自动配方配料系统控制仪表及应用

自动配方配料系统控制仪表及应用

 

关键词：自动配料系统  配料秤  电子配料秤   配方配料 静态单斗配料  静态多斗配料  动态连续配料  PID

在生产中，人们经常会将几种不同的物料，按一定的比例进行混合处理成一种新的物料，这个过程就是配料。在化工、食品、电力、冶金、饲料等行业有着广泛的应用。由于传统的人工配料，存在效率低下，配料失误率高，产品稳定性差的特点，同时由于很多原料是有毒有害的，对人体和环境存在巨大危害，所以会逐步被自动化配料系统所所替代。本文主要立足于自动化配料控制系统的常见架构，对自动配料系统控制仪表的选型进行分析。

一、 自动配料系统的类型

自动配料系统，又称自动配料秤，电子配料秤等。是一种集输送、计量、配料、定量于一体的自动化的动态计量控制系统。其控制核心目标：根据计量系统的数据，对输送中物料的流量进行调节控制，以达到恒量或是精准的配比。从中可见，计量控制部分是整个配料系统的“灵魂”，直接决定了配料系统的效率和稳定系。

自动配料系统，根据其工作特点，又可以分为：静态配料系统和动态配料系统。

1-1.静态配料系统，可理解为“断续称量”或“间隙配料”，物料在称重过程中，只能严格按照“投料”-“停止输送”-“称重判断”-“排料”的逻辑时序进行工作，节奏必须分别进行，否则就会出错。这一特征严重制约了静态配料系统在效率上的进一步提高。

1-2.动态配料系统，相对而言就是“连续称量”或“连续配料”，物料只需正常的连续输送，仪表在 “称重判断”的时候“投料”和“排料”可同时进行。由于在 “称重判断”环节，物料的输送是连续进行的，不需要停止，所以动态配料系统在效率上是非常高的。这是未来无人化智能化的发展趋势。

二、 静态配料系统的选型

静态配料系统按照计量方式同样可分为单斗计量和多斗计量两种。

2-1.静态单斗配料系统

各种物料按照设定的配方顺序，分别投入到同一计量斗进行称重（任何时候

只允许一种物料投入计量斗中），称重控制仪表根据设定值，对物料进行称重，

配方上的物料称量齐备后，停止投料，进行混合等操作，然后排出混合后的物料。

 

根据其工作特征，该配料系统只需要一套计量控制系统。

优点：简化结构，降低制造成本，提高了可维护性。

 

缺点：

a)        在配料的绝对精度上要差一些，对物料配比的差异性要求高。

特别是在各种物料的配比差异比较大的时候，容易导致配料稳定性差或者是造成制造成本或技术难度较高。（例如，某配方需要A、B两种物料，物料A共需要100Kg误差0.5Kg，B物料共需要1Kg误差0.005Kg。此时如果既要满足B物料的计量精度又要满足AB物料总重的要求，就要选用“大量程高精度”的称重系统了，那这个造价和技术难度就会大幅度提高；如果仅满足一种物料的计量要求，轻则稳定性差，重则计量不准无法使用）。

b)        设备的故障安全冗余度低。只要计量控制系统一出问题，整个配料系统直接瘫痪，无法进行生产。

c)        对编程人员的要求限制较多，降低了工程效率，延长了调试周期，在物料品种较多时格外突出。

d)        各种物料只能按照设定顺序，有且仅有一种进行投料称重，此时其余物料只能等待。这就导致了此类配料系统效率在自动化配料系统中效率最低。

 

综合上述，静态单斗配料系统适合物料配比差异小，配料精度要求较一般，生产节奏较慢的配料场合。

典型型号：日本unipulse品牌：F805AT-FB(推荐型号) 、F805AT、F800、F701-S、F600AT

推荐理由：F805AT-FB可不依赖PLC快速构建出配料称重控制系统，所以大大降低了研发调试周期。

可按照百分比或是重量设定值进行配料。

支持多达200种物料，100组配方（每组配方最多30种物料），足以组成大规模配料系统，

这项能力是独一无二的。

 

 

 

2-2.静态多斗配料系统

静态多斗配料系统，每种物料都有自己独立的计量料斗和控制仪表，

可同时互不干扰的同时称重，物料称量完成后投入搅拌混合装置（如搅

拌料斗，反应釜等），混合完成后排出。

特征：每种物料都有自己的独立计量控制系统。

优点：

a)        物料的配比差异性要求低，绝对精度高。

b)        设备的故障安全冗余性高，任意一路物料故障，都不会影响其他物料的称重

计量。

c)        相对静态单斗配料系统的称重控制仪表而言，其要求要低一些，故他的称重

控制仪表型号有更为宽泛的选择。

d)        由于各种物料的计量称重都是相互独立进行的，所以工作效率上比静态单斗配料系统要高的多。物料种类越多，效率提高的越明显。

缺点：

a)      物料种类较多时，成本较高。

b)      效率相对动态配料系统而言，还是比较低的。

综合上述，静态多斗配料系统适合物料配比差异大，配料精度要求较高，生产节奏较紧凑，稳定性和可靠性较高的配料场合。

典型型号：日本unipulse品牌：F741-C、F701-P、F701、F701+、F701-C等

德国BAYKON品牌：BX10、BX11等

三、 动态配料系统的选型

动态配料系统，是随着动态传感器和控制仪表技术的进步，同时也是现代生产对于效率越来越高的要求而产生的一种配料系统。

动态配料系统其实也是在静态配料基础上发展而来的，所以同样也可分为动态单斗配料系统和动态多斗配料系统。所以在此仅比较动态和静态配料系统的差异，至于动态单斗和多斗的差异可参考上面静态单斗和多斗的优缺点分析。

优点：

a)      动态配料系统和静态配料系统最大的区别就是，动态配料系统可以进行连续不间断的称量。这就极大的提高了生产的效率。

b)      支持某些（如烧结配料、焦化配料等）对配料的连续性要求较高，一般不允许出现中间配料停止情况的现场。

缺点：

a) 相对静态配料系统，他的制造投入成本要高一些，但是结合动态配料系统的高效率性，从其真正长期使用成本上看，反而是“性价比”比较高的。

b) 由于动态配料系统是一个连续不间断的称重过程，这就对技术人员提出了很高的技术要求，这个困难不仅仅是控制逻辑上的，更是控制算法和模型上的。

特别适合大批量的高速高精度的全自动生产线的配料生产。

  典型型号：F805AT-CF、F805AT-BC。

四、 几款典型专用配料控制仪表特点

1. F805AT-FB:配方配料系统称重仪表（静态单斗配料系统专用仪表）

1-1.      专为多种配料用而开发的称重控制仪表。支持记录100种原料和200种配方（一个配方最多30种原料）。

1-2.      仪表可以分为重量设定和比例设定两种配比控制模式。

1-3.      TFT彩色LCD触摸屏，丰富的图形和详实的数据显示，提供了更好的人机交互性，操作更简单直观。

1-4.      高达1000次/秒的A/D转换速度有效的保障了高速采集。

1-5.      优秀的滤波硬件和丰富的参数，为采样数据的稳定可靠性保驾护航。

1-6.      依托强大的开发能力，高效的数据模型和算法，最终成就了控制仪表的在高速度、高准确性的要求下稳定工作。

1-7.      丰富的配置选择。标配SI/F、SI/FII、RS-232C、BC2接口。根据情况还可以追加BCO、BCI、485、DAC选配件进行功能拓展。

 

1. F805AT-CF:流量秤/失重秤控制仪表（动态连续配料系统专用仪表）

2-1．区别于F805AT-BC，F805AT-CF更适合于料斗/料罐类，管道输送型的配料系统。

2-2. 该型仪表既可以独立构成一个配料控制系统，也可以进行主/从机组网运行。对于组建大规模连续配料系统

具有重要意义。

2-3. 自动调整运转功能，可以自动计算出开始时的合适的控制量，从而达到快速稳定的控制目的。

2-4. 针对不同运行场景，具有多达6种的操作模式：连续运转模式、批次运转模式、固定运转模式、

固定累计运转模式、自动调整运转模式、容积式运转模式。

2-5. 高效率高稳定的PID控制算法。PID好做，但是要兼顾高效率和高稳定性，这就需要技术人员既要精通

高等数学，又要有丰富的场景应用经验和灵活的自动化控制思维，而一般的技术人员是做不到的。

2-6. DAC/ANA的加入使得控制仪表可以控制多路投料结构的投放量和监测反馈，有利于构建闭环控制系统。

大大提高了配料系统的精度。

 

1. F805AT-BC:恒量给料皮带秤控制仪表（动态连续配料系统专用仪表）

3-1．区别于F805AT-CF，F805AT-BC更适合于皮带输送型的配料系统。

3-2. 可以在皮带运送各种物料的同时进行称量。通过称重传感器和速度传感器发出的信号，可以输出或显示瞬间

输送量，累计输送量，物料密度，负载率等信息。同时按照目标值自动控制输送量进行恒量给料输送。

3-3. 该仪表同样既可以独立工作也可以组网运行。

3-4. 针对皮带输送物料的特点，提供了两种校正功能。

水分校正：通过设定水分的比例，换算并累计出不含水分的累计物料输送量。

零点/量程校正：通过计算零点误差率、量程误差率，校正传送带运转时的系统误差，可以得到更高的系统

精度。

3-5. 为满足不同的现场需求，提供了4种运行模式。固定模式、自动调整模式、流量连续运转模式和累计连续运

转模式。

 

五、 结束语。

随着产业的不断升级，人们对于生产的规模化，高品质，智能化和数据化提出了更高的要求，自动化配料系统，尤其是不间断的动态自动化配料系统的应用将来会越来越广泛。

但是目前市场上可供选择的高速度、高精度和高可靠性的配料控制仪表还是很少，尤其是在动态不间断配料系统中。大家几乎都还停留在使用通用仪表配合plc和组态软件的配料控制方式上， 这在不间断动态配料上系统上的局限性很大，对于真正高要求的不间断配料系统根本无法做到高速高精度和高稳定的“三高”标准。

其中的动态连续配料系统涉及的不光是软硬件要求都很高，还有研发人员的算法和控制方式对于生产现场经验和特点的积累分析，所以导致此类仪表对我国仪表制造商来说，仍属难点，急需突破。希望以后我们可以做出自己的F805AT系列专用仪表，并超越他们。