Das Prinzip und häufige Probleme von Mehrkopfwaagen in der industriellen Produktion

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

Mit der Verbesserung der Vorschriften zur kontinuierlichen und präzisen metrologischen Überprüfung von Rohstoffen, insbesondere von Feststoffen, im gesamten industriellen Produktionsprozess wurde in den 1990er Jahren ein neuer Gerätetyp entwickelt, der diese Vorschriften berücksichtigt: die Mehrkopfwaage (auch als Verlustwaage bekannt). Die Mehrkopfwaage basiert auf der Veränderung des Nettogewichts des Rohstoffs auf dem Waagenkörper und ermöglicht so eine kontinuierliche und genaue Messung und Überprüfung der Rohstoffe. Die Mehrkopfwaage hat die ursprünglichen elektronischen Bandwaagen, Spiralwaagen und sogar Akkumulationswaagen nach und nach abgelöst und findet als neues, verbessertes Messverfahren zunehmend Anwendung in der Metallurgie, im Bergbau, in Chemieanlagen und in der Chemiefaser-Energieerzeugung. Abbildung 1 zeigt die Mehrkopfwaage von Mettler·Toledo. Sie besteht aus einer Wiegeplattform (auf deren Basis ein Sensor befestigt ist), einem Frequenzumrichter für die Zuführung (der zusätzlich die Förderschnecke und die horizontale Mischung antreiben kann), einem Zuführbehälter, einer vertikalen Mischung und einer elektrischen Leiteinheit. Es besteht aus einer weichen Verbindung und einem Mehrkopf-Wägesteuergerät (IND560CF).

Für den kontinuierlichen Mess- und Prüfbetrieb muss die Anlage außerdem mit einem großen Trichter, einem vollautomatischen Schieber (zur kontinuierlichen Befüllung des Silos der Mehrkopfwaage) und einer Annahmeeinrichtung (zur kontinuierlichen Aufnahme des Materials für die Mehrkopfwaage) etc. ausgestattet sein. 2 Funktionsblockdiagramm 3 Funktionsprinzip Die Wiegeplattform, der Zufuhrbehälter und alle darauf befindlichen Maschinen und Geräte bilden den gesamten Waagenkörper. Der Sensor übermittelt kontinuierlich die Nettogewichtsänderung des Waagenkörpers an das Steuergerät der Mehrkopfwaage (das Steuergerät ist die zentrale Komponente der Mehrkopfwaage und führt alle Manipulations- und Berechnungsfunktionen aus). Das Steuergerät berechnet anhand des Datensignals den Nettogewichtselastizitätskoeffizienten des Waagenkörpers pro Zeiteinheit als spezifischen momentanen Gesamtfluss und vergleicht diesen mit dem eingestellten Gesamtziel-Gesamtfluss. Nach der PID-Reglerberechnung wird ein Stromflusssignal von 4–50 mA ausgegeben, um die Ausgangsfrequenz des Sanftanlaufgeräts des Fördermotors anzupassen. Anschließend wird das Drehzahlverhältnis des Motors so verändert, dass die spezifische Fördermenge möglichst nahe am eingestellten Gesamtfördervolumenstrom liegt, um eine präzise Dosierung zu gewährleisten. Für die kontinuierliche Beschickung der Mehrkopfwaage und die Überprüfung der Messgenauigkeit muss der Fördersilo mit einem großen Einfülltrichter für die kontinuierliche Materialzufuhr und einem vollautomatischen Schieber zur Steuerung der Zufuhr ausgestattet sein.

Im Steuergerät werden ein oberer (Refill_Stop) und ein unterer (Refill_Star) Grenzwert für die Nachfüllung festgelegt. Sobald das Nettogewicht auf der Waage den unteren Grenzwert erreicht, wird ein Signal zum Öffnen der Nachfüllung ausgegeben. Das Datensignal des Schieberventils öffnet dieses, das Rohmaterial aus dem großen Trichter wird über die leitfähige, flexible Verbindung in den Zuführbehälter befördert und das Nettogewicht auf der Waage erhöht sich. Sobald der Grenzwert erreicht ist, wird ein Datensignal zum Schließen des Schieberventils ausgegeben. Während des gesamten Vorgangs läuft der Zuführmotor kontinuierlich. Bei schlecht zirkulierenden, leichten und dünnflüssigen Rohstoffen kann es vorkommen, dass nach dem Schließen des Schieberventils kurzzeitig ein Teil des Nettogewichts nicht auf die Waage gelangt. Wenn die Mehrkopfwaage gemäß dem vom Sensor übermittelten Datensignal entwickelt wird und die PID-Regelung erfolgreich ist, verringert sich die vom Sensor erfasste Nettogewichtsänderung in diesem Zeitbereich, was zu einem Verlust des Datensignals und einem Abbruch des Betriebs führt. Daher wird im Steuergerät auch die Zuführungszeit (Timer2) eingestellt, die das Schließen des Schieberventils genau zu Beginn der Zeitmessung vorsieht.

Zu Beginn des Nachschubs wird erwartet, dass die Fütterungszeit endet. Während dieser Zeit hält der Zuführmotor die Frequenz vor der Fütterung bei und ändert sich nicht. Anders ausgedrückt: Die Mehrkopfwaage arbeitet während des gesamten Prozesses mit einer festen Frequenz. Betrieb – Statische Datenverarbeitung. Nach Ablauf der Fütterungszeit stellt die Mehrkopfwaage automatisch die Echtzeitsteuerung wieder her, d. h. sie steuert den Zuführmotor entsprechend dem vom Sensor übermittelten Datensignal. Der gesamte Betriebsprozess der Mehrkopfwaage wiederholt sich auf diese Weise.

Um die Linearität der Mehrkopfwaage zu gewährleisten, werden neben den oben genannten Hauptparametern folgende Hauptparameter im Steuergerät festgelegt: SetP (Proportionalitätskoeffizient P); SetI (Integrationszeit I); SetD (Differenzzeit); Caltime (aktuelle Gesamtfluss-Abtastzeit); Calcount (aktuelle Gesamtfluss-Abtastfrequenz); Target-F (Zielwert für die Durchflussüberwachung); Limit-E (Toleranzbereich der Durchflussüberwachung); Hig_Weight (Wert für hohen Materialstand); Low_Weight (Wert für niedrigen Materialstand); Load-Max (vorgegebener Wert der Frequenz); Load-Min (minimaler Wert der Frequenz); SampleFlux1 (dynamischer Kalibrierungs-Gesamtflusswert 1); SampleFlux2 (dynamischer Kalibrierungs-Gesamtflusswert 2); SampleFlux3 (dynamischer Kalibrierungs-Gesamtflusswert 3); WorkMode (Arbeitsmodusauswahl); BatchSelect (Chargennummer (quantitative Analyse)); FluxFactor (Hauptparameter für die Gesamtflussanpassung); ProportionFactor (Hauptparameter für die Rohmaterialverhältnisanpassung). 4. Ein häufiges Problem bei der Konstruktion von Mehrkopfwaagen ist die Verbesserung der Linearität. Folgende Aspekte sollten bei der Lösungsentwicklung berücksichtigt werden: 1) Wählen Sie eine geeignete Anwendungsfrequenz. Optimalerweise liegt diese zwischen 35 Hz und 40 Hz. Bei niedrigeren Frequenzen ist die Zuverlässigkeit der Systemsoftware beeinträchtigt. 2) Wählen Sie einen geeigneten Messbereich für den Sensor. Dieser sollte 60 % bis 70 % des Messbereichs abdecken. Ein großer Datensignalumwandlungsbereich trägt zur Verbesserung der Linearität bei. 3) Die Konstruktion des mechanischen Systems muss eine gute Materialzirkulation gewährleisten. Achten Sie auf kurze Zuführzeiten und vermeiden Sie zu häufige Zuführungen. Üblicherweise sind Zuführungen alle 5 bis 10 Minuten erforderlich. 4) Die Antriebseinheit der Hilfseinrichtungen muss einen stabilen Betrieb und eine gute Linearität gewährleisten. 5 Häufige Probleme bei der Installation und Anwendung von Mehrkopfwaagen: Um die Präzision der Mehrkopfwaage zu gewährleisten, sind bei der Installation und Anwendung folgende Punkte unbedingt zu beachten: 1) Die Wiegeplattform muss fest montiert sein, da der Sensor ein elastisches Bauteil ist und durch äußere Vibrationen beeinträchtigt werden kann. Erfahrungsgemäß stellen Vibrationen in der Umgebung die größte Herausforderung bei der Anwendung von Mehrkopfwaagen dar. 2) In der Umgebung dürfen keine Wirbelströme auftreten, da der Sensor, der für eine präzise Wiegegenauigkeit zuständig ist, sehr empfindlich ist und jede Bewegung ihn beeinflusst. 3) Die leitfähigen, flexiblen Verbindungen oben und unten müssen leicht und flexibel sein, um Stöße von unten angebrachten Geräten auf die Mehrkopfwaage zu vermeiden.

Das ideale Rohmaterial für diese Phase ist glatt, weich und seidig. 4) Je geringer der Abstand zwischen dem großen Trichter und dem Zuführsilo ist, desto besser, insbesondere bei Materialien mit relativ starker Haftung. Je größer der Abstand zwischen dem großen Trichter und dem Zuführsilo in der Mitte des Behälters ist, desto mehr Rohmaterial haftet an der Wandstärke. Sobald eine bestimmte Menge Rohmaterial an der Wandstärke haftet, hat das Herabfallen einen sehr großen Einfluss auf die Mehrkopfwaage. 5) Vermeiden Sie den Kontakt mit Fremdmaterialien. Dadurch wird die Belastung des Waagenkörpers durch äußere Einwirkungen minimiert. 6) Die Zufuhr sollte schnell erfolgen. Daher muss ein reibungsloser Ablauf des gesamten Zufuhrvorgangs gewährleistet sein. Bei schlecht zirkulierenden Rohmaterialien ist die beste Lösung, um Verstopfungen zu vermeiden, der Einsatz eines mechanischen Rührwerks im großen Trichter. Das größte Risiko besteht darin, dass der Zyklonbogen bricht. Das Rührwerk kann jedoch nicht permanent betrieben werden. Optimal ist ein gleichmäßiger Misch- und Zufuhrvorgang, vergleichbar mit dem eines Zuführschiebers. 7) Die Einstellung der unteren und oberen Grenzwerte für das Aufgabematerial muss geeignet sein. Die Schüttdichte im Silo sollte im Wesentlichen gleich sein. Dies lässt sich durch genaue Beobachtung des Frequenzübergangs des Sanftanlaufgeräts feststellen. Bei annähernd gleicher Schüttdichte der Rohstoffe im Silo ist der Frequenzübergang des Sanftanlaufgeräts meist gering.

Die unteren und oberen Grenzwerte der Zufuhr sind geeignet, die Linearität des gesamten Zufuhrprozesses zu verbessern. Wie bereits erwähnt, arbeitet die Mehrkopfwaage während des Zufuhrvorgangs im statischen Datenbetrieb. Wenn die Zufuhr konstant gehalten werden kann, ändert sich die Frequenzbasis der vorderen, hinteren, linken und rechten Sanftanlaufvorrichtungen nicht, und die Messgenauigkeit des gesamten Zufuhrprozesses ist weitgehend gewährleistet. Umgekehrt sollte, sofern die Schüttdichte im Wesentlichen gleich bleibt, eine zu häufige Zufuhr vermieden werden, d. h. es sollte versucht werden, jedes Mal mehr Material zuzugeben. Diese beiden Aspekte scheinen sich zu widersprechen und müssen berücksichtigt werden.

Dies ist auch die Grundlage für die Gewährleistung der Präzision des gesamten Dosierprozesses; 8) Die Dosierzeit muss angemessen eingestellt sein. Als Richtlinie gilt, dass alle Rohstoffe auf die Waage gefallen sein müssen. Je kürzer die Dosierzeit, desto besser. Wie bereits erwähnt, verarbeitet die Mehrkopfwaage während der Dosierzeit statische Daten, daher ist eine möglichst kurze Dosierzeit optimal. Diese kann auch durch sorgfältige Beobachtung ermittelt werden. In der Justierungsphase kann die Dosierzeit zunächst länger eingestellt werden. Beobachten Sie, wie lange sich das Gesamtgewicht auf der Waage nach jedem Dosiervorgang stabilisiert (das Gesamtgewicht auf der Waage stetig abnimmt).

Dann ist jetzt der richtige Zeitpunkt, die Zutaten zuzuführen. 6. Ergebnisse: In diesem Beitrag wird das Funktionsprinzip der Mehrkopfwaage detailliert erläutert und auf einige Punkte hingewiesen, die im gesamten Konstruktions- und Anwendungsprozess beachtet werden sollten. Insbesondere die folgenden Schlüsselaspekte im Anwendungsprozess stellen eine wertvolle Erfahrung dar, die ich gerne mit Ihnen teilen möchte. Mit Ihrer Unterstützung kann die Mehrkopfwaage effektiver eingesetzt werden. Nur durch die Beachtung dieser Schlüsselaspekte kann die Linearität der Mehrkopfwaage gewährleistet und somit die Herstellung von Produkten, die den Normen entsprechen, sichergestellt werden.

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