0简介
自动称重配料系统是一种对工业过程进行实时监控和管理的自动化系统，该工业过程在单个秤中称量粉末或液体材料，并根据选定的配方进行混合。该系统已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食、饲料等行业，可为生产节省大量劳动力，为生产企业带来巨大效益。通用工业自动称重配料系统由以下部分组成。
(1)配料控制系统:配料控制系统由可编程控制器、衡器、上位机等控制装置组成。
(2)给料部分:给料部分是从料仓或储罐给称重设备给料的执行机构。根据物料的不同特性，可以选择不同的给料设备，如螺旋给料机、单(双)速电磁阀、电磁振动给料机等。
(3)卸料设备:卸料可以是称重设备(减量法)或卸料设备(零位法、增量法)。通常由放空阀、螺旋给料机、电动(气动)阀、电磁振动给料机等组成。所有设备应根据材料特性和现场工艺条件进行选择和设计。
(4)称重部分:称重部分由标准连接器、称重料斗、接线盒和传感器组成，与称重仪器一起用于称量物料和检测误差。
(5)秤校准系统:配料系统的传感器应定期校准，以确保系统的配料精度。
以下分析了相关零件对精度的影响:
1.称重配料控制系统对精度的影响
工业自动称重配料系统一般采用分布式控制系统结构或基于现场总线的控制结构。对于一些简单的称重和配料系统，也可以使用工业计算机和数据采集板来控制配料过程。基于现场总线的典型配料控制系统如图1所示。
配料控制系统由硬件和软件组成。硬件部分主要是称重传感器、称重仪表、可编程控制器、上位工控机等。软件部分主要包括可编程控制器的控制算法和上位机的监控程序。
在配料控制系统中，影响配料精度的因素主要包括称重仪表、称重传感器、控制元件的响应时间、PLC的控制算法和执行机构的行程时间。
1.1称重传感器
电阻应变传感器是目前称重配料系统中最常用的称重传感器，影响其测量精度的主要因素如下。
(1)密封方法的选择。
称重传感器安装在工业现场，环境相当恶劣。如果密封不可靠，会被工作现场的湿气、腐蚀性气体和灰尘损坏，影响系统精度。因此，有必要选择合适的密封方法，以确保传感器长期可靠稳定运行。
(2)受力形式和安装方式的选择:测压元件有拉力和压力两种，安装方式有三种:一点安装、三点安装和四点安装。张力传感器通常通过悬挂安装，称重料斗因进料和闸门打开的影响而晃动，会影响传感器的计量性能。压力传感器是固定的，只能承受垂直力进行测量，而水平力可能会损坏传感器的弹性梁。无论哪种传感器，安装多个传感器时，每个传感器都会受到不均匀的应力，影响系统精度。
(3)传感器性能指标。
主要是指非线性误差、迟滞、重复性、零点漂移和蠕变，这些都会影响传感器的综合误差。
(4)范围选择。
要确定传感器的测量范围，需要综合考虑各种因素，包括称重物料和料斗的最大重量、传感器的数量、可能的空载和动载荷、冲击和其他附加干扰力等。
考虑到系统的可靠性，应选择量程大的传感器，但从称重精度的角度考虑，应选择量程小的传感器。因此，传感器的量程必须根据具体情况合理选择，传感器一般应在其全量程的30%-70%之间工作。
(5)传感器的桥接。
在工业应用中，多传感器通常串联或并联，以获得更大的信号输入，并缩小单个传感器的范围。目前普遍采用平行秤。
1.2衡器。
影响衡器测量精度的主要因素包括内部ADC的AD转换方式、AD采样速度和转换精度。
1.3称重控制算法设计。
当采用给料式称重时，由于跌落的影响，停止给料后，部分物料在空中自由落体落入称重料斗。因此，为了保证配料精度，有必要设计一种控制算法来控制结束进料提前量，以减少落差对配料精度的影响，并将实际配料值保持在误差范围内。
给出了一种配料控制算法，该算法利用配料系统生产过程中重复称重的特点，利用当前称重的结果来修正下一次配料的结束进料提前量。经过有限次数的试配，所配物料的静态称量值可以保持在误差范围内。
1.4控制元件的响应时间和执行器的行程时间。
控制元件的响应时间和致动器的行程时间将影响配料系统的精度。这两次与设备的性能和使用时间长短有关。
2.生产线结构对系统精度的影响。
在工程中，常用的称重配料生产线一般有以下结构:
(1)采用固定式多组分料斗秤的结构:几个料仓对应一个料斗秤，各组分的原料在同一个料斗秤内堆积称重，然后由集料皮带或集料小车收集，引入后续工序。
(2)采用固定式单组份料斗秤的结构:每个料仓对应一个料斗秤，每组份原料称重后通过溜槽、集料皮带或集料小车收集，然后引入后续工序。
(3)采用带称重皮带机的多组分秤结构:料仓的出料机构为多组分秤的进料机构，各种物料由移动配料带上的皮带秤累计称重。
(4)采用移动料斗秤的结构:通过移动带有称量料斗的集料小车，进行各种物料的累计称量。
对于上述结构的生产线，单组分料斗秤固定的生产线配料精度最高，但由于每种物料需要一台衡器和一套传感器，成本也最高。具有固定单组分料斗秤和收集准备好的材料的集料小车的配料生产线的结构原理如图2所示。
3.称重方法对系统精度的影响
在工业配料过程中，有两种常用的称重方法，即进料称重和出料称重。
实现投料称重有两种方式。第一种方式是在称重开始时，通过进料设备将物料送入称重料斗，当称重值达到设定值时，停止进料，然后打开闸门卸料，然后从零位再次称重下一份物料。这种方法叫做零位法。第二种:称重料斗接收并称重一种物料后，不清空料斗，只清空电子秤内部计数值，然后接收另一种物料。这个方法叫增量法；显然，零位法的称重精度高于增量法。
在投料称重中，投料设备停止投料后，部分物料会以自由落体的方式在空气中落入到称重料斗中，这些多余的物料称为掉落。由于跌落的影响，所述材料的重量设定值应为待制备材料的标准重量减去跌落值。
卸载称重是先将超过配方要求的物料装入料斗，然后从内到外卸载进行称重。下落物料的重量就是待制备物料的重量，所以这种方法也叫还原法。减重方法可以进一步节省料斗，直接在料仓上安装传感器。料仓内物料的总减重值为待制备物料的重量值，但由于精度低，很少使用。

为了保证称重精度和速度，加料设备一般采用两种速度加料，即快速加料到设定值的90%~95%以保证称重速度，然后缓慢加料以保证称重精度。对于减速比规则，采用双速卸载，即先快速卸载，当达到设定值的90%~95%时，改变慢速卸载。双速进料(卸料)增量法、零位法和减量法下时间与重量的关系分别如图3-a)、3-b)和3-c)所示。
在投料称重中，由于物料和料斗的特性，出料可能不干净，导致称重误差。卸料称重只称量从料斗中取出的物料并显示其重量，因此不存在卸料是否干净的问题。因此，这种方法特别适用于称量难以称量的物料，如容易粘附的物料。它的缺点是设备复杂，需要进料装置和卸料装置。而且由于称量斗中物料的重量值总是高于待制备物料的重量值，传感器的量程增大，会直接影响系统的精度。一般来说，卸料称重的精度略低于投料称重。
4影响配料系统精度的其他主要因素
在工业自动称重配料系统中，仍有一些因素会影响系统的配料精度，主要包括以下几个方面。
4.1材料特性。
主要是指材料的流动性、吸湿性、形状均匀性和粘性。这些因素会直接影响制备过程中物料的流动，从而影响配料的准确性。
4.2称重料斗。
如果系统中每次准备的物料较少，称重料斗的重量会影响称重传感器测量范围的选择。此外，称重料斗的刚度也会影响传感器的应力。
4.3投料量的控制。
(1)料仓料位的影响:料仓料位过低或缺少物料可能导致进料达不到设定值。
(2)进给速度:进给速度指标与进给精度指标矛盾。加快加料速度可以减少配料时间，而为了提高配料精度，必须延长加料时间。
(3)给料机出料口到称量斗的高度:切断给料机电源，停止给料后，给料机与称量斗之间空气中的落料是影响配料精度的主要误差来源之一。从给料器出口到称重料斗的高度越大，下落值越大，精度越难控制。
5.4系统校准精度的影响
该系统只有经过静态重量校准和动态物理校准后才能投入生产，需要定期校准。
5结束语
根据以上对影响配料精度的主要原因的分析，可以看出自动称重配料系统是一个复杂的自动控制系统。为了保证配料的准确性，必须根据工艺要求、所需配料的特性等因素进行综合分析。首先选择合理的称重方法和生产线结构，然后正确选择传感器和称重仪器，设计合理的控制算法，综合考虑其他相关因素，设计出高精度、低成本的自动称重配料系统。

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