yù)測(cè)控制算法或采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制，對(duì)于不確定因素可以得到很好的控制，減小了配料誤差并加快了稱(chēng)量的速度，是對(duì)精度要求較高的配料系統(tǒng)中較為常用的控制方式。

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