飼料廠的配料系統(tǒng)(一)

褚慎強

摘? 要：在飼料生產(chǎn)的整個加工鏈中，配料系統(tǒng)作為產(chǎn)品配方實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，對技術(shù)配方的量產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。量產(chǎn)產(chǎn)品的配比能否再現(xiàn)技術(shù)配方的理念，配料系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標的重要前提，該過程的重要性對于一些添加量小的組分尤為突出。添加量越小的組分，其體現(xiàn)在配方中的撬棒效應(yīng)越大，配制過程中的偏差所造成的后果就越嚴重。如何將配方精確地還原，是配料工藝一直以來的進步方向。本文從配料系統(tǒng)的選擇、配料秤的校準、配料系統(tǒng)中的氣流平衡控制、配料秤的軟連接管理、飼料加工過程中配料次序?qū)ε淞暇鹊挠绊憥讉€方面，分享了飼料廠配料系統(tǒng)中的配料秤在選擇、使用、維護等過程中可能面臨的一些問題及注意事項。

關(guān)鍵詞：配料秤；配料精度；配料工藝

中圖分類號：S817.12 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1001-0769（2024）01-0073-07

飼料廠生產(chǎn)不同配方的產(chǎn)品，需要對不同品種的原料進行不同比例的配比、加工。隨著加工業(yè)的不斷發(fā)展，人工配料逐漸被機械化、自動化配料所替代。自動化配料設(shè)備通常以電腦（俗稱“微機”）作為其控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以按照預(yù)設(shè)的比例和順序，將各種原料自動混合，以滿足飼料產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。本文從配料系統(tǒng)的選擇、配料秤的校準、配料系統(tǒng)中的氣流平衡控制、配料秤的軟連接管理、飼料加工過程中配料次序?qū)ε淞暇鹊挠绊憥讉€方面，分享了飼料廠配料系統(tǒng)中的配料秤在選擇、使用、維護等過程中可能面臨的一些問題及注意事項。

1? 飼料廠配料系統(tǒng)的選擇

飼料的配料計量是指按照預(yù)先設(shè)計的飼料配方的配比要求，采用相應(yīng)的計量系統(tǒng)，對不同品種的物料進行稱量的工藝過程。人們平時說的飼料配料計量系統(tǒng)，是指以配料秤為核心，通過料倉、配料秤、喂料器等設(shè)備，實現(xiàn)物料的供給、稱量及排料的系統(tǒng)。目前，電子配料系統(tǒng)在配料速度、精度、多功能以及易用性方面具有優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代飼料廠中典型的配料計量裝備。電子配料系統(tǒng)質(zhì)量的好壞會直接影響到飼料產(chǎn)品的品質(zhì)、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。

預(yù)混料加工企業(yè)的配料工序一般由兩部分組成：一是大宗原料的配制，二是添加量較小原料的配制。目前，許多飼料廠為了實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提高配料的精度，已基本放棄人工配制大宗原料的作業(yè)方式。而添加量較小的原料由于品種多、添加量小、原料易結(jié)塊、易黏倉、易發(fā)生化學反應(yīng)等原因，仍然較多地采用手工配料方式。

飼料廠使用的電子配料系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求：

（1）具有足夠的稱量準確度和配料準確度。

（2）具有良好的穩(wěn)定性與不變性，實現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)、準確的配料計量。

（3）具有良好的適應(yīng)性、優(yōu)良的抗干擾性能。

（4）便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和生產(chǎn)管理的自動化。

（5）結(jié)構(gòu)簡單，價格低，耐用，故障少且維護方便。

在選擇配料秤時，配料精度作為人們最關(guān)注的技術(shù)指標，與配方所使用的原料、工廠所在地的氣候等因素均密切相關(guān)，所以在選擇前需要充分考慮這些因素的影響。

影響配料系統(tǒng)精度的常見因素如下：

（1）喂料器的口徑和轉(zhuǎn)速。自動配料系統(tǒng)的配料速度取決于物料特點、配料量、工藝要求等因素，在確定配料速度前，應(yīng)充分考慮這些因素。為滿足配料速度快的要求，通常會配備較大口徑的喂料器和較快的喂料速度。雖然大口徑的喂料器相應(yīng)加快了喂料速度，但也會制約配料精度。因此，可以考慮多個喂料器并行，或使用變頻器。

（2）稱量精度控制。影響自動配料系統(tǒng)稱量精度的因素包括稱量儀表、稱量方式、粉體粒度、粉體特性等。因此，在設(shè)計自動配料系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮這些因素。

（3）溫度和濕度的影響。由于重量傳感器對溫度、濕度有一定的敏感性，提供相對較為適宜、恒定的環(huán)境有利于提高配料精度。

（4）環(huán)境干擾。強信號干擾會導(dǎo)致重量傳感器輸出不穩(wěn)定，造成配料系統(tǒng)的精度失常；震動傳遞會導(dǎo)致配料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣不準確。在設(shè)計時應(yīng)考慮這些因素。

2? 飼料廠配料系統(tǒng)中配料秤的校準

在飼料生產(chǎn)管理過程中，作為衡器管理的要求，生產(chǎn)企業(yè)都會制定相應(yīng)的衡器的校準或標定的操作規(guī)范。配料設(shè)備屬于工藝衡器的范疇，一般情況下由企業(yè)自行校準。校準所使用的標準法碼則需要定期送有資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進行檢定。

2.1 手工配料秤的校準

按五點法校準，將一個標準法碼依次放置在配料秤臺的四個角和中間，其靜態(tài)讀數(shù)與標準法碼的理論重量的差異不應(yīng)大于配料秤標示的精度誤差。由于方法相對簡單，企業(yè)一般會要求操作人員每天校準一次，并做好記錄。如果校準失敗，則需要由專業(yè)人員進行校正，并確認有效后方可繼續(xù)使用。

2.2 自動配料秤的校準

自動配料秤的精度分為靜態(tài)精度與動態(tài)精度。靜態(tài)精度是指在靜止狀態(tài)下（即配料完成后），實際配料量與設(shè)計配料量之間的誤差值；動態(tài)精度是指在動態(tài)狀態(tài)下（即配料過程中），實際配料量與設(shè)計配料量之間的誤差值。自動配料秤的校準通常需要超過滿量程一半以上的標準法碼，最好是相等于滿量程的砝碼。

自動配料秤校秤需要校準三個重要指標：點位平衡、量程和線性。點位平衡是要將一個標準法碼依次放置在配料秤的傳感器位（一般情況下，每臺配料秤會安裝3個重量傳感器），分別記錄顯示的重量，各個傳感器之間的點誤差不得超過配料秤的靜態(tài)精度所允許的誤差。

量程是指將全部標準砝碼放置在配料秤上后記錄總量，并與理論值比較，兩者的差值不得超過配料秤的靜態(tài)精度所允許的誤差。砝碼全部取下后，配料秤的顯示值應(yīng)回歸零點。

線性是指從零點位開始，在配料秤上逐個增加標準砝碼，并記錄配料秤顯示的重量，將砝碼個數(shù)作為X坐標，顯示重量作為Y坐標，將相應(yīng)的記錄輸入坐標系內(nèi)，最終將記錄點用線連在一起形成一條線段，線段越接近于直線（R²≥0.999），配料秤的線性越高，配料精度越好，如圖1所示。

3? 飼料廠配料系統(tǒng)中的氣流平衡控制

在飼料加工過程中，氣流平衡對配料精度的影響是一個比較重要的問題，因為它看不見、摸不著，而且沒有規(guī)律可循，往往是牽一發(fā)而動全身。目前，在飼料加工過程中幾乎每一個工段都存在氣流平衡的問題，有些問題造成的嚴重程度可能超過了人們的一貫認知。

氣流具有由高壓區(qū)向低壓區(qū)快速流動的特性，在流動中會產(chǎn)生波動，影響配料精度，加工過程中需要采取措施，使各模塊的氣流達成穩(wěn)定平衡狀態(tài)。例如，當喂料器向配料秤中加料時，秤體內(nèi)部的氣壓會大于常壓，氣流要從秤體內(nèi)逸出，形成氣流波動。氣流平衡產(chǎn)生的波動會影響加工過程中的衡器。下文用一個案例來解釋這種情況帶來的影響。

某企業(yè)生產(chǎn)出的產(chǎn)品會隨機出現(xiàn)添加的成份含量有偏差的現(xiàn)象，有時候A號成分的檢測含量比預(yù)設(shè)值高了很多，B號成分的檢測含量又低了很多，而且這類問題的出現(xiàn)無規(guī)律可循。工廠的質(zhì)量保證（quality assurance，QA）人員通過先進的制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）調(diào)出并檢查了此產(chǎn)品的生產(chǎn)批記錄，并沒有發(fā)現(xiàn)問題，所有有問題的產(chǎn)品在品種、批量、生產(chǎn)時間以及生產(chǎn)溫度和濕度等方面都沒有規(guī)律可循。而當工廠的數(shù)據(jù)分析師在與QA人員核對所分析的數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，即90％以上的不良產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中都出現(xiàn)了空倉的現(xiàn)象，即在所有的配料筒倉中有一個配料筒倉被徹底地用空。經(jīng)過模擬測試確認，原因是氣流平衡產(chǎn)生的波動，導(dǎo)致產(chǎn)品成分的含量出現(xiàn)了偏差。

如圖2所示，在A、B、C三個料倉中，假設(shè)C號料倉中的物料被完全用空，一般邏輯下，會安排C號料倉開始投料，此時系統(tǒng)配料和C號料倉投料同時作業(yè)。C號料倉的投料系統(tǒng)斗提機、分配器、脈沖除塵器啟動，由于C號料倉處于空倉狀態(tài)，當啟動脈沖除塵器后，風機產(chǎn)生的負壓會經(jīng)過筒倉、喂料器，一直到配料秤，并使設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生負壓。

配料秤體是需要浮動安裝的，一般情況下，秤臺（即喂料器的進料口的部位）是固定面，而秤體則是通過軟連接與之連在一起，如圖3所示。? 喂料器、秤面是固定安裝的，秤體是安裝在傳感器上的。

當整個配料秤的內(nèi)部產(chǎn)生真空后，秤體會在大氣壓力的作用下向上升起，向秤面靠攏。此時A料倉物料配料時，配料秤所顯示的重量低于實際的重量。假設(shè)A、B料倉中物料重量的目標值均是100 kg，由于負壓的作用，A料倉配料時120 kg的物料在配料秤上僅顯示為100 kg。隨后對B料倉配料，此時C料倉已經(jīng)完成部分物料的投料作業(yè)，筒倉的下部被物料填充，負壓消失。之前由負壓所抵消的那部分重量（20 kg）又重新施加在傳感器上，這時B料倉物料配料秤的顯示值中有20 kg是負壓消失后“返回”的，因此B料倉物料配料顯示100 kg，而實際添加量僅為80 kg，詳細內(nèi)容如表1所示：

在表1中，物料重量的目標總值是200 kg，實際添加量的總值也是200 kg，并且由于真空的出現(xiàn)和消失是貫穿在整個配料過程中，配料記錄的是A料倉100 kg，B料倉100 kg，最后這批有問題的產(chǎn)品無論從哪個記錄上來看都找不出問題。為了解決該案例中的這個問題，企業(yè)的生產(chǎn)管理人員提出了禁止空倉配料，這要求中控員在某一料倉用空物料后，如果要啟動投料系統(tǒng)的脈沖除塵器，則必須暫停配料系統(tǒng)，直到該料倉重新加入原料。從生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計角度來看，可以通過幾種方法解決這個問題。

（1）在控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）中增加邏輯連鎖，當料倉低位信號被觸發(fā)、投料脈沖啟動時，配料系統(tǒng)自動暫停直到低位信號消失。

（2）在配料秤上部安裝被動式脈沖除塵器，當配料秤內(nèi)部的氣壓有變化時，氣流可以通過被動式脈沖除塵器上的過濾袋形成通路，從而降低氣流對配料秤的影響。

4? 飼料廠配料系統(tǒng)中的軟連接管理

在飼料自動配料秤中，軟連接主要是指料倉與秤架之間的連接部位。這種連接方式可以有效減小設(shè)備振動對測量精度的影響。

4.1 軟連接的作用

在配料秤上下部分使用軟連接，除了可以使配料秤相對秤面以及地面呈現(xiàn)浮動的狀態(tài)，最大限度地減少對重量傳感器的影響外，配料秤的軟連接，尤其是上部的軟連接，還起到平衡配料過程中秤體內(nèi)部、外部氣壓差的作用，從而提高配料精度，而這一點往往會被許多飼料廠忽視。

如圖4所示，假設(shè)圖中絞龍喂料器向配料秤中加料，大量的物料進入配料秤，而配料秤中的空氣沒有及時排出，此時就會產(chǎn)生一個正壓，由于配料秤面和喂料器、料倉等設(shè)備是固定在一起的，產(chǎn)生的氣壓會使秤體往下壓。下壓的力作用在傳感器上，使傳感器讀取到一個比實際重量大的數(shù)值。隨著配料的數(shù)量越來越接近配料秤的上限，秤體中的空間越來越小，產(chǎn)生的瞬時壓差也會越來越大，如圖5所示。

所以，在配料秤的維護過程中，定期清理軟連接是一項非常重要的日常工作，尤其是配制易吸潮的原料時。軟連接的清理作為飼料廠定期清理的工藝作業(yè)之一，應(yīng)有定期的清理記錄和回顧。某些設(shè)計方案會在配料秤的上部增加一臺被動脈沖除塵器，平衡配料產(chǎn)生的正氣壓，但是這種設(shè)計要考慮配料過程中的最大加料速度和被動脈沖過濾器的過濾面積之間的關(guān)系。

4.2 軟連接設(shè)計應(yīng)遵循原則

飼料廠自動配料秤中軟連接的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

（1）高強度。軟連接應(yīng)具有足夠的強度，以承受配料過程中產(chǎn)生的壓力和振動。同時，軟連接還應(yīng)具備一定的抗拉性能。

（2）耐腐蝕。考慮到飼料生產(chǎn)可能會使用到化學物質(zhì)（如酸、堿等），軟連接應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能。

（3）良好的密封性能。為了避免物料在連接部位泄露，軟連接應(yīng)具有良好的密封性能。對于需要防爆的場所，還需考慮防爆性能。

（4）良好的透氣性。軟連接應(yīng)有良好的透氣性，并且不易粘連物料。

（5）一定的緩沖性能。軟連接應(yīng)具有一定的緩沖性能，以減小設(shè)備振動對測量精度的影響，從而提高配料精度。

5? 飼料加工過程中配料次序?qū)ε淞暇鹊挠绊?/p>

在生產(chǎn)過程中，配料精度不僅直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，而且也會顯著影響生產(chǎn)成本。為了保證配料精度，飼料廠會定時校準配料秤，也會考慮氣流平衡的影響，但還會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)配料秤不準，引發(fā)這種問題的原因是什么？除了上述因素以外，配料秤參數(shù)和配料次序也是影響配料精度的重要因素。

5.1 物料的物理性狀

用于配制飼料的原料有不同的物理性狀，有的物料易于吸潮，且吸潮后流動性變差；而有的物料相對穩(wěn)定，不易吸潮，流動性也相對較好。如果在設(shè)定配料次序時，先配制不易吸潮的物料再配制易于吸潮的物料，那么在完成配制后，配料秤的放料至下一級時，配料秤內(nèi)部的物料快速卸走，秤體內(nèi)部產(chǎn)生一個瞬時真空，大量的空氣會通過秤體的軟連接進入配料秤。隨后添加的位于配料秤上層的易吸潮的物料接觸到空氣，會快速吸潮，從而造成秤體內(nèi)部吸潮后的物料大量粘連在配料秤的軟連接、秤體內(nèi)壁上，這種現(xiàn)像在梅雨季節(jié)尤其嚴重。如圖6所示，配料秤中上層的物料是易吸潮的原料，如果最后加入配料秤中就比較容易粘連秤體內(nèi)壁，從而殘留在秤體中。如果易吸潮的原料先加入配料秤，最后加入不易吸潮的原料，以上情況就會得到一定程度的改善。

5.2 配料秤的秤體空間利用率

配料秤在設(shè)計時已考慮裝載系數(shù)。一般會考慮到物料的休止角，但是基本上是用平均數(shù)或經(jīng)驗值來計算。所以，在使用配料秤的過程中，如果喂料器的喂料次序不合理，就會出現(xiàn)物料“頂上蓋”的現(xiàn)象（圖7），引發(fā)配料精度的問題，嚴重時會引起品質(zhì)或安全事故問題。

5.3 配料秤的秤體偏轉(zhuǎn)

配料秤的秤體偏轉(zhuǎn)是一個被普遍忽略的問題。正常情況下，配料秤的秤體應(yīng)處于浮動狀態(tài)，而喂料器在配料秤上的分布一般呈平均分布狀態(tài)（圖8）。

當選擇傳感器邊上的喂料器作為第一個加料的地方時，如圖8中的6號喂料器，這時秤體的內(nèi)部是空的。第一個加料的物料重量會更多地作用于就近的傳感器，由于秤體是相對浮動的，會造成秤體以6號喂料器邊上的傳感器為圓心，左右晃動，影響配料精度，嚴重時甚至會損壞傳感器。

6? 小結(jié)

飼料廠在選擇配料系統(tǒng)時，需要綜合考慮一些關(guān)鍵因素，如配料精度、生產(chǎn)能力、操作維護等，同時根據(jù)實際需求，還可以考慮配料秤的易用性、易損件更換的便利性等因素。在使用的過程中，要充分考慮環(huán)境因素、人員因素和物料因素對配料秤的影響，讓飼料廠的配料秤發(fā)揮最佳配料精度和配料效率。