산업 생산에서 다헤드 계량기의 원리와 일반적인 문제점

저자: 스마트웨이그 멀티헤드 웨이터

산업 생산 전 과정에서 원자재, 특히 고체 원자재에 대한 연속적이고 정밀한 계량 검증 관리 규정이 강화됨에 따라, 1990년대에는 이러한 규정을 고려할 수 있는 새로운 유형의 계량 검증 장비인 다중 헤드 계량기(감량식 계량기)가 개발되었습니다. 다중 헤드 계량기는 저울 본체에 쌓인 원자재의 순중량 변화를 이용하여 원자재를 연속적이고 정확하게 측정 및 검증합니다. 다중 헤드 계량기의 등장으로 기존의 전자 벨트 저울, 나선형 저울, 심지어는 축적 저울까지 점차 대체하며, 야금, 광업, 화학 플랜트, 화학 섬유 에너지 분야에서 새로운 측정 검증 방식으로 널리 사용되고 있습니다. (그림 1 참조) 메틀러·톨레도의 다중 헤드 계량기는 계량 플랫폼(계량 플랫폼 바닥에 센서가 고정됨), 공급 가변 주파수 모터(이송 스크류 및 수평 혼합 장치도 구동 가능), 공급 빈, 수직 혼합 장치, 그리고 전기 전도도로 구성됩니다. 이 시스템은 소프트 커넥션과 멀티헤드 계량기 제어 장치(IND560CF)로 구성되어 있습니다.

연속 측정 및 검증 작업을 완료하기 위해서는 대형 호퍼, 완전 자동 게이트 밸브(다중 헤드 계량기의 공급 사일로를 지속적으로 보충하는 기능), 수용 장비(다중 헤드 계량기의 공급물을 지속적으로 수용하는 기능) 등이 현장에 설치되어 있어야 합니다. 2. 작동 블록도 3. 원리 계량 플랫폼, 공급 빈 및 계량 플랫폼에서 작동하는 모든 기계 및 장비는 전체 저울 본체로 사용되며, 센서는 저울 본체의 순중량 변화를 다중 헤드 계량기 제어 장치(제어 장치는 다중 헤드 계량기의 핵심 구성 요소이며, 모든 조작 및 처리 기능이 수행됨)로 지속적으로 전송합니다. 제어 장치는 데이터 신호에 따라 단위 시간당 저울 본체의 순중량 탄성 계수를 계산하여 특정 순간 총 유량을 구하고, 이를 설정된 전체 목표 총 유량과 비교하여 상대적으로 발달 정도를 확인합니다. PID 제어 계산이 완료되면 4~50mA의 전류 흐름 데이터 신호가 출력되어 공급 모터의 소프트 스타터 출력 주파수를 변경하고, 모터의 속도비를 조절하여 공급량이 설정된 총 유량에 최대한 가깝도록 함으로써 정확한 공급을 달성합니다. 다헤드 계량기의 연속 공급 및 측정 정확도 검증을 위해서는 공급 사일로 상단에 재료를 연속적으로 공급할 수 있는 대형 호퍼와 공급을 제어하는 ​​완전 자동 게이트 밸브를 설치해야 합니다.

제어 장치에 보충 상한값(Refill_Stop)과 보충 하한값(Refill_Star)을 설정합니다. 제어 장치가 저울의 순중량을 측정하여 보충 하한값에 도달하면 보충 한계값이 설정됩니다. 게이트 밸브의 데이터 신호가 게이트 밸브를 열고, 전도성 연성 연결에 따라 대형 호퍼의 원료가 공급 빈으로 공급되어 저울 본체의 순중량이 증가합니다. 한계값에 도달하면 게이트 밸브를 닫으라는 데이터 신호가 전송되어 게이트 밸브가 닫힙니다. 이 전체 과정에서 공급 모터는 계속 작동하므로 공급은 연속적으로 이루어집니다. 순환이 불량하고 비교적 가볍고 점도가 낮은 원료의 경우, 게이트 밸브가 닫힌 후 짧은 시간 내에 순중량의 일부가 저울 본체에 추가되지 않을 수 있습니다. 이때, 멀티헤드 계량기가 센서에서 전송된 데이터 신호에 따라 개발되고 PID 제어가 성공적으로 이루어지면, 센서가 감지하는 순중량 변화가 이 시간 범위 내에서 감소하게 되어 데이터 신호가 프레임을 잃고 작동이 중단될 수 있으므로, 제어 기기에 공급 시간(타이머2)도 설정되어 있으며, 이는 게이트 밸브가 닫히는 시점을 설정하는 것입니다.

보충 시작 시, 공급 시간이 종료될 것으로 예상됩니다. 이 시간 동안 공급 모터는 공급 전의 주파수를 유지하며 변경되지 않습니다. 즉, 멀티헤드 계량기는 전체 공정 동안 고정된 주파수로 작동합니다. 이는 정적 데이터 처리 방식의 작동입니다. 공급 시간이 종료되면 멀티헤드 계량기는 자동으로 실시간 제어로 복귀하여 센서에서 전송된 데이터 신호에 따라 공급 모터를 제어합니다. 이와 같이 멀티헤드 계량기의 전체 작동 과정이 반복됩니다.

다헤드 계량기의 선형성을 확보하기 위해 위에서 언급한 주요 매개변수 외에도 제어 기기에는 다음과 같은 주요 매개변수가 있습니다. SetP(비례 계수 P 값), SetI(적분 시간 I 값), SetD(차동 시간), Caltime(현재 총 유량 샘플링 시간), Calcount(현재 총 유량 샘플링 빈도), Target-F(유량 모니터링 목표값), Limit-E(유량 모니터링 허용 오차 범위), Hig_Weight(최고 재료 레벨 값), Low_Weight(최저 재료 레벨 값), Load-Max(지정 빈도 값), Load-Min(최소 빈도 값), SampleFlux1(동적 교정 총 유량 값 1), SampleFlux2(동적 교정 총 유량 값 2), SampleFlux3(동적 교정 총 유량 값 3), WorkMode(작업 모드 선택), BatchSelect(배치 번호(정량 분석) 역할 선택), FluxFactor(총 유량 조정 주요 매개변수), ProportionFactor(원료 비율 조정 주요 매개변수). 4. 다헤드 계량기 설계 시 흔히 발생하는 문제는 선형성 향상입니다. 해결책을 설계할 때 다음 사항들을 고려해야 합니다. 1) 적절한 작동 주파수를 선택해야 하며, 35Hz~40Hz를 유지하는 것이 가장 좋습니다. 주파수가 낮으면 시스템 소프트웨어의 신뢰성이 떨어집니다. 2) 센서 측정 범위를 적절하게 선택해야 하며, 측정 범위의 60%~70%를 활용하고 데이터 신호 변환 범위를 넓게 설정하면 선형성 향상에 도움이 됩니다. 3) 기계 시스템 설계는 원료의 원활한 순환을 보장해야 하며, 공급 시간을 짧게 하고 공급 빈도를 너무 높이지 않아야 합니다. 일반적으로 5분~10분 간격의 공급이 적합합니다. 4) 보조 설비의 전송 장치는 안정적인 작동과 우수한 선형성을 보장해야 합니다. 다헤드 계량기의 설치 및 적용 과정에서 흔히 발생하는 5가지 문제점: 다헤드 계량기의 정밀도를 확보하기 위해 설치 및 적용 과정 전반에 걸쳐 다음과 같은 핵심 사항에 주의해야 합니다. 1) 계량 플랫폼은 단단히 고정되어야 하며, 센서는 탄성 변형 부품이므로 외부 진동의 영향을 받습니다. 실제 적용 경험에 따르면 다헤드 계량기 적용 과정에서 가장 주의해야 할 사항은 자연 환경의 진동 위험입니다. 2) 자연 환경에는 소용돌이치는 유체가 없어야 합니다. 계량 정밀도를 높이기 위해 선택된 센서는 매우 정밀하게 설계되었으므로 모든 움직임이 센서에 영향을 미칩니다. 3) 상하부 전도성 연선 연결부는 가볍고 유연해야 하며, 하부 장비가 다헤드 계량기에 충격을 가하는 것을 방지해야 합니다.

이 단계에서 가장 이상적인 원료는 매끄럽고 부드러우며 실크 같은 질감을 가진 것입니다. 4) 대형 호퍼와 공급 사일로 사이의 연결 거리가 짧을수록 좋습니다. 특히 점착력이 비교적 강한 원료의 경우 더욱 그렇습니다. 대형 호퍼와 공급 사일로 중앙의 연결 간격이 길어질수록 원료가 벽면에 달라붙는 두께가 두꺼워집니다. 벽면에 원료가 일정 두께 이상 달라붙으면 떨어질 때 멀티헤드 계량기에 큰 충격을 줄 수 있습니다. 5) 외부 물질과의 접촉을 피해야 합니다. 이는 외부 충격력이 계량기 본체에 미치는 손상을 최소화하기 위함입니다. 6) 공급 속도는 빨라야 하므로 전체 공급 과정이 원활하게 진행되어야 합니다. 순환이 원활하지 않은 원료의 경우, 막힘 현상을 방지하기 위해 대형 호퍼에 기계식 교반 장치를 추가하는 것이 가장 좋습니다. 가장 큰 문제는 사이클론 아치 파손이지만, 교반 장치를 항상 가동할 수는 없습니다. 가장 이상적인 것은 혼합 및 전체 공급 과정이 일관적인 것, 즉 공급 게이트 밸브와 동일한 것입니다. 7) 공급 재료의 하한값과 상한값을 적절하게 설정해야 합니다. 사일로 내 겉보기 밀도가 기본적으로 동일해야 합니다. 이는 소프트 스타터의 주파수 변화를 주의 깊게 관찰함으로써 확인할 수 있습니다. 사일로 내 원료의 겉보기 밀도가 기본적으로 동일할 때, 소프트 스타터의 주파수 변화는 대부분 크지 않습니다.

공급량의 하한값과 상한값은 전체 공급 공정의 선형성을 향상시키는 데 적합합니다. 앞서 언급했듯이, 멀티헤드 계량기는 공급 공정 중 정적 데이터 모드로 작동합니다. 공급량을 일정하게 유지할 수 있다면, 전방, 후방, 좌/우 소프트 스타터의 작동 빈도 기준이 변하지 않으므로 전체 공급 공정의 측정 정확도가 크게 보장됩니다. 또한, 겉보기 밀도가 기본적으로 동일하다는 조건 하에서 공급 빈도를 최소화하고, 즉 매번 더 많은 양의 재료를 공급하는 것을 피해야 합니다. 이 두 가지는 상충되므로 신중하게 고려해야 합니다.

이는 전체 공급 공정의 정확성을 보장하는 기본 원칙이기도 합니다. 8) 공급 시간 설정은 적절해야 합니다. 설정 지침은 모든 원료가 계량대에 떨어지도록 하는 것이며, 설정 시간이 짧을수록 좋습니다. 멀티헤드 계량기는 공급 시간 동안 정적 데이터 처리를 하므로 시간이 짧을수록 좋습니다. 이 시간은 주의 깊은 관찰을 통해 얻을 수 있습니다. 조정 단계에서는 먼저 시간을 길게 설정하고, 각 공급이 완료된 후 계량대의 총 중량이 변동 없이(증가하기 쉽지 않게) 안정화되는 시간(계량대의 총 중량이 꾸준히 감소하는 시간)을 관찰합니다.

그렇다면 지금이 바로 재료를 투입할 적절한 시기입니다. 6. 결과 본 논문은 다헤드 계량기의 원리를 자세히 소개하고 설계 및 적용 과정 전반에서 주의해야 할 사항, 특히 적용 과정의 핵심 사항에 대해 설명합니다. 이는 소중한 경험 공유이며, 여러분과 함께 나눌 수 있기를 바랍니다. 이를 통해 다헤드 계량기를 더욱 효과적으로 활용할 수 있을 것입니다. 이러한 핵심 사항에 주의를 기울여야만 다헤드 계량기의 선형성을 확보하고 기준을 충족하는 제품을 생산할 수 있습니다.

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