基于全集成理念的SIWAREX失重秤_失重秤_SIWAREX

基于全集成理念的SIWAREX失重秤

2010/8/25 13:26:00

一、前言
    在塑胶、化工、冶金、制药、水泥等过程工业中，原料的配料系统是流程工业的关键环节，它能直接影响到生产的产品质量、效率、能耗等指标。近年来，随着过程工业级控制系统的不断发展，对现场设备提出了新的要求：不仅要求现场设备能实现精确的计量功能，而且还要满足高效率高强度实时性强的连续生产要求，；不仅提供要满足7/24的高可靠工作要求，而且还要具备很低的维护量，甚至免维护的特点；不仅要减少故障率，而且还要实现节能的效果。
    相对于电子皮带秤、称重式给料机、螺旋给料机、冲板流量计、圆盘给料机等计量、配料设备而言，失重秤近年来得到越来越多的关注，它在上世纪80年代末被引入到中国后，其在计量、配料方面的优越性，已得到广泛的认可。

二、基本原理、系统组成和特点
    失重秤(Loss-In-Weigh)是80年代中期开始应用于各流程工业领域的一种连续称重计量设备。它结合了动态称重和静态称重不同的优点，逐步替代皮带秤、螺旋秤等连续称重设备，被应用到越来越多的工业领域中。
2.1 基本原理和系统组成
    将称量斗及给料机构作为整个秤体，通过仪表或上位机不停地对秤体进行重量信号的采样，计算出重量在单位时间的变化比率作为瞬时流量，再通过各种软硬件的滤波技术处理，得出可以作为控制对象的“实际流量”。
    失重秤的基本组成可分为设备系统和控制部分两大部分。
    设备部分主要由计量斗、喂料给料机、卸料给料机、悬吊装置组成。控制部分主要由称重传感器、信号放大器、输入输出接口、主机(上位机)等组成（如图1）。
    失重秤的配料过程分为喂料和卸料两个阶段，配料开始后，首先启动喂料给料机，由控制器对计量斗物料重量进行检测、采样，当计量斗物料重量达到配料设定的上限值时，停止喂料。同时，控制器对计量斗物料重量进行检测、采样，当计量斗物料重量（喂料量）达到配料设定的上限值时，停止喂料。在卸料阶段，控制器启动卸料给料机，将计量斗中的物料卸到下一级输料设备送走。卸料时，控制器对计量斗物料重量进行检测、采样，当计量斗物料重量达到配料设定的下限值时，重新向计量斗喂料。但在第二个喂料阶段开始后，卸料给料机仍不停顿继续卸料。
    失重秤连续对整个给料系统包括计量斗、给料机构进行称重，相当于一台静态秤；同时通过变频调速来控制给料机构的卸料流量。
    失重秤计量斗内每单位时间内物料重量的减少Δd/ Δt对应失重秤的给料流量。失重秤控制器将dv/dt与预设的给料流量进行比较，并通过调节给料机的速度来自动修正，因此可以保持精确的给料流量(如图2)。

图1：典型的失重秤秤体及结构示意图

当计量斗内的物料重量低于预设值，失重秤控制模块将锁定给料机速度，保持下料机构以容积方式给料，同时打开加料阀进行快速加料。当计量斗内物料重量达到高位预设值，加料阀自动关闭。同时失重秤控制器自动将下料机构切换到称重方式加料。

图2：失重式定量给料和加料的重量曲线

2.2 技术特点
        从工作原理和结构来看，失重秤兼具静态秤和动态秤的特点。
        对于传统的动态称重计量方法，比如：皮带秤、冲板流量计、螺旋秤等，虽然具有连续称量、实现工艺高效率工作的特点，但是也存在系统精度不高(一般低于在0.5~1%)、维护量大等问题；而静态称重方法，虽然大大提高了系统测量精度(可达0.1%,甚至更高)，但是只能满足间断式的批量给(配)料应用，不能最大程度地满足现代流程工业的高效率高产出要求，何况有些工业应用本身要求连续给(配)料，不允许存在间断。
       而失重秤的出现，正好兼备了这两者的优点，弥补了它们的缺点。它的主要优点有：
Ø 系统精度高
    失重秤工作时，料仓的测量实际在静态下完成的，而且是在上料和下料后各（一？）测量一次，根据两个工作状态测得两个重量差值算出流量。差值与流量给定值误差还可在下一个周期内进行补偿，并且这两个重量测量时间在几分钟内完成，不存在传感器零点漂移和温度漂移等影响。因此可获得相当高的计量精度，系统计量精度可达到0.5%，甚至0.2%，。
Ø 全封闭不锈钢结构，适合各种恶劣现场。
   设备系统全部为钢质（西门子失重秤一般采用不锈钢），适用环境条件较差的场合，并且具有坚固耐用、维护量小、不怕高温物料等特点。
        很多工矿企业是耗电大户，因此如何节约能源，也是一个很重要的课题。由于失重秤采用了全封闭结构，配料过程中不产生粉尘，省去除尘装置，结构简单，无须配皮带秤等配套，既节省了设备投资，又节约了电能，提高了生产效率。
Ø 免维护，标定简单
        由于失重秤是通过测量重量差值来计算流量的物料测量方式，根本不存在诸如皮带秤等动态秤中存在零点漂移(皮带跑偏、传感器移位、物料冲击振动皮带打滑、皮带粘料等影响造成)、物料粘附、秤体机械结构变形等因素的影响，而能保证长期稳定的系统测量精度，基本不需要维护和大量的标定工作。
    根据其测量原理，它不仅可以进行实物标定，而且可以在生产运行中进行在线标定。即根据计量斗内物料的上、下限重量之差和失重秤流量显示值比较计算准确度，这种标定方式具有简单、方便的特点，省钱省力。

三、全集成设计理念
        全集成自动化技术(Totally Integrated Automation )是西门子自动化系统技术与产品的核心思想与主导理念。TIA集高度的集成统一性和前所未有的开放性于一身，标准化的网络体系结构，统一的编程组态环境和高度统一的数据集成，使TIA为企业实现了横向和纵向的信息集成；领先的通讯标准，基于组件的自动化技术(CBA)与IT集成，使TIA对全球自动化市场的产品和服务范围真正开放。