多頭秤在工業生產上的原理及常見問題
作者：Smartweigh多頭配重器
隨著工業生產全過程中原料，特別是固體原料的連續、精確計量驗證控制規定的不斷完善，20世紀90年代，一種能夠滿足這些規定的新型計量驗證設備－多頭秤（失重式稱重機）應運而生。多頭秤是基於原料在體重計上淨重的變化，對原材料進行連續、精確的測量和驗證。多頭秤的出現逐漸取代了原有的電子皮帶秤、螺旋秤，甚至累加秤，作為一種新型的升級計量驗證方法，在冶金、礦山、化工、化工廠和化纖能源等領域得到了越來越廣泛的應用。圖1所示的梅特勒-托利多多頭秤由稱重平台（稱重平台底座上固定有感測器）、進料變頻馬達（可額外驅動輸送螺旋和水平攪拌裝置）、進料倉、垂直攪拌裝置和電導率裝置組成。它由軟連接和多頭稱重控制儀器（IND560CF）組成。
為完成連續測量和驗證操作，現場還必須配備大型料斗、全自動閘閥（功能是連續補充多頭秤的給料倉）和接收設備（功能是連續接收多頭秤的給料）等。 2 操作框圖 3 原理稱重平台、給料倉以及稱重平台上運行的所有機械設備構成整個秤體，感測器將秤體上的淨重變化連續傳輸至多頭秤控制儀表（控制儀表是多頭秤的關鍵解決方案部分，所有操作和解決方案功能均由其執行），控制儀表根據數據信號計算單位內秤體的瞬重彈性係數作為具體的瞬重PID 計算完成後，輸出 4-50mA 的電流資料訊號，改變給料馬達軟啟動器的輸出頻率，進而改變馬達的速比，使實際給料量盡可能接近設定的目標總流量，以達到精確給料。為了完成多頭秤的連續給料和計量精度驗證，給料倉頂部必須配備一個可連續給料的大容量料斗和一個全自動閘閥來控制給料。
在控制儀表中，設定補料上限值（Refill_Stop）和補料下限值（Refill_Star）。當控制儀表稱量秤上的淨重達到補料下限值時，會發出開啟補料限值訊號。閘閥的資料訊號使閘閥開啟，大料斗中的原料經由導電軟連接進入給料倉，秤體上的淨重增加。當達到限值時，會發出關閉閘閥的資料訊號，使閘閥關閉。在此過程中，給料馬達一直處於運轉狀態，即給料是連續的。對於這些循環性差、相對較輕且較薄的原料，閘閥關閉後短時間內，部分淨重將無法計入體重計。此時，如果多頭秤是根據感測器傳輸的資料訊號開發的，如果PID控製成功，因為感測器在此時間範圍內感受到的淨重變化會減小，這將導致資料訊號遺失幀並阻止操作，因此控制儀器中也設定了進料時間（Timer2），即在剛開始計時時關閉閘閥。
在補料開始時，預計進料時間即將結束。在此期間，進料馬達將保持進料前的頻率，不會改變。換句話說，多頭秤在整個過程中都以固定頻率運作。操作——靜態資料處理。當進料時間結束後，多頭秤會自動恢復即時控制，即根據感測器傳輸的資料訊號控制進料馬達。多頭秤的整個操作過程以此方式重複進行。
為了確保多頭秤的線性度，除了上述關鍵主要參數外，控制儀器中還有以下主要參數：SetP（比例係數 P 值）；SetI（積分時間 I值）；SetD（差分時間）；Caltime（當前總流量採樣時間）；Calcount（當前總流量採樣頻率）；Target-F（流量監測目標值）；Limit-E（流量監測容差範圍）；Hig_Weight（高物料液位值）；Low_Weight（低物料液位值）；Load-Maxple值（Lad頻率值）； 1）；SampleFlux2（動態校準總流量值 2）；SampleFlux3（動態校準總流量值 3）；WorkMode（工作模式選擇）；BatchSelect（批次號（定量分析）角色選擇）；FluxFactor（總流量調整主要參數）；ProportionFactor（原料比例調整主要參數）。 4. 多頭秤設計中常見的難題是提高其線性度。設計解決方案時應考慮以下幾個方面：1）選擇合適的應用頻率，最好保持在35Hz~40Hz。頻率過低會導致系統軟體可靠性差；2）選擇合適的感測器測量範圍，使用60%~70%的測量範圍，並拓寬資料訊號轉換範圍，有利於提高線性度；3）機械系統設計方案必須確保原料循環良好，同時確保進料時間短，且進料頻率不宜過高。一般情況下，進料間隔為5~10分鐘；4）配套設備的傳動裝置應確保運作穩定，並具有良好的線性特性。 5. 多頭秤安裝應用全過程中常見問題：為確保多頭秤的精度，安裝應用全過程中必須注意以下幾點：1）稱重平台必須牢固固定，感測器屬於彈性變形部件，外部振動會影響其性能。應用經驗表明，多頭秤應用全過程中最忌諱的是自然環境中的振動危害；2）自然環境中不應有旋風狀氣流，因為為提高稱重精度，所選感測器非常精密，任何運動都會對感測器產生影響；3）上下導電軟連接件應輕巧柔軟，以防止上下設備對多頭秤造成衝擊。
此階段最理想的原料是光滑、柔軟、絲滑的；4）大料斗與給料倉之間的連接距離越小越好，特別是對於粘附性較強的物料，當大料斗與給料倉中間的連接間距過長時，原料粘附在料倉壁上的量就越多。當原料黏附在料倉壁上達到一定程度時，一旦掉落，會對多頭秤造成很大的衝擊；5）盡量避免與外部物料接觸，目的是更好地減少外部作用力對秤體的損害；6）給料速度要快，因此必須確保整個給料過程的開合順暢。對於循環性差的原料，為了避免物料結塊，最好的方法就是在大料斗中加裝機械攪拌裝置。最大的禁忌是旋風分離器拱形破裂，但攪拌裝置不能一直運作。最理想的情況是整個給料過程的混合和攪拌保持連續，即與給料閘閥的開合保持一致。 7）進料下限值及上限值的設定應合理，使料倉內物料的表觀密度大致一致。這可以透過仔細觀察軟啟動器的頻率變化來判斷。當料倉內原料的表觀密度大致一致時，軟啟動器的頻率變化通常不大。
進料量的下限值和上限值應適當提高整個進料過程的線性度。如前所述，多頭秤在進料過程中處於靜態資料運作狀態。如果能夠保持前後左右軟啟動器的頻率基準不變，則整個進料過程的測量精度也能得到很大程度的保證。此外，在確保表觀密度基本一致的前提下，應盡量避免頻繁進料，即每次都盡量增加物料量。這兩點相互矛盾，需要加以考慮。
這也是確保整個進料過程精確度的基礎；8）進料時間的設定應合理。設定原則是確保所有原料都已落到秤體上，設定時間越短越好。前面已經提到，多頭秤在進料期間處於靜態資料處理階段，因此時間越短越好。這個時間也可以透過仔細觀察來獲得。在調整階段，可以先將時間設定得稍長一些，觀察每次進料完成後秤體上的總重量在多長時間內不會波動（不易增加），趨於穩定（體重計上的總重量穩定下降）。
那麼現在正是添加原料的最佳時機。 6. 結果 本文詳細介紹了多頭秤的原理，以及在設計方案和應用過程中需要注意的一些事項，特別是應用過程中的關鍵點，這是一次寶貴的經驗分享，我期待與大家分享。有了這些幫助，多頭秤可以得到更強的應用。只有重視這些關鍵點問題，才能確保多頭秤的線性度，進而生產出符合標準的產品。
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