Die technische Verbesserung der Rotationsmesstechnik und ihr Grundprinzip der Mehrkopfwaage

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

1. Aktueller Stand der messtechnischen Prüfverfahren für Rotationsmischmaschinen 1.1 Die traditionellen messtechnischen Prüfverfahren für Rotationsmischmaschinen werden zur Prüfung von faserigen Rohstoffen wie z. B. dekorativen Baustoffen, Getreide, Öl, Lebensmitteln, Rohstoffen usw. oder bei der Online-Verarbeitung von Gewürzen eingesetzt. Typische Messverfahren sind: elektronische Bandwaagen, Spülplatten-Durchflussmesser, Antimateriewaagen und Rundradwaagen. Dieses Prüfverfahren weist zwar spezifische Merkmale auf, hat aber auch erhebliche Einschränkungen.

Die Verarbeitungstechnologie der elektronischen Bandwaage wird detailliert vorgestellt. Die einzelnen Schritte sind wie folgt: Die elektronische Bandwaage integriert das Lastdatensignal und das Datensignal der Förderbandgeschwindigkeit (Antriebsbandgeschwindigkeit) über den gesamten Wiegebereich des Unternehmens, um den Gesamtflusswert zu ermitteln. Detaillierte Beschreibung der Verarbeitungstechnologie der elektronischen Bandwaage. Hinweis: Die entnommene Rohmaterialmenge ändert sich entsprechend der Geschwindigkeit des Förderbandes. Die Last auf dem Antriebsband ist konstant. Im Vergleich zu anderen Zuführmethoden bietet diese Methode eine gute messtechnische Genauigkeit und Linearität.

Schematische Darstellung der Messverifizierungsschaltung der elektronischen Bandwaage. Hinweis: Die Zuführungs- und Wiegefunktionen werden auf zwei separaten Förderbändern realisiert. 1.2 Das Rotationsmessverifizierungsverfahren wird in kontinuierlichen Mischanlagen, Beton- und Bitumenmischern eingesetzt. Hinsichtlich der messtechnischen Genauigkeit ist diese Anlagenart derzeit nicht mit intermittierenden Verfahren vergleichbar. Daher wird das Rotationsmischverfahren von vielen Kunden nicht bevorzugt, was auch einer der Gründe dafür ist.

Wissenschaftliche Demonstrationen können zeigen, dass die mit diesen beiden Messverfahren ermittelten Misch- und Verarbeitungsprozesse ihre Berechtigung haben und der Einsatz von Rotationsmischern nicht durch vorübergehende technische Einschränkungen beeinträchtigt werden sollte. Derzeit werden Rotationsmischmaschinen in unserem Land ausschließlich volumetrisch oder elektronisch mittels Band- bzw. Spiralwaage vermessen. In den 1970er Jahren wurde die Technologie der kontinuierlichen Mischverarbeitung aus Europa eingeführt und weiterentwickelt. Bis heute hat sich daran nichts geändert, und es gab keine grundlegenden Verbesserungen. Tatsächlich können diese beiden Messverfahren in europäischen Anwendungen eine hohe Präzision erzielen. Beispielsweise weist die in Frankreich entwickelte Bandwaage von Schenck eine dynamische Dosiergenauigkeit von 2 % auf.

In meinem Land ist die Situation jedoch ungünstig, da sie von der eingeschränkten Verfügbarkeit grundlegender Industriezweige wie Maschinen- und Anlagenbau sowie Rohstoffen abhängt. Derzeit liegt die Mess- und Prüfgenauigkeit elektronischer Bandwaagen im Straßenbau bei mir in der Regel nur bei etwa 5 %, was der Kapazitätsmessung entspricht und die Langzeitstabilität beeinträchtigt. Zweitens: Reformen der kontinuierlichen Wägung – Die Mehrkopfwaage (auch als „Verlustwaage“ bezeichnet) mit Differenzialsignal-Waage (Gewichtsverlustwaage) wurde in den 1990er-Jahren erstmals im gesamten Produktionsprozess zur kontinuierlichen metrologischen Überprüfung eingesetzt.

Mehrkopfwaagen ersetzen zunehmend elektronische Bandwaagen, Spiralwaagen und sogar Akkumulationswaagen. Als neues und verbessertes Messverfahren findet es immer mehr Anwendung bei Rohstoffen. 2.1 Grundprinzip: Die Wiegeeinheit mit Zuführsystem bildet die Waage. Das Nettogewicht wird kontinuierlich über das Bedienfeld oder die Software eines übergeordneten Rechners erfasst. Die Änderung des Nettogewichts pro Zeiteinheit wird als momentane Durchflussrate gemessen und anschließend mithilfe von Filtertechniken verschiedener Hard- und Software verarbeitet. Der so ermittelte „spezifische Gesamtdurchfluss“ dient als Zielgröße für die Steuerung. Die Erfassung dieses Gesamtdurchflusses ist entscheidend und die Grundlage für die präzise Messung und Überprüfung mit der Mehrkopfwaage.

Eine klassische Methode wird in der Abbildung detailliert beschrieben: die Messverifizierungsmethode mit Mehrkopfwaagen. Anschließend gibt das FC (Fuel Control Panel) gemäß der PID-Regelung Feedback an den Optimierungsalgorithmus, berechnet den Gesamtdurchfluss nahe am Zielwert und gibt das Einstellsignal zur Ansteuerung des Sanftanlaufgeräts und anderer Vibrationsförderer aus. 2.2 Die konkrete Anwendung der Differenzsignal-Mehrkopfwaage: Aus dem Grundprinzip geht hervor, dass sie durch mechanische Änderungen am Waagenkörper und der Förderstruktur nicht beeinträchtigt wird. Sie misst lediglich den Nettogewichtsfehler (Gewichtsdifferenz). Im Vergleich zu herkömmlichen dynamischen messtechnischen Verifizierungsmethoden sind ihre Vorteile deutlich. Wenn der Gesamtdurchfluss (t/h, kg/min) als Regelziel dient, das Rohmaterial gut transportierbar ist und eine hohe messtechnische Genauigkeit gefordert wird, ist die Methode im gewichtslosen Zustand die beste Lösung für die messtechnische Verifizierung.

2.2.2 Produktionsprozess der Mehrkopfwaage: Produktionsprozess der Mehrkopfwaage 2.2.3 Zu beachtende Aspekte bei der Konstruktion der Mehrkopfwaage, Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen: Die Mehrkopfwaage vereint die Eigenschaften einer statischen und einer dynamischen Waage. Daher ist in der Systemsoftware Folgendes festzulegen: 1. Der geeignete Förderbereich liegt im Allgemeinen bei 60 % bis 70 % der Nennförderkapazität. Bei Verwendung von Kommunikations- und Austauschgeschwindigkeitsänderungen ist eine Ansprechfrequenz von 35–40 Hz optimal. Dies gewährleistet einen großen Einstellbereich.

Dies liegt auch an der geringen Zuverlässigkeit der Systemsoftware bei zu niedriger Transportrate. 2. Der Messbereich des Sensors ist moderat. Das heißt, der Sensor nutzt gemäß der Formel nur 60–70 % seines Messbereichs. Das Datensignal weist einen großen Transformationsbereich auf, was die Genauigkeit erheblich verbessert. 3. Die Konstruktion des mechanischen Systems sollte eine gute Materialzirkulation gewährleisten und kurze Zuführzeiten sowie eine nicht zu häufige Zuführung sicherstellen. Üblicherweise wird eine Zuführung alle 5–10 Minuten empfohlen.

Die Übertragungseinrichtung der zugehörigen Anlagen muss einen stabilen Betrieb und eine gute Linearität gewährleisten. 2.2.4 Anwendungsperspektive: Dank der rasanten Entwicklung elektronischer Steuerungssysteme für Geräte wird bei Mehrkopfwaagen durch die Auswahl neuer Technologien die Genauigkeit der metrologischen Überprüfung von 0,3 % auf 0,5 % erhöht. Der Schlüssel zu dieser neuen Technologie ist der Einsatz digitaler Gewichtssensoren.

2.2.4.1 Anwendung digitaler Wägesensoren: Um die Anforderungen dynamischer und präziser Messungen besser zu erfüllen, ist der Einsatz digitaler Sensoren in Wägeeinrichtungen als Systemsoftware-Eingabe besonders wichtig. Vor allem in intelligenten Systemen sind die direkten oder indirekten Sensordaten unerlässlich. Dabei stehen Messunsicherheit und Messgenauigkeit oft im Gegensatz zueinander, sodass eine gleichzeitige Berücksichtigung beider Größen schwierig ist. Daher wird je nach Situation ein Kompromiss gefunden. In der Wägeindustrie werden in Deutschland derzeit viele herkömmliche digitale und analoge Sensoren eingesetzt, deren Impulssignal jedoch gering ist.

Nehmen wir als Beispiel einen Gewichtssensor mit hohem Gesamtausgangssignal und das Grundprinzip der Widerstandskraft: Das typische Ausgangssignal liegt bei 30–40 mV. Daher ist das Datensignal anfällig für Störungen durch Funkfrequenzen, und die Übertragungsdistanz über das Kabel ist kurz, üblicherweise unter zehn Metern. Bei Behälterwaagen (Silowaagen, Dosierwaagen), Serviceplattformwaagen oder Brückenwaagen (elektronische Lkw-Waagen oder Gleiswaagen), die mehrere Sensoren in Reihe schalten, kann die Datensystemsoftware eine Selbstkalibrierung durchführen.

Dank der Software des Mehrkanal-Digitalsensorsystems gibt es keine Probleme mit dem Anpassungswiderstand. Der Kunde gibt die genaue Adresse, das Gewicht und die Empfindlichkeit jedes Sensors ein, und die Waage kann vollautomatisch an allen vier Ecken oder an den Kanten ausbalanciert werden, ohne dass eine ständige manuelle Anpassung erforderlich ist. In der Systemsimulation lassen sich die Eigenschaften der einzelnen Sensoren nach der Verdrahtung nicht mehr unterscheiden. Zur Kalibrierung sollte an jedem Sensor ein Standardgewicht angelegt und der Spannungsteiler am Anschluss verwendet werden.

Da bei der Anpassung ein gepaarter t-Test durchgeführt wird, wird dieser mehrmals wiederholt. In der Datensystemsoftware kann jeder einzelne Sensor separat geprüft werden. Daher beträgt die Zeit für die Korrektur der Gesamtkosten der Systemsoftware mit digitalem Sensor nur ein Viertel der System-Simulationszeit.

Dies kann mithilfe der „Selbstdiagnose“-Software des Datensystems erfolgen. Das Diagnoseprogramm prüft kontinuierlich, ob das Datensignal jedes Sensors unterbrochen ist, ob der Ausgangswert signifikant überschritten wird usw. Bei einem Problem wird automatisch eine Meldung oder ein Alarm auf dem Dashboard oder dem Bedienfeld angezeigt. Kunden können dann über die Tasten am Bedienfeld jeden Sensor einzeln ansteuern, die Fehlerursache ermitteln und eine allgemeine Fehlerbehebung durchführen. Diese Art der systematischen Diagnose und der gemeinsamen Fehlerbehebung ist ein entscheidender Vorteil für Kunden und trägt dazu bei, Kosten bei der Simulation analoger Sensorsysteme zu senken.

In der Wägetechnik beträgt die Auflösung des Wegkoeffizienten (SPWM) typischer Simulationssoftware für Sensorsysteme 16 Bit, was 50.000 verfügbaren Zählwerten entspricht. Die Bildschirmauflösung jedes Sensors in der Datensystemsoftware liegt hingegen bei 20 Bit, was 1.000.000 verfügbaren Zählwerten entspricht. Somit kann eine Systemsoftware mit vier digitalen Sensoren eine Bildschirmauflösung von 4.000.000 Zählwerten erzielen. Die Vorteile dieser hohen Pixelanzahl kommen insbesondere dort zum Tragen, wo das Gewicht des Waagenrahmens sehr hoch und das Nettogewicht des Wiegeobjekts gering ist.

Beispielsweise kann es bei der Gewürzabwiegung vorkommen, dass ein bestimmter Rohstoff in der geheimen Rezeptur nur einen geringen Anteil ausmacht, die Genauigkeitsanforderungen aber dennoch sehr hoch sind. Dies lässt sich mit herkömmlichen Systemsimulationen nur schwer realisieren. Drittens: Anwendung von Rotationsmischern und Marktpotenzial. Da die Messung und Überprüfung von Rotationsmischern in China noch traditionell erfolgt, bietet die Vermarktung von Mehrkopfwaagen ein sehr breites Anwendungsspektrum. Der kontinuierliche Mischprozess von Bitumen erfährt eine grundlegende Veränderung, und die präzise Steuerung des Gesamtflusses ermöglicht die Herstellung einer optimalen Mischung.

Da Rotationsmischer eine einfache Struktur und geringe Wartungskosten aufweisen, kann sich ihre derzeit geringe Marktstellung ändern, sobald das Produktmischungsverhältnis streng kontrolliert wird. Insbesondere für die Produktionssteigerung von Maschinen und Anlagen im Straßen- und Wasserkraftbau ist dies von positiver Bedeutung, und die Mehrkopfwaage stellt eine Schlüsselverbesserung zur Erhöhung der Genauigkeit metrologischer Prüfungen dar.

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