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自动配料系统中的称重仪表运用


        配料工序是化工生产中的一个重要环节,配料质量控制的优劣直接关系着下游工序能否顺利进行,如果配制料液的质量达不到要求,轻则造成原料、能源的浪费,重则影响产品的质量和产率,并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。所以应对配料过程的质量控制给予足够重视。
         1 传统配料自动化系统
         实际生产中常见的配料自动控制是利用流量计测量物料的加入量,然后根据配制比例来控制各物料的加量。如图1 所示
其原理是:配料开始时,流量累积控制器(QIC01、QIC02)控制进料阀门(V11、V12)打开,直到物料M1、M2 的累积流量分别达到各自的设定值时关闭进料阀门,完成配料过程。在这一系统中流量计是其关键环节。由于配料过程需要准确计量各物料的加量,所以首先要选择高精度的流量计;其次流量计的选择要根据物料的物理特性、化学特性来选择各自合适的流量计。通常流量计的使用精度会受到各种客观因素的影响,如管道中流体状态,物料结垢、结晶,温度变化,气泡存在等都对流量计的测量精度产生不同程度的影响。另外,流量计有其可测流速范围,而配料管道的流速变化很大,也使其使用精度降低。可见,使用流量计实现配料控制比较困难,而且控制精度也不能很好地保证。
2 利用称重仪表实现配料自动化
         2.1 称重仪表的组成及工作原理通常称重仪表由称重传感器(WZ)、称重变送器(WT)、称重控制器(WIC)组成。称重传感器由金属弹性元件本体和与其相连的电阻应变片构成。四只电阻应变片组成一个惠斯通电桥。被测物的重力G 使弹性元件产生形变ε,这一形变引起电阻应变片的延伸,压缩形变ε。根据虎克定律,弹性形变与外力成正比:ε∝G根据电阻应变效应理论:电阻应变片的相对变化(△R)/R 与形变ε 成正比:(△R)/R=kε
         式中,k 为电阻应变片灵敏系数。因此(△R)/R∝G惠斯通电桥的不平衡电压Um=(△R/R)UREF,所以Um∝G只要测量Um,经过放大、变送并经称重控制器处理后便可得到被测物的重量G。
         2.2 称重配料系统其基本原理是:首先根据配制比例设定各物料的加量值,由称重控制器或PLC 顺序执行各种物料的加料,通过称重仪表检测此物料的加入量直到此种物料加量达到设定值时关闭此物料的进料阀门,完成此物料的加量后进人下一种物料的加入过程,直到所有的物料按照设定加量值加量完毕结束配料。其具体的控制程序流程如图2 所示。
         3 称重配料系统的特点
         经过实践应用,利用称重仪表实现配料自动化有很多优点,列举如下。
         3.1 实现质量配比由于称重仪表测量的是物料的重量G,因为G=mg,故G1:G2:…:Gn=M1:M2:…Mn,所以称重配料系统可直接实现各物料的质量比例配制。化工生产中质量计量比体积计量更优越。
3.2 同一仪表差值计量,克服系统误差所有物料的加量都是通过同一台称重仪表进行检测,并且各物料的加量控制是靠称量值的前后差值计算来实现。即使称重仪表的零点产生漂移,其用差值表示的加量仍是准确的,也就保证了配制比例准确。当仪表的零点和量程同时发生变化后,能否严格实现准确的配制比例呢?现讨论如下:设称重仪表输入输出的关系为Y=kx,M1,M2 两种物料之间的配制比例为H。
         两种物料之间的配制比例为H。
         式中,G2、G1 分别为M2、M1 的加量。
         当仪表零点量程变化后输入输出的关系为:仍按原设定值进行加料控制,则:
         式中,G2,G1 为M2,M1 的实际加量。
         由(1), (2)式可见,虽然G1≠G′1,G2≠G′2,但是G2G1 = G′2
         G′1 =H
         可见仪表的零点、量程即使同时改变后,称重系统仍可实现M1、M2 之间准确的配制比例,从而保证了生产的安全。
3.3 系统具有易扩展性称重配料系统不仅可以实现液体物料的配制,还可以应用于固、液物料的混合配制,而且可以实现向外供料的计量和控制,所有这些功能均只需增加相应的阀门,增添相应的控制程序便可以方便地实现。
         3.4 系统的可靠性高,精度稳定且调校方便称重传感器是通过电阻应变片电阻的微小变化来测量重力的,几乎没有机械行程,并且灵敏元件本身封装在弹性元件内部属于全密封式结构,不与工艺介质接触,不受料液结垢、结晶、腐蚀等影响,精度能够保持长期稳定。称重系统的调校也很方便。只需用标准砝码或定量的水便可方便地对仪表进行校验。
         4 结论
         称重仪表做为检测和控制手段在配料过程中的应用,能够很好地解决利用流量计实现配料自动化过程中存在的使用精度较低,长期稳定性不好等弊病,同时又具有安装调试方便,易扩展,克服零漂,准确、直接实现质量配比,可靠性高等优越性。

文章来源:李兵(山东科技职业学院机电学院)

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