浅谈提高自动配料系统配料精度的控制方法

2015-03-11 15:57阅读：

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自动配料系统在冶金、建材、化工等行业有着广泛应用，配料精度是影响产品质量的关键因素，工业配料系统的效率对生产过程起着决定性的作用。因此，提高自动配料系统的效率与配料精度是近年来很多企业关注的重点。
自动配料系统有以下显著特点: 被测对象处于非静止状态; 在线自动测量; 在短时间内进行快速测量，要求系统有良好的时间响应特性。基于自动配料系统的上述特点，在进行控制系统设计时，在保证可靠性的前提下，要求各个环节都要有较快的时间响应特性，使自动配料系统的配料精度满足要求。
一、自动配料系统的构成及工作原理
1、自动配料系统的构成
自动称量配料系统是机电一体化的高新技术产品，它由机械、检测和电气控制三大部分组成。机械系统的作用是完成对有关物料的存储、输送等功能，主要由给料机、输送带、料斗、料门开关等组成; 检测部分的作用是对配料过程中的各种物料进行称重，主要由秤体、传感器等组成，常用的检测部分采用应变式传感器，弹性元件通过应变片将物料重量转变成微应变信号，通过桥式电路转变成电信号，输出与物料量值成正比的模拟信号，可以采用实物标定或电标定的方式确定与电信号相对应的准确重量值。电气控制部分的作用是在配料过程中进行控制，控制物料的输送、加料和卸料，主要由电动机、变频器、称重显示器和计算机等组成。
2、自动配料系统的工作原理

自动配料系统的工作原理是: 首先根据配制比例设定各物料的给定值，由称重控制器或计算机顺序控制各种物料的加料，并检测物料的加入量，根据系统设定物料的多少来控制下料电机的转动速度，当物料加量达到设定值时关闭此物料的进料阀门，直到所有的物料按照设定加量值加量完毕结束配料。
二、自动配料系统的工作方式
根据生产要求，自动配料系统可以工作在以下三种工作方式:
1. 手动工作方式: 由操作人员利用手动按钮进行配料作业，计算机只是作为仪表来进行显示。该工作方式效率低，一般仅用于系统调试或某些特殊情况。
2. 计算机半自动工作方式: 由计算机按照操作人员的指令，实现相应物料的配比。
3. 自动工作方式: 配料系统按照所选定的配料流程自动完成各项配料任务，期间基本不需要人员干预。正常生产过程中，系统一般工作在自动工作方式。
在自动配料过程中，影响配料精度的因素较多，主要包括给料的速度和均匀度、料斗的震动、落差 (空中余料) 和过冲量等因素。料斗的震动使得传感器得到的重量信号并不能准确地反映料斗内实际物料重量。落差是由于运动中的原料 (从给料机或阀门进入到秤斗行程中的原料流)，还没有到达秤斗的原料料面而产生的。过冲量是由于从电子装置发出停止信号到阀门确实关闭或到给料机确实停止转动要有一段延迟时间。其中所配物料的比重、流量和落差的大小不同造成的过冲量的随机变化，给配料精度的控制带来了较大的困难。
三、提高自动配料系统配料精度的控制方法
不同的生产过程，对自动配料系统的配料精度和工作速度有着不同的要求，自动配料系统大致有以下三种控制方式: 计算机、PLC 和定量称重控制仪表三种控制类型。
1. 采用计算机进行控制。
该种控制方式是在计算机的控制下，按用户预先设定的配料方案自动称量各种物料，自动对配料的各个环节进行控制，完成配料过程。自动配料系统准确配料的关键是控制下料电机的转速和启停，在配料过程中，根据下料量的多少，对电机的转速进行控制，分为高速下料和低速下料等不同的下料模式，既可提高系统的工作效率，又可提高配料精度。当实际下料与设定值差值较大时，采用高速下料模式，这样可以提高系统的工作效率。当已下料值接近于设定值时，采用低速下料模式，由于下料口与料盘间的空中滞留物料，达到控制提前量时，电机停止转动。在实际配料过程达到控制提前量时，由于物料密度差异，当电机停止转动后滞留的空中物料质量不同，所以系统应能根据实际运行状况设定电机停止的提前量。根据每种材料的落差补偿系数确定给料结束时刻，待称量斗稳定后读取料斗内物料的最终重量并与设定值进行比较，作为下一次重新选择配料落差修正系数的依据。即当前配料采用上一次配料的实测落差值与落差补偿值的均值进行落差补偿，这种方式可使配料系统的配料精度随配料次数增加而提高。
2. 采用 PLC 进行控制。
PLC 通过将计算机技术与传统的继电器控制系统有机结合，能够实现高度灵活、高可靠性的工业控制。在自动配料系统中，PLC 主要负责接收外部的开关信号，以此来判断当前系统的运行状态，并输出各种控制信号，控制接触器、继电器、电磁阀等部件进行相应的动作。根据具体的配料过程，在配料开始时，电机正常运行，给料系统高速下料; 在物料重量接近目标值时采用 PLC 点动控制模式进行点动下料，从而保证物料计量精度的要求。另外，PLC 还负责接收上位机的控制命令，完成自动配料的控制。
3. 采用专用定量称重控制仪表进行控制。
定量称重控制仪表一般是为定量包装、分选和自动配料等应用场合专门定制的，该仪表具有采集重量信号并进行处理、发出相应控制信号的功能，安装调试方便，是目前自动配料系统中较为常见的一种控制方式。采用定量称重控制仪表对所配物料进行检测和控制，能够较好地克服配料精度低的缺点，同时又具有直接实现质量配比，可靠性高等优越性。定量称重控制仪表一般有快、慢两种加料速度，在配料开始采用快加料，快加提前量是为慢加料过程确定加料量，到达设定值后采用慢加料，慢加提前量是补偿空中飞料的影响，使称量值尽可能地接近设定值。因此，根据实际生产过程对称重仪表进行设置，合理设置快加提前量与慢加提前量，就能较好地控制配料精度。通过对配料过程进行试验，对于不同物料，根据多次测量的误差情况，设定控制提前量。该种控制方法适用于给料速度均匀的生产过程，如果给料速度波动大，将造成定量偏差大，影响配料精度。
四、总结与思考
目前，在配料过程中引入预测控制算法或采用模糊神经网络预测控制，对于不确定因素可以得到很好的控制，减小了配料误差并加快了称量的速度，是对精度要求较高的工业配料系统中较为常用的控制方式。（网络转载）

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