无尘精确计量技术浅析

    “无尘化作业”、“精确计量”这两个指标已被广泛使用在各个领域。在锂离子材料的智能生产线中，进入高混机前的配料工序、包覆系统的称量配料工序、中间转运和成品分装工序等都需要用到“无尘作业技术”和“精确计量技术”。“无尘作业技术”解决生产过程中的粉尘飞扬问题，保护生产环境及操作人员的身体健康，为企业减少了物料浪费、降低了维护成本；“精确计量技术”解决配料过程中加料的速度和精度，使物料配比更加稳定、均匀，保证生产质量，提高产品一致性。两种技术相互影响、相互支持，尤其是在两种或者多种粉末物料的配比工序中，两种技术更是不可或缺，我们称之为“无尘精确计量技术”。
无尘精确计量技术是现代化机电一体化的高科技技术，其关键点在于系统的计量结构型式、计量控制模式及计量过程中的无尘化控制。下面对这几个方面进行描述和分析。
1  计量结构型式
计量结构有多种型式，比较常用的有：夹管式、螺旋式、电磁振动式等。
1.1  夹管式计量
夹管式计量，是一种新型的计量型式。其计量简单、实用，计量速度稳定，计量精度高，可适用多种类型的粉末类物料。其原理是采用硅胶夹管型式作为计量放料机构，通过控制夹管的打开量来控制物料的落料量。初始计量时，计量夹管全部打开，物料通过自重以最大的速度落料；中段计量时，当重量达到中段设定重量时，计量夹管关闭一部分，缩小落料空间，减少落料速度；最终段计量时，当重量达到终段设定重量时，计量夹管继续缩小，并根据设定程序随时调整，直到计量重量完全达到设定重量为止。
该种计量型式，在制药行业及部分化工行业已经被广泛应用，并已经被申请为专利技术。其配合真空输送系统、自动控制系统等已经被开发出多种计量产品，如小袋包装计量、吨袋分装计量等，右图为25kg计量分装系统。

在电池材料计量分装领域，应用该种类型的计量结构，不会对物料质量产生不良影响，计量精度高，计量稳定，在小袋计量和吨袋分装应用中都是很好的选择。

1.2  螺旋式计量
该种计量型式是采用螺旋片旋转，对物料进行推送。螺杆每旋转一圈，则推送一导程容积的物料。根据螺旋杆导程设计不同，则每圈推送的物料容积不同。控制系统通过控制螺旋旋转速度来控制螺杆计量推送物料速度。
其优点是控制简单，设计原理简单。其缺点是拆卸维护螺旋杆麻烦。最关键的是其推送物料过程中，螺旋片一直在与物料进行摩擦，容易造成螺旋片损坏。尤其是硬度比较大的物料，更容易磨损螺旋片。在电池行业中，电池正极材料有的硬度就比较大，现在多采用喷涂碳化钨的方式进行硬度涂层技术加强，减少磨损量和损坏周期。
1.3  电磁振动式计量
该种计量型式是采用电磁激振力使振动槽高频振动，对物料进行推送。控制系统通过控制激振力的大小和频率来控制计量推送物料速度。其优点是控制简单，设计原理简单。其缺点是计量精度不是很高，而且由于其使用时需要振动，上下连接密封不方便。在电池行业中，很少使用这种计量型式，在其他输送喂料领域，其应用比较广泛。
2  计量控制模式
2.1  称重仪表自控
称重仪表具有采集重量信号并进行处理、发出相应控制信号的功能，安装调试方便。其适合于单一物料，无需参数调整和数据记录的使用场合。称重仪表发出的信号可直接控制计量机构的起停动作来控制完成物料的下落动作。如果精度要求不高，且无需数据存储记录，这是一种简单、高效的计量控制方式。
2.2  PLC控制
PLC控制能够实现高度灵活、高可靠性的工业控制。其通过程序算法及称重模块反馈的重量信号，并与设定重量进行对比，然后执行设定程序动作，来精确控制计量机构的计量动作。
该种控制系统可存储、传输和打印计量数据，可与DCS系统进行信息通讯，方便高效管理，是比较常用的控制模式。
3  计量过程中无尘化控制
为了使在计量进料和落料过程中达到无尘化作业，需要对进料、出料过程进行密闭连接。常用的密闭连接型式为：软连接，例如布袋软连接、硅橡胶软连接；管道连接，例如PVC管道连接、PU管道连接等。这些方式各有优缺点，例如，比较细的物料，布袋密封不彻底，还可能产生漏粉现象；硅橡胶软连接密封，管道软连接密封，其密封性好，但对计量精度影响很大。那么，有没有既能控制粉尘飞扬，又能不影响计量精度的方法呢，答案是肯定的。
气流密封技术是一种非接触式密封。既能保证高精度的计量，又利用负压气流，完美的控制了粉尘飞扬现象。其实际使用时，计量结构与计量料仓不接触，计量料仓通过称重模块进行支撑，当需要计量时，计量机构进行下料动作，物料进入计量料仓，记录计量数据，直达到设定重量为止。计量下料产生的粉尘通过气流密封负压结构吸收，并重新放回料仓内，既不产生物料的浪费，又有效的保证了计量时无粉尘飞扬现象。
以上对“无尘精确计量技术”进行了简单的分析，使用者能够对计量型式和计量模式都有一个大概的了解。当然，计量结构及型式还有很多其他型式，虽然没有以上几种型式那样常用，但也在某些领域起着关键作用。另外，称重计量还可以分为增重计量和减重计量。增重计量，即计量重量在不断增加，直至增加到设定重量后完成计量动作。减重计量，即计量重量不断减少，直至减少到设定重量后完成计量动作，而放出的重量即为需要的重量。一套完整的计量系统是一个比较复杂的系统，其计量动作也是在不断的变化和调整之中，这样才能达到预期的计量效果。
要想设计一套完整的、符合实际物料的无尘计量系统，需要在充分了解物料特性的前提下，采用最优的计量结构、控制模式，并控制计量过程中的粉尘飞扬。作为无尘化作业的领头企业，北京长峰金鼎科技有限公司经过多年的研发和实践，开发了先进的无尘计量分装系统。其主要特点为：
采用气流密封技术，避免粉尘泄漏，防止污染环境。
引进windows系统的操作概念，建立友好的人机操作界面。
应用先进的动态控制理论，建立高效、高精度生产模式。
系统具有自动检测硬件功能，预先排除设备隐患，保证生产顺利进行。
可扩充功能:与ERP系统连接、生产数据报表、数据记录和电子签名等。
系统集成化程度高，可与上下游设备集成对接。
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