称重模块是一种广泛应用的新型传感器。它将高精度剪切梁传感器、 负荷传递装置与安装连接板等部件合为一体, 既保证了剪切梁传感器精度高、 稳定性好的特点, 又解决了因安装不当造成称量误差的问题。称重模块分为两类: 静载称重模块和动载称重模块。静载称重模块主要适用于侧向力较小的静载荷称重场合; 动载称重模块主要适用于承受水平作用力的机械装置如流水线、 传送带等。在当今涂料生产工艺上, 随着对涂料品质的进一步要求, 合成各物料的比例要求越来越精确, 使得称重模块得到广泛的应用。本文着重介绍某衡器有限公司的 FW 静载称重模块在称重系统中的应用。
1  称重模块特点
称重模块 1 个突出的特点在于其简单合理的设计, 没有需焊接的部件, 也不需要额外的配件, 所有模块的制造、 组装、 测试都符合质量标准, 使调试安装工作更方便、 快速, 并能在形状各异的物体上安装。传统的电子称重系统, 在进行静态载荷或动态载荷称重时, 很容易受到周围环境的干扰, 影响系统称量准确性的因素很多, 一些出自系统本身,如系统的设计、 安装、 标定及维护; 另一些是外部因素, 如上升气流、 震动及温度变化。称重模块与传统电子称重系统相比, 减少了这些因素在称重过程中的影响, 因为整个系统只有 1 个传感器是刚性连接( 固定式模块) , 秤体可以通过其他的浮动式、 半浮动模块来承受膨胀和收缩。
2  称重模块构造
FW 静载称重模块由顶板、 底板、 SB 系列剪切梁称重传感器、 传感器承压头及支撑螺栓等部件构成。在称量时, 载荷作用于顶板, 通过传感器承压头施加到传感器的承载点上。传感器将容器所产生的压力转化成电信号输出到仪表。模块的容量依据其所用传感器而定, FW 称重模块的容量为 0.5~ 50t。
FW 静载称重模块根据传感器的不同组装方式可分成 3 种类型: 固定式模块、 半浮动模块和浮动式模块。这 3 种类型模块的组合可使称重系统免受热胀冷缩的影响, 保证传感器的受力点不变。固定式模块通过一固定点连接传感器和顶板, 使传感器不能平移, 但可以围绕固定点旋转; 半浮动模块阻止秤体围绕固定式模块转动, 但允许秤体因热胀冷缩而产生径向移动; 浮动式模块只承受垂直载荷。1 套简单的称重系统必须由 1 只固定式模块,1 只半浮动模块及一些浮动式模块组成。半浮动模块必须安装在固定模块的对角上且其自由轴指向固定式模块( 4 模块系统) 或与径向一致( 3 模块系统) 。
3  称重模块的选择
3. 1  确定 FW 静载称重模块的数量
安装过程中支撑脚的数量应视秤体形状、 尺寸而定。一般而言, 垂直放置的圆柱形容器比较适合3只传感器的配置, 水平放置的容器或方形用 4 只传感器比较适合。总载荷应尽可能平均地作用在每个传感器上。当 3 个支撑脚不能很好地支撑整个秤体时, 应加另外的支撑脚, 使传感器在整个量程都能受力, 包括空载状态。对于已安装支撑脚的罐, 可根据支撑脚数量来确定称重模块数量。
3. 2  确定传感器的容量
依照以下原则选定所需传感器的容量和模块类型
1) 计算秤体的皮重( 空载时) , 并加上冲击、 震动外力等可能附加的重量。
2) 估计所需称量的最大载荷。
3) 将皮重和最大载荷相加得毛重。将毛重乘以1. 5 倍, 即可确定所选用传感器的最小容量, 所有的传感器应选取相同的容量, 传感器的选用应和计算出的容量相匹配, 避免影响系统的灵敏度。容量选择时应满足以下关系式:
单只模块容量> 1. 5K ( m O + m S ) / n
1. 5—— 标准安全系数;
m O —— 空罐的质量;
m S——满载时最大载荷;
K—— 附加安全系数( 若风力、 晃动、 震动等影响很小, K = 1) ;
n —— 称重模块数量。
如一只油漆罐空罐的质量是 4. 0 t, 满载荷是10. 3 t, 选择 3 个模块称重, 则单只模块容量应大于1. 5 × 1 × ( 4. 0+ 10. 3) / 3= 7.15t, 根据模块额定载荷最后选择 10 t 的模块。
3. 3  注意事项
1) 容器在设计时应考虑标定时安放砝码的位置及安装维修时的千斤顶工作位;
2) 模块上支架偏斜而引起与水平线的夹角不大于 0. 5°, 基座支架结构扭转或偏斜而引起与水平线夹角不大于 0. 5°;
3) 模块基座支架结构偏斜( 挠度) 一致;
4) 支承罐体的基础( 或楼层) 应有足够的承载力及刚度, 基础挠度变形小于 3 mm;
5) 罐体的进、 出口应尽量采用软连接;
6) 每只模块应有独立的接地;
7) 安装完成后必须进行标定。
4  称重系统构成
称重控制终端的任务就是接收来自传感器的模拟信号, 并将之显示为实际的质量读数。在实际称重中, 还需根据用户的配置及要求提供必要的数据或控制信号。常用的控制终端为 Panther 系列。有面板安装和台式安装方式, 工作电压 220 V AC/50 Hz, 6 只防水功能键, 7 位荧光数码显示, 3 只质量预置点输出( 容量可任意设定) , 1 只可定义输入点, 1 个 RS -232 接口。单次质量数据/ 连续质量数据输出, 可用于串接打印机或计算机。预置点输出可提供继电器输出接口、 光电隔离接口、 模拟量接口及专用 PLC 接口( Profibus -DP, RIO 接口, Mod -bus接口) . 集成功能: 称重显示、 检重、 分选、 定值控制功能等。
5  工程实例分析
在化工项目上, 很多危险区域存在爆炸性物质, 如油性车间, 应采用防爆衡器。防爆衡器主要有两大类型: 复合型和本安型。复合型是指秤台在危险区, 仪表在安全区, 秤台与仪表之间加安全栅。本安型配置是指仪表和秤台均在危险区, 如果要接位于安全区的外设, 必须通过光纤通讯套件。
根据某工厂要求既要求现场操控, 又要在PLC 上直接控制, 但现场是防爆区, 选取本安型配置要加隔爆电源和光纤通讯套件, 增加了工程投资。如果选取复合型, 把仪表放置在控制室, 观察数据和现场操作不太方便, 也体现不了总线化接线的优势。而且工艺要求对罐加入不同定量的多种溶剂, 需要现场设定, 为适合需要, 最后方案确定为在现场设置仪表控制箱, 内置能设置在防爆 2 区BT4 环境下的 Panther 仪表和人机界面, 实现在现场的操作要求。系统组成如图 1 所示。
称重模块,称重系统,防爆。
6  结束语
由于称重模块精度高, 在涂料罐的定量配比工艺流程已得到广泛的应用。上海某公司某车间经过调试运行, 证实配比精度高, 能更好地保证涂料的质量, 并已投产。在广州的涂料车间也正按上述方案在设计。

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