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減算計量
(げんさんけいりょう)
減算計量とは、計量ホッパーやタンクに入っている原料の重量が、排出によってどれだけ減少したかを測定する計量方式です。供給前の重量から供給後の重量を差し引き、実際に排出した原料量を求めます。
粉体、粒体、液体などを容器や製造設備へ供給する用途で使われます。供給先へ計量器を設置できない場合や、原料タンク側で使用量を把握したい場合にも適しています。
ハカルプラスでは、ホッパーやタンクの機械構造、ロードセル、供給装置、計量コントローラ、PLCを組み合わせ、減算計量から供給制御、実績保存まで含む構成を検討します。
減算計量の基本原理
減算計量では、原料供給を開始する前の重量と、供給を停止した後の重量との差を計算します。
供給重量＝供給前重量－供給後重量
例えば、供給前の重量が500kg、供給後の重量が450kgであれば、供給した原料は50kgです。
重量が減少する途中の値を連続的に測定すれば、単位時間あたりの供給量も求められます。
加算計量との違い
加算計量では、空の計量ホッパーへ原料を投入し、重量の増加量を測定します。減算計量では、原料を保持している容器から排出し、重量の減少量を測定します。
- 加算計量：投入された原料の重量増加を測定
- 減算計量：排出された原料の重量減少を測定
供給先の容器形状や設備構成、原料補充方法、必要な供給速度から方式を選定します。
主な構成
減算計量設備は、原料ホッパー、ロードセル、供給装置、駆動機器、計量コントローラなどで構成されます。
- 原料を保持する計量ホッパーやタンク
- 重量を検出するロードセル
- スクリュー、ポンプ、ゲートなどの供給装置
- 重量値を演算する計量コントローラ
- 供給開始・停止を行うPLC
ホッパー全体をロードセルで支持し、供給装置を含めた重量変化を測定する構成が一般的です。
バッチ式と連続式
バッチ式では、設定量を排出した時点で供給を停止します。容器への定量投入や、製造工程ごとの原料供給に使用されます。
連続式では、一定時間あたりの重量減少量を測定し、供給速度を一定に保ちます。ロスインウェイト式フィーダーは、減算計量を連続供給へ利用する代表的な装置です。
供給停止と落差
スクリューやゲートを停止しても、供給口から供給先までの間にある原料は落下を続けます。そのため、目標重量に達する前に供給装置を停止する必要があります。
停止後に供給される原料量を落差として補正し、目標重量へ近づけます。原料の流動性、供給速度、落下距離によって落差量は変化します。
粗供給・微供給
目標量から離れている間は大きな供給量で運転し、目標量へ近づくと供給速度を下げます。これにより、計量時間を短縮しながら過量を抑えられます。
スクリュー回転速度の変更、ゲート開度の切替、大小二つの供給経路などを利用します。
補充時の注意点
計量ホッパーへ原料を補充している間は重量が増加するため、通常の減算計量はできません。補充中は計量を停止するか、過去の供給特性をもとに一時的な予測運転を行います。
補充時の衝撃や上部配管から加わる力も、重量値へ影響します。補充完了後は、重量が安定してから計量を再開します。
ロードセル支持部の設計
計量ホッパーへ接続される配管、集塵ダクト、電線、エアチューブなどが硬く固定されていると、重量変化を妨げる外力になります。
フレキシブル継手を使用し、ホッパーがロードセル上で自由に変位できる構造とします。ストッパーや振れ止めが接触していないことも確認します。
計量安定判定
供給装置の振動や原料の落下衝撃によって、重量値は変動します。供給停止後、一定時間内の重量変化が設定範囲に収まったことを確認してから実績値を確定します。
安定判定を厳しくすると精度は高まりやすい一方、計量時間が長くなります。設備の振動環境と必要精度に合わせて調整します。
供給量の自動補正
前回の計量結果が過量であれば、次回は供給停止を早めます。不足であれば、停止位置を遅らせます。
原料ごとの平均誤差や直近の実績から補正値を更新することで、原料性状や設備状態の変化へ追従しやすくなります。
異常検出
- 供給装置が運転しても重量が減少しない
- 重量が急激に減少する
- 目標量まで供給できない
- ロードセル出力が測定範囲を超える
- 補充が所定時間内に完了しない
重量が減らない場合は、原料切れ、ブリッジ、スクリュー詰まり、ゲート不動作などを確認します。急激に減る場合は、原料流出や機器破損が疑われます。
ゼロ点と残量管理
減算計量では、ホッパーが完全に空にならない運用もあります。ゼロ点だけでなく、ホッパー内残量を継続的に把握し、下限残量で補充を開始します。
原料付着や機械部品の交換によって空重量が変化した場合は、ゼロ点を再確認します。
保守と校正
既知荷重や分銅を用いて、ロードセル、計量コントローラ、表示値を確認します。ホッパー周辺の接触、原料付着、配管荷重、ロードセル固定部も点検します。
供給装置の摩耗や付着によって停止後の落差が変化するため、計量実績を確認しながら補正値を見直します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、原料特性、供給量、ホッパー容量、必要精度を確認し、減算計量に適した機械構造とロードセルを検討します。
粗供給・微供給、落差補正、安定判定、自動補正、補充制御、実績保存を組み合わせた計量システムに対応できる場合があります。
よくある質問
Q. 減算計量とロスインウェイト式フィーダーは同じですか？
A. ロスインウェイト式フィーダーは、減算計量を利用して連続供給量を制御する装置です。
Q. 液体も減算計量できますか？
A. タンク重量をロードセルで測定し、ポンプやバルブで排出すれば減算計量できます。
Q. 原料を補充しながら計量できますか？
A. 補充中は重量が増えるため、通常の減算演算はできません。補充中だけ予測運転する方法があります。
Q. ホッパー内に原料が残っていても計量できますか？
A. 供給前後の重量差を測定するため、残量があっても計量できます。
Q. 既設ホッパーを減算計量化できますか？
A. 支持構造、ロードセル設置、配管接続を確認し、改造できる場合があります。