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針對(duì)散裝物料的定量包裝要求越來(lái)越高，不但要求包裝計(jì)量要又快又準(zhǔn)，還要求自動(dòng)化程度要高,更要滿足不同要求的各種包裝形式。DCS（DistributedControlSystem的縮寫(xiě)）系列的智能型定量包裝稱重系統(tǒng)，是定量包裝技術(shù)的重要發(fā)展方向，在不斷地改良技術(shù)，以滿足上述要求，提高生產(chǎn)水平。本文提岀DCS智能型定量包裝稱重系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“DCS稱重系統(tǒng)”）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法。
該系統(tǒng)是一種新式的、不同于集中式控制系統(tǒng)
的新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);雖然它的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)是源于集中式控制系統(tǒng)，但經(jīng)過(guò)不斷地更新改良,已發(fā)展成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，組合了過(guò)程控制級(jí)、監(jiān)控級(jí),結(jié)合了4C技術(shù)：即計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯示技術(shù)、通信技術(shù)以及控制技術(shù)等。在系統(tǒng)功能方面,DCS和集中式控制系統(tǒng)并不存在很大的區(qū)別，但是有著完全不同的實(shí)現(xiàn)方法。DCS的基本設(shè)計(jì)思路是采取分散控制，便于集中操作,運(yùn)用分級(jí)的管理方式，從而實(shí)現(xiàn)靈活地配置資源，而且組態(tài)方便。
1系統(tǒng)的組成
DCS稱重系統(tǒng)的組成有:秤斗、秤體、供料裝置、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、稱重傳感器和控制儀表等，如圖1所示。

圖1DCS系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
1-傳感器;2-限位螺栓;3-鋼絲繩;4-秤體;5-秤斗;6-三聯(lián)件;7-截料門(mén)；8-雙螺旋;9-給料口；10-電磁閥；11-給料裝置；12-傳動(dòng)部分。
該系統(tǒng)把秤斗通過(guò)連接件掛在吊掛裝置的兩只(或三只)懸臂梁式傳感器上,有物料進(jìn)入料斗產(chǎn)生了重量信號(hào)后，智能型控制儀表會(huì)接收到由稱重傳感器傳輸過(guò)來(lái)的重量信號(hào),進(jìn)而通過(guò)運(yùn)算，自動(dòng)完成控制定量稱重。
2系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與特點(diǎn)
(1)最大秤量范圍:可進(jìn)行多秤量選擇,25虹、50kg等均可。
(2)稱量速度:最大秤量為25kg時(shí)，可以達(dá)到每小時(shí)計(jì)量包裝(200~400)包/袋;最大秤量為50kg時(shí)，則可達(dá)到每小時(shí)計(jì)量包裝(180~240)包/袋。
(3)計(jì)量準(zhǔn)確度等級(jí)：X(0.2)級(jí)，動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)最大允許誤差:±0.2%(參照(JJG564-2002重力式自動(dòng)裝料衡器》國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程)。
(4)適用范圍:用于淀粉、面粉、飼料以及食品等粉狀物料，進(jìn)行自動(dòng)定量包裝。
(5)系統(tǒng)特點(diǎn):計(jì)量精度高、可以調(diào)整包裝稱量的速度、結(jié)構(gòu)合理、整體性好和環(huán)保操作等特點(diǎn)。
3選擇稱重傳感器的原則
(1)傳感器型式的選擇條件
秤量系統(tǒng)的類型和安裝空間位置是選擇傳感器型式的兩個(gè)重要考量。本文中設(shè)計(jì)的智能型定量包裝稱重系統(tǒng)，綜合考慮上述兩個(gè)因素,決定選用懸臂梁式的稱重傳感器。
(2)應(yīng)適合使用場(chǎng)所的環(huán)境條件
在一般的使用場(chǎng)合,根據(jù)環(huán)境要求，可選用適用的普通稱重傳感器。稱重系統(tǒng)設(shè)備所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度如果會(huì)超出50龍，必須優(yōu)先考慮可以在高溫環(huán)境下正常工作的傳感器。
(3)稱重傳感器量限的選擇
待稱稱量值是否接近稱重傳感器的額定容量是會(huì)直接影響到秤量系統(tǒng)的稱量準(zhǔn)確度的，越接近則準(zhǔn)確性越高。實(shí)際上，由于稱重傳感器上的載荷包括有被稱物、秤體、料斗等，還會(huì)有因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的振動(dòng)和沖擊而產(chǎn)生了力的存在，所以稱重傳感器的額定容量要大于物料的設(shè)定值，選用傳感器的量限大小要取決于稱量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。
在一般情況下，在稱重傳感器額定容量范圍的30%-70%內(nèi)工作，系統(tǒng)的可靠性是可以得到有效保證的，同時(shí)還能保護(hù)傳感器避免因過(guò)度使用而損傷。
(4)傳感器準(zhǔn)確度的選擇
要滿足稱重系統(tǒng)對(duì)于準(zhǔn)確度級(jí)別的要求,又要經(jīng)濟(jì)適用。稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)劃分如表1所示。

當(dāng)采用n只同型號(hào)的傳感器時(shí)，其綜合誤差通過(guò)誤差分析可得：
N*    (1)
a/H
式中:A'—n個(gè)傳感器組成的秤量系統(tǒng)的綜合誤差；
△一一個(gè)傳感器的獨(dú)立誤差；
n-采用傳感器的個(gè)數(shù)。
當(dāng)一個(gè)定量稱量系統(tǒng)是由兩只具有相同的準(zhǔn)確度和容量的傳感器組成時(shí)，其誤差等于使用一個(gè)傳感器的誤差的%，這一結(jié)果僅僅是單獨(dú)考慮傳感器一項(xiàng)誤差引入系統(tǒng)時(shí)得出的，在實(shí)際使用中不能簡(jiǎn)單劃分，需綜合考量秤的每一個(gè)誤差分配。
4智能稱重控制儀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
智能型定量稱重控制儀是自動(dòng)定量包裝稱重系統(tǒng)的主控部分，核心部件為微電腦，組合濾波器、高性能放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合為一體化的測(cè)控系統(tǒng)，它有以下優(yōu)點(diǎn):①體積小;②精度高;③可靠性好;④調(diào)試方便和;⑤功能齊全。
5稱重控制儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)稱重傳感器承受到物料的重量時(shí)，傳感器將重量信息轉(zhuǎn)化為毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，并輸出給儀表,由信號(hào)放大器放大后，再經(jīng)過(guò)A/D交換器轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量，計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)設(shè)定的指令進(jìn)行處理及分析，然后發(fā)出各類的控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)驅(qū)動(dòng)，控制電磁閥工作，從而完成整個(gè)控制過(guò)程。

圖2智能控制儀表硬件結(jié)構(gòu)示意圖
6稱重控制儀的軟件設(shè)計(jì)與功能
智能型定量稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需有以下四個(gè)部分：
(1)監(jiān)控程序:用于調(diào)試,不控制儀表；
(2)初始化及功能判斷程序：設(shè)置輸入、輸出口、中斷向量以及特定內(nèi)存等，此程序還有一個(gè)功能是判斷下一步的工作流程是計(jì)量或者自校；
(3)自校程序：持續(xù)地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行采樣、顯示，調(diào)校稱重傳感器的零點(diǎn)及儀表靈敏度,作為判斷指標(biāo)使用；
(4)計(jì)量程序:本例中，根據(jù)圖3所示的編制，設(shè)計(jì)計(jì)量程序的功能和時(shí)序如下，粗喂料的過(guò)程經(jīng)歷姑~給'時(shí)間段，到達(dá)勺時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉粗喂料;細(xì)喂料過(guò)程經(jīng)歷~4'時(shí)間段，到達(dá)h時(shí),系統(tǒng)關(guān)閉細(xì)喂料;等待空間落料和顯示稱重這段時(shí)間為&~如；排放物料為勾~時(shí)間段。在圖中，關(guān)粗喂料的重量控制值設(shè)定為吃，關(guān)細(xì)喂料的重量控制值設(shè)定值為吟,實(shí)際物料重量控制值設(shè)定為中。
圖4、圖5為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖。

7氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣動(dòng)控制系統(tǒng)如圖6所示,作為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),在整個(gè)定量包裝稱重系統(tǒng)中的作用十分重要。
氣動(dòng)控制原理是當(dāng)清空料斗內(nèi)的物料時(shí)，氣流振動(dòng)器里充入高壓氣流,持續(xù)產(chǎn)生高頻率的振動(dòng)，料斗內(nèi)壁上粘附的積粉在高頻振動(dòng)下被振落清除，從而保證經(jīng)過(guò)計(jì)量稱重的物料都能落入包裝袋內(nèi)，由此稱量準(zhǔn)確度得以保證。
DCS系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)需要配備
(0.4~0.6)MPa的氣源，流量為0.lm3/mino
8試驗(yàn)定量秤的性能規(guī)格
(1)設(shè)定包裝重量：25kg。
(2)計(jì)量的準(zhǔn)確度要求:靜態(tài)稱量時(shí)的允許誤差為設(shè)定重量的±0.1%;動(dòng)態(tài)稱量時(shí)的允許誤差為設(shè)定重量的±0.2%。

圖6氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖
1-消聲器;2-二位五通電磁閥；3-單向節(jié)流閥；4-氣缸;5-氣流振動(dòng)器;6-二位三通電磁閥；7-三聯(lián)件;8-氣源
(3)包裝的準(zhǔn)確度要求：十次稱量的平均值的允許誤差為±1.6%。,單次稱量的允許誤差為±4%。。
(4)稱量速度:每小時(shí)為(240-320)次。
9試驗(yàn)的條件要求
(1)試驗(yàn)用物料要求
①含水率為14%的標(biāo)準(zhǔn)面粉；
②生產(chǎn)流程中流量波動(dòng)較大的粉料。
(2)試驗(yàn)設(shè)備
①一臺(tái)用于檢驗(yàn)的電子秤，準(zhǔn)確度要求:優(yōu)于自動(dòng)稱量準(zhǔn)確度要求的1/3；
②一只分度值為0.Is的秒表；
③M|等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瑟碼,5kg重量5只。
(3)氣源：自動(dòng)秤上的氣壓保持在0.35MPa。

10試驗(yàn)內(nèi)容
在本次試驗(yàn)中，需要對(duì)樣機(jī)的包裝成品重量進(jìn)行連續(xù)不間斷的實(shí)測(cè)記錄，首先要記錄儀表顯示值,之后在校驗(yàn)秤上稱量面粉包的重量，作為面粉包的實(shí)際重量。根據(jù)兩批記錄值作對(duì)比,對(duì)樣機(jī)的稱量準(zhǔn)確度作出判斷。
(1)共記錄1600次儀表顯示值。
(2)用校驗(yàn)秤對(duì)1600個(gè)面粉包的重量一一對(duì)
應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)稱重，并記錄。
11誤差分布
(1)稱重顯示值的誤差分布圖如表2所示。

(2)1600袋面粉包用檢驗(yàn)秤所得校驗(yàn)值的誤差分布如表3所示。

12誤差分析及試驗(yàn)結(jié)論
(1)儀表顯示值的準(zhǔn)確度，即秤的動(dòng)態(tài)稱量精度，有1596包的數(shù)據(jù)控制在土0.2%以內(nèi)，占所有測(cè)試次數(shù)的99.13%o
(2)校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱重值的準(zhǔn)確度，即包裝精度。有1156包的數(shù)據(jù)控制在±0.1%(±25g)以內(nèi)，占全部抽包數(shù)據(jù)比例為72.2%；有1548包在±0.2%(±50g)以內(nèi)，占全部抽包比例為96.8%；余下總數(shù)的3.2%,即有52包超過(guò)了±50g,但均沒(méi)超過(guò)±100g,由此可以計(jì)算得單次稱量誤差沒(méi)有超過(guò)±4%〃。
(3)每10次稱量為一組進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，每組平均值的誤差均能控制在土1.6%o以內(nèi)。
(4)包裝物稱量平均值的誤差趨近于0。
(5)校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱量值以及儀表顯示值的離散情況均以正態(tài)分布反映。
(6)試驗(yàn)結(jié)論:按《定量包裝商品計(jì)量監(jiān)督管理辦法》【國(guó)家質(zhì)檢總局（2005）第75號(hào)令】中對(duì)凈含量為25kg的商品，允許負(fù)偏差為：1%（即為250g）o本次試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于《辦法》中的要求,由此本設(shè)計(jì)得到了很好的驗(yàn)證。
如上所述,DCS智能型定量包裝稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作工藝水平都達(dá)到了較高水準(zhǔn)，能保證精準(zhǔn)的計(jì)量性能和高效的包裝效率，根據(jù)各種行業(yè)的生產(chǎn)需求，開(kāi)發(fā)制造各種類型規(guī)格的DCS智能型定量包裝稱重系統(tǒng)，在生產(chǎn)流水線中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重和定量包裝，滿足現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，逐步廣泛應(yīng)用到食品、糧食、飼料、輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山等行業(yè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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