自動(dòng)計(jì)量散裝機(jī)的應(yīng)用原理及優(yōu)勢

為了使參與水泥散裝的工人從重復(fù)的作業(yè)動(dòng)作中解放出來，使企業(yè)降本增效，提高水泥散裝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程度，提高水泥散裝的效率，研發(fā)了一種自動(dòng)識(shí)別實(shí)時(shí)重量的自動(dòng)散裝機(jī)。此散裝機(jī)系統(tǒng)摒棄了原來的磅秤信息傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)了散裝的同時(shí)又達(dá)到計(jì)重的目的。在物料流動(dòng)的過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控水泥灰輸送的流量及重量，設(shè)計(jì)了由各閘閥、流量監(jiān)測裝置、智能散裝機(jī)、伸縮散裝頭等部分組成的自動(dòng)散裝裝置，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用后，能夠?qū)崿F(xiàn)散裝過程全自動(dòng)無人化，大大提高散裝水泥出廠效率。1、散裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀水泥散裝機(jī)是水泥散裝出廠過程中尤為重要的機(jī)械設(shè)備，它是將水泥儲(chǔ)存庫里的細(xì)灰定量輸送到車輛儲(chǔ)存罐里的一個(gè)媒介。一般的水泥散裝機(jī)是由給料器、螺旋閘閥、通風(fēng)輸送斜槽、散裝頭、磅秤及傳輸裝置、控制柜等裝置構(gòu)成的。當(dāng)前階段我們使用的散裝機(jī)存在裝置復(fù)雜、依靠人為干預(yù)、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不高等不足。傳統(tǒng)的水泥散裝機(jī)需要人為控制，計(jì)量顯示必須經(jīng)過磅秤的校核，停車位置需要人為指揮等，這都達(dá)不到智能工廠的要求。從散裝行業(yè)發(fā)展趨勢來看，未來的新型散裝機(jī)械應(yīng)該走機(jī)械一體化和程序控制雙管齊下的自動(dòng)化發(fā)展道路，創(chuàng)新型自動(dòng)散裝機(jī)的智能化自主設(shè)計(jì)和應(yīng)用是整個(gè)散裝行業(yè)發(fā)展的必然要求。2、總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和原理2.1結(jié)構(gòu)分析本文介紹的智能化自動(dòng)散裝裝置主要由手動(dòng)閘閥、充氣分料箱和氣動(dòng)閘閥、流量計(jì)量閥裝置、通風(fēng)輸送斜槽、帶鋼絲繩的電機(jī)、全自動(dòng)散裝機(jī)（含3D掃描裝置）、內(nèi)外筒散裝伸縮頭和智能控制系統(tǒng)等部件構(gòu)成。水泥庫卸料裝置由手動(dòng)閘閥、充氣分料箱、氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)流量閥和輸送斜槽組成。自動(dòng)散裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。（1）手動(dòng)閘閥。這是防止水泥庫內(nèi)物料外泄的第一道關(guān)卡，供檢修、維護(hù)、故障處理或其他需要使用，如在處理庫內(nèi)因潮濕等原因形成的結(jié)塊堵塞物料流通路徑時(shí)使用。（2）充氣分料箱和氣動(dòng)閘閥。氣動(dòng)閘閥實(shí)際應(yīng)用中也有截止閥的作用，可以對(duì)正在流動(dòng)的流體進(jìn)行切斷或者節(jié)流，它可以根據(jù)控制指令自動(dòng)啟停，氣缸工作氣源為壓縮空氣。充氣分料箱是由羅茨風(fēng)機(jī)提供氣源，其作用是助流活化物料，使物料順利、快速地通過料箱。氣源（羅茨風(fēng)機(jī)）現(xiàn)場安裝如圖2所示。圖1自動(dòng)散裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2羅茨風(fēng)機(jī)（3）流量計(jì)量閥裝置。用于控制物料流量。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按控制裝置指令實(shí)時(shí)調(diào)控流量閥開度（閥位），達(dá)到在給料量滿足裝車速率要求的同時(shí)，穩(wěn)定物料實(shí)時(shí)流量的目的。控制系統(tǒng)顯示屏上有閥位給定和反饋，顯示流量PID控制的執(zhí)行狀態(tài)，通過流量閥的位置給定和反饋可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)流量閥是否存在故障。流量閥閥位反饋可以顯示流量閥的啟停狀態(tài)，“1”為流量閥全開，“0”為流量閥全關(guān)。當(dāng)流量閥閥位給定和反饋數(shù)值相差過大時(shí)，可能出現(xiàn)了流量閥堵轉(zhuǎn)或流量閥故障，需要及時(shí)停機(jī)處理。（4）通風(fēng)輸送斜槽。要求斜槽安裝角度不小于3°，不大于15°。輸送斜槽是物料的通行路徑，斜槽上面為物料，下面為流動(dòng)的空氣，在流動(dòng)空氣的作用下通過一個(gè)有一定坡度的斜槽來助流活化和輸送物料。通風(fēng)輸送斜槽（含氣動(dòng)破碎機(jī)）如圖3所示。圖3通風(fēng)輸送斜槽（5）帶鋼絲繩的電機(jī)。該電機(jī)是用來上提和下放伸縮散裝頭的裝置，電機(jī)提供動(dòng)力，鋼絲繩作為牽引媒介。因?yàn)檎麄€(gè)散裝裝置機(jī)架是固定的，所以上限位固定，下限位是不固定的，其根據(jù)車輛的高低和車輛進(jìn)料口的位置而定，以此達(dá)到裝車的目的。（6）含3D掃描裝置（視頻定位系統(tǒng)）的全自動(dòng)散裝機(jī)。散裝機(jī)之中鑲嵌的轉(zhuǎn)子秤是整個(gè)機(jī)構(gòu)的靈魂，一定量的物料流體進(jìn)入圓盤形狀的轉(zhuǎn)子秤，在轉(zhuǎn)子秤里的葉輪不斷旋轉(zhuǎn)的作用下，物料流體在進(jìn)料口至出料口半圓周內(nèi)均勻地流動(dòng)，控制喂料轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)流量。因?yàn)檎麄€(gè)轉(zhuǎn)子秤的秤體是類似天平的一種機(jī)構(gòu)，此時(shí)可以將轉(zhuǎn)子秤形象地看為有左右兩個(gè)托盤的天平，秤體一側(cè)有物料，另一側(cè)沒有物料，這就會(huì)使轉(zhuǎn)子秤失去平衡，物料的重量就會(huì)由稱重傳感器檢測送入控制儀表，同時(shí)也會(huì)把檢測到的物體的流動(dòng)速度信號(hào)一并反饋，經(jīng)集成處理后可以得到瞬時(shí)流量及物料累計(jì)量。視頻定位系統(tǒng)是在每一個(gè)散裝庫安裝兩臺(tái)攝像頭、一臺(tái)無線路由器和一臺(tái)平板電腦。轉(zhuǎn)子稱重裝置如圖4所示。（7）內(nèi)外筒散裝伸縮頭。兼具下料和收塵的作用。與散裝伸縮頭連接的收塵器更加的高效、智能和多元化，在達(dá)到良好收塵效果的同時(shí)，也降低了的轉(zhuǎn)子秤在計(jì)量過程中的誤差。收塵器與計(jì)量秤通過的物料量通過電氣軟聯(lián)鎖連接，根據(jù)轉(zhuǎn)子秤出來的物料量在通過伸縮筒時(shí)可以智能感應(yīng)，此時(shí)，收塵器中的變頻器根據(jù)下料的反饋信號(hào)來控制收塵器中風(fēng)力的大小，節(jié)能降耗效果顯著。圖4轉(zhuǎn)子稱重裝置結(jié)構(gòu)示意（8）控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)程序控制和PLC控制是散裝控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，它們集成在控制柜中?？刂乒駜?nèi)集中了與控制有關(guān)的電氣設(shè)備，如PLC、人機(jī)界面操控屏、變送器、變頻器、斷路器、接觸器、隔離變壓器、開關(guān)電源和繼電器等，可以完成物料計(jì)量、智能裝車等作業(yè)流程。散裝機(jī)現(xiàn)場安裝如圖5所示。圖5散裝機(jī)2.2工作原理2.2.1伺服控制原理散裝控制系統(tǒng)采用PLC控制，傳感器采集的信號(hào)傳輸?shù)阶兯推鳎?jīng)其處理，將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可編程控制器能夠接受的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由PLC和計(jì)算機(jī)程序控制完成運(yùn)算、判定、補(bǔ)償、設(shè)定、調(diào)節(jié)、顯示等任務(wù)。PLC還完成對(duì)附屬設(shè)備的順序智能控制。2.2.2操作介紹帶有觸摸屏的散裝現(xiàn)場控制箱上有“上升”“下降”“開始裝車”“停止裝車”“急?！蔽鍌€(gè)按鈕。觸摸屏可以顯示實(shí)時(shí)車重和裝車量。若需關(guān)閉主控柜電源，應(yīng)先在觸摸屏“操作畫面”按“停機(jī)”鍵，待開關(guān)變紅后，再拉下主控柜內(nèi)的總電閘。特別注意，主控柜上的“急?！遍_關(guān)可同時(shí)停下除計(jì)量秤以外的電氣設(shè)備，只在出現(xiàn)緊急狀況下使用。菜單畫面和散裝操作頁面如圖6所示。圖6菜單畫面和散裝操作頁面操作界面左側(cè)為散裝系統(tǒng)的各種配套設(shè)備的運(yùn)行啟停狀態(tài)。這部分需要設(shè)備管理和使用者特別熟悉，貨車司機(jī)不可點(diǎn)擊操作。主要有兩個(gè)按鈕鍵并伴有指示燈，當(dāng)指示燈顯示綠色，表示系統(tǒng)全部功能開啟；指示燈顯示紅色，表示系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)。開機(jī)時(shí)系統(tǒng)會(huì)伴有一段時(shí)間的“熱身”狀態(tài)，這段時(shí)間的長短在系統(tǒng)參數(shù)中已經(jīng)設(shè)置好，一般不做修改，當(dāng)指示燈顯示為綠色后，方可進(jìn)行下一步操作——開啟計(jì)量秤重設(shè)備，特別注意，轉(zhuǎn)子秤是單獨(dú)啟停的，不與系統(tǒng)聯(lián)鎖。當(dāng)“裝車啟?！憋@示啟動(dòng)后，系統(tǒng)將按順序依次啟動(dòng)收塵器、破碎機(jī)、斜槽風(fēng)機(jī)、助流風(fēng)機(jī)、流量閥、開關(guān)閥；停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)將以啟動(dòng)順序的反向順序依次停機(jī)。2.2.3計(jì)量秤原理計(jì)量裝置主要采用了科里奧利力的慣性原理來進(jìn)行計(jì)重，這也是此類轉(zhuǎn)子秤重設(shè)備的優(yōu)勢所在。物料在這個(gè)必經(jīng)之路的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)空間中，由于物料本身具有慣性，就有沿原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢。此時(shí)將旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)的空間看作參考系，則可將物料看作只做直線運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，這個(gè)空間的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)頻率是固定不變的，所以其角速度是一個(gè)固定的常數(shù)，而物料在此空間中受到的假想的科里奧利力只與其質(zhì)量和流速有關(guān)，其質(zhì)量流量就是體積流量和介質(zhì)密度的乘積，體積流量則是流動(dòng)速度與管道橫截面積的乘積。最后通過計(jì)算機(jī)軟件換算即可求出水泥物料的重量?？评飱W利力為，其中m代表質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，為標(biāo)量；ω為參考系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，為矢量；V為質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，為矢量。其計(jì)量原理圖示如圖7所示。其中角速度ω的方向是人為根據(jù)右手螺旋定則規(guī)定的，O點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)參考系的中心點(diǎn)，a、b均代表旋轉(zhuǎn)參考系中的物料質(zhì)點(diǎn)，箭頭代表各矢量的方向。一般情況下，細(xì)粉末狀物料在風(fēng)力作用下的運(yùn)動(dòng)可作流體計(jì)算處理。以科里奧利力為原理的測量質(zhì)量流量設(shè)備，通過比體積換算后進(jìn)行差值計(jì)算，使得計(jì)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度更高。其計(jì)量的核心部件是質(zhì)量流量控制器，它就是采用科里奧利力計(jì)量原理，運(yùn)用感熱式測量，通過模擬電壓、電流或者串行通訊輸出流量值。它不會(huì)因?yàn)闅怏w溫度、壓力的變化而影響到測量的結(jié)果。質(zhì)量流量計(jì)控制器是一個(gè)較為準(zhǔn)確、快速、可靠、高效、穩(wěn)定、靈活的流量測量儀表。本身除了測量部分，還帶有一個(gè)電磁調(diào)節(jié)閥或者壓電閥，這樣質(zhì)量流量控制本身構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，用于控制物料的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量控制器的設(shè)定值由計(jì)算機(jī)和PLC支持。本計(jì)量裝置具有高精度的計(jì)量結(jié)果，可以消除零點(diǎn)漂移現(xiàn)象和溫度變化對(duì)精確測量密度造成的較大誤差。圖7科里奧利力計(jì)量原理圖示點(diǎn)動(dòng)確認(rèn)測量盤（位于計(jì)量秤內(nèi)，通過秤體上檢視孔觀察）轉(zhuǎn)向是否正確，俯視逆時(shí)針轉(zhuǎn)向是正確方向；假如多車出現(xiàn)誤差較大情況時(shí)需要對(duì)計(jì)量裝置重新標(biāo)定，即：新流量系數(shù)=舊流量系數(shù)×過磅重量/計(jì)量重量，若設(shè)舊流量系數(shù)為f，散裝車本次裝車過磅凈重為a噸，計(jì)量重量為b噸。套用標(biāo)定公式得：新流量系數(shù)u=fa/b。需要特別注意的是計(jì)量秤開機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行至少10min以上（為了使電子秤電路系統(tǒng)的電子元件達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)），方可開機(jī)裝車。3、應(yīng)用優(yōu)勢本系統(tǒng)采用集成控制，操作簡單。操作人員可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的熟悉和應(yīng)用。具有完整的數(shù)據(jù)處理和管理系統(tǒng)，內(nèi)容包括散裝過程控制、實(shí)時(shí)散裝量監(jiān)控、散裝動(dòng)態(tài)總量累計(jì)、裝車記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、報(bào)警記錄、支持?jǐn)?shù)據(jù)上傳等。本系統(tǒng)也可配備遠(yuǎn)程服務(wù)，可以把傳統(tǒng)本地裝車為中控DCS控制，進(jìn)一步減少現(xiàn)場操作人員及工作強(qiáng)度。裝車記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)表頁面如圖8所示。圖8裝車記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)表頁面本散裝機(jī)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在斷電時(shí)也會(huì)保存之前的數(shù)據(jù)，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，散裝設(shè)備控制單元與刷卡識(shí)別系統(tǒng)直接相連，裝車數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸和共享；適用于水分小于5%、粉末顆粒直徑不大于5mm的物料；在零下20℃、零上60℃和相對(duì)濕度不大于95%的自然環(huán)境下均可正常工作；臺(tái)時(shí)產(chǎn)量高，其計(jì)量上限可達(dá)250t/h。其在行業(yè)的普及，未來可期。全自動(dòng)散裝機(jī)完成了對(duì)粉末狀物料的連續(xù)、穩(wěn)定、均勻給料。由日常監(jiān)測的45t散裝裝車重量數(shù)據(jù)為模型，對(duì)其計(jì)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行誤差比對(duì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖如圖9所示。圖945t散裝水泥出廠重量檢測由實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出，其測量值在實(shí)際值上下浮動(dòng)，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。通過計(jì)算分析可以得出整組數(shù)據(jù)方差為8.7×10-6，因此可以看出其方差特別小，數(shù)據(jù)之間偏離量較少、離散程度低，整體來看，