饲料厂的配料系统(一)

褚慎强

摘  要：在饲料生产的整个加工链中，配料系统作为产品配方实现的重要环节，对技术配方的量产有着至关重要的作用。量产产品的配比能否再现技术配方的理念，配料系统是实现这一目标的重要前提，该过程的重要性对于一些添加量小的组分尤为突出。添加量越小的组分，其体现在配方中的撬棒效应越大，配制过程中的偏差所造成的后果就越严重。如何将配方精确地还原，是配料工艺一直以来的进步方向。本文从配料系统的选择、配料秤的校准、配料系统中的气流平衡控制、配料秤的软连接管理、饲料加工过程中配料次序对配料精度的影响几个方面，分享了饲料厂配料系统中的配料秤在选择、使用、维护等过程中可能面临的一些问题及注意事项。

关键词：配料秤；配料精度；配料工艺

中图分类号：S817.12 文献标志码：A    文章编号：1001-0769（2024）01-0073-07

饲料厂生产不同配方的产品，需要对不同品种的原料进行不同比例的配比、加工。随着加工业的不断发展，人工配料逐渐被机械化、自动化配料所替代。自动化配料设备通常以电脑（俗称“微机”）作为其控制系统，这种系统可以按照预设的比例和顺序，将各种原料自动混合，以满足饲料产品的生产需求。本文从配料系统的选择、配料秤的校准、配料系统中的气流平衡控制、配料秤的软连接管理、饲料加工过程中配料次序对配料精度的影响几个方面，分享了饲料厂配料系统中的配料秤在选择、使用、维护等过程中可能面临的一些问题及注意事项。

1  饲料厂配料系统的选择

饲料的配料计量是指按照预先设计的饲料配方的配比要求，采用相应的计量系统，对不同品种的物料进行称量的工艺过程。人们平时说的饲料配料计量系统，是指以配料秤为核心，通过料仓、配料秤、喂料器等设备，实现物料的供给、称量及排料的系统。目前，电子配料系统在配料速度、精度、多功能以及易用性方面具有优势，已成为现代饲料厂中典型的配料计量装备。电子配料系统质量的好坏会直接影响到饲料产品的品质、生产成本和生产效率。

预混料加工企业的配料工序一般由两部分组成：一是大宗原料的配制，二是添加量较小原料的配制。目前，许多饲料厂为了实现生产自动化，提高配料的精度，已基本放弃人工配制大宗原料的作业方式。而添加量较小的原料由于品种多、添加量小、原料易结块、易黏仓、易发生化学反应等原因，仍然较多地采用手工配料方式。

饲料厂使用的电子配料系统应满足下列要求：

（1）具有足够的称量准确度和配料准确度。

（2）具有良好的穩定性与不变性，实现稳定、持续、准确的配料计量。

（3）具有良好的适应性、优良的抗干扰性能。

（4）便于实现生产过程的实时监控和生产管理的自动化。

（5）结构简单，价格低，耐用，故障少且维护方便。

在选择配料秤时，配料精度作为人们最关注的技术指标，与配方所使用的原料、工厂所在地的气候等因素均密切相关，所以在选择前需要充分考虑这些因素的影响。

影响配料系统精度的常见因素如下：

（1）喂料器的口径和转速。自动配料系统的配料速度取决于物料特点、配料量、工艺要求等因素，在确定配料速度前，应充分考虑这些因素。为满足配料速度快的要求，通常会配备较大口径的喂料器和较快的喂料速度。虽然大口径的喂料器相应加快了喂料速度，但也会制约配料精度。因此，可以考虑多个喂料器并行，或使用变频器。

（2）称量精度控制。影响自动配料系统称量精度的因素包括称量仪表、称量方式、粉体粒度、粉体特性等。因此，在设计自动配料系统时，应综合考虑这些因素。

（3）温度和湿度的影响。由于重量传感器对温度、湿度有一定的敏感性，提供相对较为适宜、恒定的环境有利于提高配料精度。

（4）环境干扰。强信号干扰会导致重量传感器输出不稳定，造成配料系统的精度失常；震动传递会导致配料系统的数据采样不准确。在设计时应考虑这些因素。

2  饲料厂配料系统中配料秤的校准

在饲料生产管理过程中，作为衡器管理的要求，生产企业都会制定相应的衡器的校准或标定的操作规范。配料设备属于工艺衡器的范畴，一般情况下由企业自行校准。校准所使用的标准法码则需要定期送有资质的第三方检测机构进行检定。

2.1 手工配料秤的校准

按五点法校准，将一个标准法码依次放置在配料秤台的四个角和中间，其静态读数与标准法码的理论重量的差异不应大于配料秤标示的精度误差。由于方法相对简单，企业一般会要求操作人员每天校准一次，并做好记录。如果校准失败，则需要由专业人员进行校正，并确认有效后方可继续使用。

2.2 自动配料秤的校准

自动配料秤的精度分为静态精度与动态精度。静态精度是指在静止状态下（即配料完成后），实际配料量与设计配料量之间的误差值；动态精度是指在动态状态下（即配料过程中），实际配料量与设计配料量之间的误差值。自动配料秤的校准通常需要超过满量程一半以上的标准法码，最好是相等于满量程的砝码。

自动配料秤校秤需要校准三个重要指标：点位平衡、量程和线性。点位平衡是要将一个标准法码依次放置在配料秤的传感器位（一般情况下，每台配料秤会安装3个重量传感器），分别记录显示的重量，各个传感器之间的点误差不得超过配料秤的静态精度所允许的误差。

量程是指将全部标准砝码放置在配料秤上后记录总量，并与理论值比较，两者的差值不得超过配料秤的静态精度所允许的误差。砝码全部取下后，配料秤的显示值应回归零点。

线性是指从零点位开始，在配料秤上逐个增加标准砝码，并记录配料秤显示的重量，将砝码个数作为X坐标，显示重量作为Y坐标，将相应的记录输入坐标系内，最终将记录点用线连在一起形成一条线段，线段越接近于直线（R²≥0.999），配料秤的线性越高，配料精度越好，如图1所示。

3  饲料厂配料系统中的气流平衡控制

在饲料加工过程中，气流平衡对配料精度的影响是一个比较重要的问题，因为它看不见、摸不着，而且没有规律可循，往往是牵一发而动全身。目前，在饲料加工过程中几乎每一个工段都存在气流平衡的问题，有些问题造成的严重程度可能超过了人们的一贯认知。

气流具有由高压区向低压区快速流动的特性，在流动中会产生波动，影响配料精度，加工过程中需要采取措施，使各模块的气流达成稳定平衡状态。例如，当喂料器向配料秤中加料时，秤体内部的气压会大于常压，气流要从秤体内逸出，形成气流波动。气流平衡产生的波动会影响加工过程中的衡器。下文用一个案例来解释这种情况带来的影响。

某企业生产出的产品会随机出现添加的成份含量有偏差的现象，有时候A号成分的检测含量比预设值高了很多，B号成分的检测含量又低了很多，而且这类问题的出现无规律可循。工厂的质量保证（quality assurance，QA）人员通过先进的制造执行系统（manufacturing execution system，MES）调出并检查了此产品的生产批记录，并没有发现问题，所有有问题的产品在品种、批量、生产时间以及生产温度和湿度等方面都没有规律可循。而当工厂的数据分析师在与QA人员核对所分析的数据时，发现了一个现象，即90％以上的不良产品在生产过程中都出现了空仓的现象，即在所有的配料筒仓中有一个配料筒仓被彻底地用空。经过模拟测试确认，原因是气流平衡产生的波动，导致产品成分的含量出现了偏差。

如圖2所示，在A、B、C三个料仓中，假设C号料仓中的物料被完全用空，一般逻辑下，会安排C号料仓开始投料，此时系统配料和C号料仓投料同时作业。C号料仓的投料系统斗提机、分配器、脉冲除尘器启动，由于C号料仓处于空仓状态，当启动脉冲除尘器后，风机产生的负压会经过筒仓、喂料器，一直到配料秤，并使设备内部产生负压。

配料秤体是需要浮动安装的，一般情况下，秤台（即喂料器的进料口的部位）是固定面，而秤体则是通过软连接与之连在一起，如图3所示。  喂料器、秤面是固定安装的，秤体是安装在传感器上的。

当整个配料秤的内部产生真空后，秤体会在大气压力的作用下向上升起，向秤面靠拢。此时A料仓物料配料时，配料秤所显示的重量低于实际的重量。假设A、B料仓中物料重量的目标值均是100 kg，由于负压的作用，A料仓配料时120 kg的物料在配料秤上仅显示为100 kg。随后对B料仓配料，此时C料仓已经完成部分物料的投料作业，筒仓的下部被物料填充，负压消失。之前由负压所抵消的那部分重量（20 kg）又重新施加在传感器上，这时B料仓物料配料秤的显示值中有20 kg是负压消失后“返回”的，因此B料仓物料配料显示100 kg，而实际添加量仅为80 kg，详细内容如表1所示：

在表1中，物料重量的目标总值是200 kg，实际添加量的总值也是200 kg，并且由于真空的出现和消失是贯穿在整个配料过程中，配料记录的是A料仓100 kg，B料仓100 kg，最后这批有问题的产品无论从哪个记录上来看都找不出问题。为了解决该案例中的这个问题，企业的生产管理人员提出了禁止空仓配料，这要求中控员在某一料仓用空物料后，如果要启动投料系统的脉冲除尘器，则必须暂停配料系统，直到该料仓重新加入原料。从生产设备的设计角度来看，可以通过几种方法解决这个问题。

（1）在控制系统的可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）中增加逻辑连锁，当料仓低位信号被触发、投料脉冲启动时，配料系统自动暂停直到低位信号消失。

（2）在配料秤上部安装被动式脉冲除尘器，当配料秤内部的气压有变化时，气流可以通过被动式脉冲除尘器上的过滤袋形成通路，从而降低气流对配料秤的影响。

4  饲料厂配料系统中的软连接管理

在饲料自动配料秤中，软连接主要是指料仓与秤架之间的连接部位。这种连接方式可以有效减小设备振动对测量精度的影响。

4.1 软连接的作用

在配料秤上下部分使用软连接，除了可以使配料秤相对秤面以及地面呈现浮动的状态，最大限度地减少对重量传感器的影响外，配料秤的软连接，尤其是上部的软连接，还起到平衡配料过程中秤体内部、外部气压差的作用，从而提高配料精度，而这一点往往会被许多饲料厂忽视。

如图4所示，假设图中绞龙喂料器向配料秤中加料，大量的物料进入配料秤，而配料秤中的空气没有及时排出，此时就会产生一个正压，由于配料秤面和喂料器、料仓等设备是固定在一起的，产生的气压会使秤体往下压。下压的力作用在传感器上，使传感器读取到一个比实际重量大的数值。随着配料的数量越来越接近配料秤的上限，秤体中的空间越来越小，产生的瞬时压差也会越来越大，如图5所示。

所以，在配料秤的维护过程中，定期清理软连接是一项非常重要的日常工作，尤其是配制易吸潮的原料时。软连接的清理作为饲料厂定期清理的工艺作业之一，应有定期的清理记录和回顾。某些设计方案会在配料秤的上部增加一台被动脉冲除尘器，平衡配料产生的正气压，但是这种设计要考虑配料过程中的最大加料速度和被动脉冲过滤器的过滤面积之间的关系。

4.2 软连接设计应遵循原则

饲料厂自动配料秤中软连接的设计应遵循以下原则：

（1）高强度。软连接应具有足够的强度，以承受配料过程中产生的压力和振动。同时，软连接还应具备一定的抗拉性能。

（2）耐腐蚀。考虑到饲料生产可能会使用到化学物质（如酸、碱等），软连接应具有良好的耐腐蚀性能。

（3）良好的密封性能。为了避免物料在连接部位泄露，软连接应具有良好的密封性能。对于需要防爆的场所，还需考虑防爆性能。

（4）良好的透气性。软连接应有良好的透气性，并且不易粘连物料。

（5）一定的缓冲性能。软连接应具有一定的缓冲性能，以减小设备振动对测量精度的影响，从而提高配料精度。

5  饲料加工过程中配料次序对配料精度的影响

在生产过程中，配料精度不仅直接影响产品的品质，而且也会显著影响生产成本。为了保证配料精度，饲料厂会定时校准配料秤，也会考虑气流平衡的影响，但还会经常发现配料秤不准，引发这种问题的原因是什么？除了上述因素以外，配料秤参数和配料次序也是影响配料精度的重要因素。

5.1 物料的物理性状

用于配制饲料的原料有不同的物理性状，有的物料易于吸潮，且吸潮后流动性变差；而有的物料相对稳定，不易吸潮，流動性也相对较好。如果在设定配料次序时，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级时，配料秤内部的物料快速卸走，秤体内部产生一个瞬时真空，大量的空气会通过秤体的软连接进入配料秤。随后添加的位于配料秤上层的易吸潮的物料接触到空气，会快速吸潮，从而造成秤体内部吸潮后的物料大量粘连在配料秤的软连接、秤体内壁上，这种现像在梅雨季节尤其严重。如图6所示，配料秤中上层的物料是易吸潮的原料，如果最后加入配料秤中就比较容易粘连秤体内壁，从而残留在秤体中。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，以上情况就会得到一定程度的改善。

5.2 配料秤的秤体空间利用率

配料秤在设计时已考虑装载系数。一般会考虑到物料的休止角，但是基本上是用平均数或经验值来计算。所以，在使用配料秤的过程中，如果喂料器的喂料次序不合理，就会出现物料“顶上盖”的现象（图7），引发配料精度的问题，严重时会引起品质或安全事故问题。

5.3 配料秤的秤体偏转

配料秤的秤体偏转是一个被普遍忽略的问题。正常情况下，配料秤的秤体应处于浮动状态，而喂料器在配料秤上的分布一般呈平均分布状态（图8）。

当选择传感器边上的喂料器作为第一个加料的地方时，如图8中的6号喂料器，这时秤体的内部是空的。第一个加料的物料重量会更多地作用于就近的传感器，由于秤体是相对浮动的，会造成秤体以6号喂料器边上的传感器为圆心，左右晃动，影响配料精度，严重时甚至会损坏传感器。

6  小结

饲料厂在选择配料系统时，需要综合考虑一些关键因素，如配料精度、生产能力、操作维护等，同时根据实际需求，还可以考虑配料秤的易用性、易损件更换的便利性等因素。在使用的过程中，要充分考虑环境因素、人员因素和物料因素对配料秤的影响，让饲料厂的配料秤发挥最佳配料精度和配料效率。