Микровзвешивание составных ингредиентов Первая дистанционно управляемая автоматическая система взвешивания, установленная для резиновых смесей, была установлена примерно в 1955 году. Весовое оборудование состояло из рычагов механических весов, соединенных с циферблатными индикаторами, с узлами потенциометров, установленными на шпинделях циферблата, и простой схемой моста Уитстона, активирующей электродвигатель. механические реле для управления подачей материала. Эта первая система и несколько последующих включали автоматизацию подачи и взвешивания сажи и масел, при этом запасы полимеров загружались вручную на ленточный конвейер, установленный на механических/циферблатных весах. Управление последовательностью циклов взвешивания и загрузки смесителя осуществлялось с помощью цилиндра с приводом от двигателя, имеющего регулируемые грязесъемные контакты для управления переменными параметрами системы.
Первоначально не было предпринято никаких попыток автоматизировать микроингредиенты. В этой статье будут рассмотрены проблемы, с которыми столкнулись многие попытки, предпринятые в области автоматизации микроингредиентов (которые следует рассматривать как опыт обучения), и в заключение будет приведено описание новейшего доступного оборудования, которое обеспечивает оптимальное решение этих проблем. Определение терминов Всякий раз, когда речь идет об автоматическом взвешивании, используются термины, которые могут ввести в заблуждение, если они не определены.
* Точность. Для этой презентации точность означает фактическое количество материала, введенного в процесс. Поскольку целостность всей партии зависит от фактического количества каждого ингредиента в партии, все остальные переменные в системе взвешивания должны регулироваться или контролироваться, чтобы фактическое количество было как можно ближе к количеству, полученному в лаборатории.
* Резолюция. Этот термин используется по отношению к элементу датчика/преобразователя веса в системе и определяет наименьшее применимое приращение, которое может генерировать сигнал веса, используемый для отображения и управления. * Повторяемость.
Одно дело иметь возможность предоставить автоматизированную систему, которая некоторое время контролирует фактор точности, но успешная система приемлема только тогда, когда точность присутствует почти все время. Способность системы последовательно поражать цели точности называется повторяемостью. * Вес нетто.
Это используется при взвешивании партиями, когда один или несколько материалов подаются в бункер, установленный на узле датчика/преобразователя нагрузки, с автоматическим повторным обнулением системы между взвешиваниями отдельных материалов. Этот метод отличается от потери веса или веса путем вычитания, которые более подробно описаны ниже. Первоначальные попытки автоматизации взвешивания микроингредиентов Поскольку несколько типов технического углерода подавались шнековыми дозаторами и успешно автоматически взвешивались в общем весовом бункере, соединенном с задней частью смесителя через сливной патрубок, в первоначальных попытках взвешивания микроингредиентов использовалась уменьшенная версия то самое понятие.
Единственная разница заключалась в том, что из-за физических ограничений компоновки нижний носик располагался сбоку смесителя. При использовании этого метода нетто-взвешивания довольно быстро стали очевидны несколько серьезных проблем, в том числе ограниченное количество материалов, с которыми можно было работать, тот факт, что некоторые материалы, такие как сера и оксид цинка, прилипали к стенкам весового бункера и сливному патрубку, ограничение разрешения одной части: 1000, приводящее к минимальной точности, влияние вибрации на механическое торговое оборудование, а также затраты на наличие одной из этих систем на смеситель привели к очевидному выводу, что это нежизнеспособный способ автоматизации микропроцессоров. взвешивание ингредиентов. После этих первых попыток автоматизации в центре внимания стали проблемы в категориях точности, обращения с материалами и стоимости.
Внедрение технологии тензодатчиков Одно из основных усовершенствований в инструментальном аспекте системы стало возможным благодаря внедрению тензодатчиков с электронными тензометрическими датчиками вместо механических рычагов и циферблатов. Это привело к разрешающей способности одной части: 5000 с возможностью электронного демпфирования и фильтрации для лучшего контроля вибрации. Эта новая технология обеспечила некоторые «квантовые скачки» в области точности, одной из основных проблемных областей, требующих решения.
Весоизмерительные датчики также открыли новые возможности в области управления вводом формулы за счет использования аналого-цифровых и цифро-аналоговых устройств. Цифровые колесики и перфокарты стали приемлемым способом контроля рецептуры, а запись данных стала реальностью. Однако две другие проблемные области автоматизации микроингредиентов, а именно аспект обработки материалов и общая стоимость системы, не были решены этим обновлением оборудования.
Попытки решить проблемы обращения с материалами С разработкой листового материала с низким индексом плавления, который можно было бы использовать для изготовления пакетов, возникла идея, что помещение микроингредиентов в этот тип пакета и опускание всего пакета в смеситель устранит много проблем. проблемы с залипанием, которые изначально возникали в концепции обычного весового бункера, были опробованы изначально. Это привело к осознанию того, что наполнение мешков в центральном месте позволит одной системе обслуживать несколько линий смесителей, что поможет оправдать затраты на автоматизированную систему. Но это оставило проблему, как лучше всего заполнить мешки.
Было опробовано приготовление предварительных смесей маточной смеси, при этом предварительно смешанная партия транспортировалась на единые весы, которые будут использоваться для заполнения мешка через один наполнительный патрубок. Первоначально использовался оператор, стоящий у наливного патрубка, укладывающий пустые мешки и запечатывающий заполненные мешки. Следующим шагом стала попытка заменить оператора автоматической системой обработки мешков.
Был использован один тип, в котором использовались пакеты, соединенные через язычок и вытянутые из коробки в виде веера, а следующей попыткой было использование системы формования/наполнения/запечатывания, в которой трубный материал брался из рулона, пакет формировался и наполняется предварительной смесью и запаивается, образуя дно следующего мешка. С точки зрения обработки мешков эти машины работали очень хорошо. Однако старая проблема обращения с материалами снова подняла свою уродливую голову.
Предварительно перемешанные партии не были абсолютно однородными на выходе из преблендера, а транспортировка партий из блендера на станцию розлива вызывала сегрегацию, в результате чего не было возможности обеспечить правильность пропорций материалов. которые скармливали в мешках. Использование весов нетто над загрузочным носиком этих автоматических машин для обработки мешков не устранило проблему обработки материалов, связанную с застреванием смешанных материалов в весовом бункере и носике для мешков. Контроль потери веса Примерно в то же время, когда были внедрены легкоплавкие мешки и автоматическая обработка мешков, была разработана новая концепция взвешивания, называемая потерей веса.
Хотя вы, вероятно, знакомы с этим термином, вкратце он означает, что весовой бункер и узел питателя установлены на платформе весов, весовой бункер заполняется из верхнего питающего бункера, а после тарирования (повторного обнуления общего груза) ), питатель работает для взвешивания (или взвешивания путем вычитания) необходимого количества партии. Основное преимущество этого типа контроля веса заключается в том, что нет весового бункера или контактной поверхности, к которой могут прилипать какие-либо материалы после их взвешивания, что приводит к гораздо большей точности взвешивания обрабатываемого материала. Однако проблема наличия одной наливной горловины с автоматической системой обработки мешков не устраняла уже упомянутые проблемы сегрегации и неоднородности смеси.
Все, что сделал этот раствор, это поместил в мешок более точное количество неизвестных количеств смеси. На этом этапе развития кормления с потерей веса все еще существовали некоторые недостатки, одним из которых было очень большое отношение статической нагрузки к реальной нагрузке бункера и питающего оборудования в зависимости от фактического количества взвешиваемого ингредиента. Это потребовало разработки какого-либо метода компенсации статической нагрузки с помощью механического устройства, чтобы можно было использовать тензодатчик с грузоподъемностью, близкой к максимальному весу, необходимому для любой данной партии.
К этому времени, однако, технология тензодатчиков и контрольно-измерительные приборы расширились до такой степени, что стало доступно разрешение 1:10 000, поэтому технологическая тенденция была в направлении обеспечения большей точности. Еще одним недостатком использования контроля потери веса был тот факт, что для каждого ингредиента требовался собственный бункер подачи, устройство подачи пополнения и система весов, что приводило к тому, что цены на систему с несколькими ингредиентами доходили до точки, когда ее было трудно оправдать. Несмотря на то, что фактор точности в автоматизированной системе был направлен в правильном направлении, требования к некоторым химическим веществам, которые должны были использоваться в доступных комбинациях дозатора/весов, были таковы, что эти системы все еще не соответствовали уровню, при котором все требования могли бы выполняться. быть довольным.
Из-за характеристик погрузочно-разгрузочных работ большинства используемых ингредиентов требуются шнековые питатели. Питатели обычного типа, использующие двухскоростное управление приводом, обеспечивают передаточное отношение (скорость быстрой подачи к скорости медленной подачи) всего приблизительно 50:1; и хотя питатель работал медленнее при скорости капель, объемная пропускная способность не меняется, что приводит к большому количеству материала, с которым приходится иметь дело по завершении взвешивания. Конечно, этот фактор не так критичен при контроле потери веса, как при взвешивании нетто, но он все же является важным фактором, учитывая инерцию системы взвешивания во время подачи и отключение потока материала по завершении взвешивания.
Поколение преобразователей и фидеров «современного» Все, что обсуждалось до сих пор, было справочной информацией, ведущей к доступному сегодня оборудованию, которое способно решать все задачи, включая точность, обработку материалов и стоимость, которые до сих пор ускользали от полных решений. . Сначала давайте рассмотрим преобразователи, которые используются. Вибрационные проволочные или тензометрические датчики по-прежнему имеют ограничения в диапазоне разрешения 1:10 000 частей, и, хотя имеется доступный датчик на основе гироскопа, который имеет гораздо более высокую разрешающую способность, его очень сложно реализовать в приложениях динамического взвешивания.
Это приводит нас к доступному преобразователю, называемому типом восстановления магнитной силы. Это устройство запускается в нулевой точке баланса, и по мере приложения нагрузки ток, необходимый для возврата катушки преобразователя в эту нулевую точку, может быть измерен очень точно, в результате чего весовой датчик имеет полезное разрешение и возможности отображения 1:120 000. Этот тип преобразователя доступен уже сейчас, он встроен в платформу весов размером 600 x 750 мм (23.
Например, 6 дюймов x 29,5 дюймов, что достаточно для установки узла бункера / питателя, что приводит к весу потери веса с грузоподъемностью 240 кг (529,2 фунта), который может считываться с точностью до 2 граммов. (.
004 фунта или 0064 унции). Кроме того, благодаря гибкой конструкции, включенной в эту платформу весов, можно предварительно загрузить эти весы до 65 кг (143 фунта), чтобы компенсировать «статическую нагрузку» узла бункера и питателя, не разрушая временную нагрузку. емкости и удобочитаемости, как упоминалось ранее.
С помощью этой новой технологии сигнал веса с платформы весов можно легко преобразовать в формат RS232 для взаимодействия практически с любым микропроцессором или микрокомпьютерным устройством. Однако для того, чтобы воспользоваться преимуществами этого нового уровня возможностей датчика/преобразователя веса, необходимо использовать новую конструкцию питателя, которая имеет гораздо более высокий динамический диапазон, чем те, которые были доступны ранее. Поскольку подача шнеком по-прежнему требуется (из-за характеристик обработки обрабатываемых ингредиентов), ответом является использование двухскоростного управления приводом с двумя шнеками разного диаметра.
Запуск обоих шнеков с высокой скоростью подачи в течение большей части цикла подачи, а затем запуск только шнека малого диаметра с гораздо более низкой скоростью для цикла капельной подачи приводит к передаточному коэффициенту, приближающемуся к 500:1, устраняя ранее описанный проблемы со скоростью подачи как точка отсечки. Опытным путем было установлено, что точность взвешивания, когда питатель соответствующего размера и типа установлен на платформе весов надлежащего размера, будет не более плюс-минус 3 деления разрешающей способности. Из этого ввода видно, что нельзя ожидать точности в диапазоне до 10 кг.
(22,05 фунта) до плюс-минус 6 г.
(.01 фунт.).
После решения проблем с обработкой материалов, доступности возможностей точности для удовлетворения сегодняшних требований к компаундированию и на основе использования мешков с низкой температурой расплава в качестве лучшего метода обеспечения того, чтобы нужное количество нужного материала попадало в компаунд, единственное, что осталось это лучший способ заполнить сумки. На рис. 1 показана оптимальная система, включающая в себя все современные технологии. Хотя показаны только три станции потери веса, возможно неограниченное количество станций, поскольку они расположены в ряд по обеим сторонам контейнерного конвейера, длина которого может быть любой.
Каждая весовая платформа установлена на переносной подставке, так что их можно расположить по мере необходимости, и, при необходимости, различные единицы емкости можно перемещать в нужное положение по мере изменения рецептур. Кроме того, на каждой платформе весов имеются перевернутые V-образные направляющие, а под каждым узлом бункера/податчика находятся колеса с V-образными канавками, что позволяет разместить любой бункер/податчик на любой станции весов. При таком расположении можно использовать минимальное количество весов (именно здесь достигается экономия средств), а большое количество узлов бункер/питатель можно хранить в удобном месте и устанавливать на место по мере необходимости.
Наличие бункера/податчика, предназначенного для определенного материала, также экономит время на очистку и устраняет возможность загрязнения, если один бункер/питатель используется для более чем одного материала. Под разгрузочными патрубками подкатных питателей находится конвейерный узел, состоящий из равноудаленных друг от друга контейнеров, в которые укладываются пустые мешки. Расстояние между узлами питателя потери веса будет совпадать с осевыми линиями этих контейнеров; конвейер будет управляться таким образом, что они будут автоматически индексироваться по одному приращению за раз.
Когда цикл индексации завершается, все весы отвешивают необходимое количество непосредственно в сумку, при этом формулы сохраняются в памяти микрокомпьютера, управляющего всей системой. Благодаря тому, что количество весовых платформ равно максимальному количеству ингредиентов, когда-либо помещаемых в смесь, а количество переносных бункеров/кормораздатчиков равно общему количеству когда-либо использованных ингредиентов, перемещение этих узлов в нужное положение обеспечивает неограниченную гибкость и возможность комбинаций ингредиентов. С этим типом системы взвешивания микроингредиентов один оператор стоит в конце узла транспортировки контейнеров, чтобы поместить пустые мешки в контейнеры, расположенные перед ним, а также вынимает заполненные мешки по мере их прибытия, термосваривает. их и размещает на поддоне или в контейнере типа тотализатор для доставки на смесительные станции.
Хотя это и не показано на справочном чертеже, пылеулавливание встроено в систему путем размещения точек «сбора» пыли в месте разгрузки питателя на каждой весовой станции. Конечно, с помощью современных цифровых технологий все, что происходит на линии наполнения мешков, может быть записано, и в качестве дополнительной защиты может быть обеспечена надежная идентификация промышленного бесконтактного выключателя, так что система не будет работать, если материалы, которые требуются в формулы находятся в положении на платформе весов. В качестве окончательной проверки того, что в каждую партию смесителя было введено надлежащее количество материала, заполненные мешки можно поместить на автоматический конвейер с индексацией мешков сбоку от входного бункера смесителя, а весовую платформу можно расположить на выходе. конце этого конвейера, чтобы поймать и взвесить вес мешка непосредственно перед его выгрузкой в бункер миксера.
Этот тип устройства делительного конвейера устраняет необходимость в том, чтобы оператор находился у смесителя в точное время цикла смесителя, а контроллер смесителя может индексировать конвейер мешков в нескольких точках цикла, если это необходимо для сложных смесей. Заключение Сегодня правильное применение современных методов обработки материалов, измерения веса и обработки мешков позволяет удовлетворить строгие требования взвешивания микроингредиентов для резиновых смесей.
