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定量包裝秤已廣泛應(yīng)用于食品、飼料、化工等行業(yè)，整個(gè)稱(chēng)量過(guò)程由電腦控制，自動(dòng)完成。具有稱(chēng)量速度快；稱(chēng)量精度高，省力，省人，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便的特點(diǎn)。例如,飼料稱(chēng)量計(jì)量包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱(chēng)量計(jì)量包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。過(guò)去采用機(jī)械稱(chēng)量、人工裝袋,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、稱(chēng)量精度差。
    近幾年,也開(kāi)始采用電子稱(chēng)量裝置使其靜態(tài)稱(chēng)量精度大大提高,但在飼料加工連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中,其動(dòng)態(tài)精度仍不能保證,因此,在快速自動(dòng)稱(chēng)量中如何提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)量精度,一直是飼料加工企業(yè)急需解決的難題。
    電子定量稱(chēng)重過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,而要準(zhǔn)確計(jì)量物料的質(zhì)量使其盡量接近標(biāo)準(zhǔn)值,就需要使動(dòng)態(tài)過(guò)程向靜態(tài)穩(wěn)定趨近,為此,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),從電氣控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)方面都將計(jì)量過(guò)程分為2個(gè)階段:粗喂料階段和細(xì)喂料階段。前者保證稱(chēng)重的速度,后者保證稱(chēng)重的精度。這樣一來(lái)可能產(chǎn)生2個(gè)問(wèn)題:一是保證計(jì)量精度但稱(chēng)重速度不夠;二是有較高的稱(chēng)量速度但計(jì)量精度不易保證。我國(guó)目前稱(chēng)重范圍在29~100kg的電子秤,計(jì)量精度和速度以及其他性能指標(biāo),與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品接近。但是25kg以下的小計(jì)量電子秤,尤其是015~5kg的計(jì)量秤,與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比有一定的差距。
    作者在為某企業(yè)研制飼料自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中,發(fā)現(xiàn)由于使用環(huán)境的差異或控制策略等原因,許多定量包裝秤的使用不盡如人意,尤其是企業(yè)為提高生產(chǎn)效率,快速、連續(xù)生產(chǎn)時(shí),稱(chēng)量精度很難保證,為此,本文應(yīng)用PLC作為動(dòng)態(tài)稱(chēng)量包裝測(cè)控設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些措施和動(dòng)態(tài)控制方法,較好地解決了稱(chēng)量速度與精度的矛盾,實(shí)現(xiàn)了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動(dòng)態(tài)稱(chēng)量計(jì)量的精度。
    1系統(tǒng)工作原理
    用稱(chēng)量傳感器、放大器和PLC組成測(cè)控系統(tǒng)來(lái)完成飼料的稱(chēng)重、計(jì)量、包裝的生產(chǎn)工藝過(guò)程,如圖1所示。該系統(tǒng)以PLC為核心,配以稱(chēng)重傳感器、放大器、各種電動(dòng)執(zhí)行器和機(jī)械裝置,實(shí)現(xiàn)飼料的動(dòng)態(tài)在線(xiàn)稱(chēng)重計(jì)量和包裝工作.
    圖1中稱(chēng)斗的上方是成品倉(cāng),該倉(cāng)中的原料是來(lái)自飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉(cāng)下是1臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋進(jìn)料裝置,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),則該成品倉(cāng)中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱(chēng)斗中稱(chēng)量。稱(chēng)斗上裝有3個(gè)S粱式應(yīng)變式拉力傳感器,稱(chēng)斗的質(zhì)量信號(hào)直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào),經(jīng)放大器把該電信號(hào)放大后送入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定值時(shí),PLC停止下料,然后PLC控制開(kāi)秤斗門(mén),并控制打包機(jī)自動(dòng)裝袋后由傳送帶送出。于是就完成了飼料稱(chēng)量打包的自動(dòng)化過(guò)程。

    2提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)量的硬件措施
    影響稱(chēng)重靜態(tài)精度來(lái)源于傳感器和放大器組成的硬件系統(tǒng),見(jiàn)圖2。該系統(tǒng)用3個(gè)拉力傳感器將飼料質(zhì)量W變換成線(xiàn)性關(guān)系的電信號(hào)Ux,并通過(guò)放大器進(jìn)行放大。圖中Un表示等效到放大器輸入端的噪聲和干擾電壓,vUi表示等效到輸入端的飄移電壓。設(shè)2級(jí)放大器的放大倍數(shù)為A,則U0=A(Ux+Un+Ui)=AUx+AUn+AUi式中的第2項(xiàng)主要影響靈敏度,第3項(xiàng)主要影響系統(tǒng)的精度。
 
    2.11影響傳感器的因素及解決辦法
    傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性除決定傳感器本身的性能外,還與供電電源和傳感器的安裝有密切關(guān)系。本系統(tǒng)采用3只UH61-100u型稱(chēng)重傳感器,每只傳感器單獨(dú)供電,通過(guò)調(diào)節(jié)其橋路電壓使3只傳感器的輸出靈敏度K相同,3只傳感器串聯(lián)輸出的電壓為Ux=K(E1+E2+E3)。為了提高每個(gè)傳感器供橋電壓的穩(wěn)定性,采用2次降壓,并對(duì)元件進(jìn)行老化,測(cè)試后進(jìn)行選配,特別是對(duì)基準(zhǔn)穩(wěn)壓管2DW233的老化處理和時(shí)漂測(cè)試,選擇時(shí)漂小的,通過(guò)調(diào)節(jié)其工作電流使其在接近零溫度系數(shù)下,使整個(gè)傳感器電源的溫度穩(wěn)定性?xún)?yōu)于110@10-5/e。
    3只拉力傳感器安裝在稱(chēng)斗和稱(chēng)架之間。如果傳感器承受的質(zhì)量與傳感器軸線(xiàn)存在夾角A則將產(chǎn)生橫向分力而引入誤差vW=W-WcosA。這對(duì)于每次稱(chēng)重25kg,在稱(chēng)斗皮重100kg的情況下,即3只100kg的傳感器實(shí)際負(fù)重為125kg。當(dāng)A=4b時(shí),稱(chēng)重誤差就為0143kg。因此,安裝傳感器時(shí)應(yīng)確保傳感器能垂直受力。
    2.12影響系統(tǒng)靈敏度的因素及解決辦法
    影響系統(tǒng)靈敏度的主要因素是檢測(cè)電路的內(nèi)部噪聲和外部干擾電壓Un,它與放大器所工作的頻帶相關(guān)。在研制中,通過(guò)選擇低噪聲器件,在滿(mǎn)足采集速度所需足夠?qū)挼念l帶的前提下,通過(guò)選配電阻來(lái)提高放大電路本身的共模抑制能力,整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)采用雙層屏蔽,采樣時(shí)間選為工頻周期整數(shù)倍等項(xiàng)措施,使整個(gè)系統(tǒng)獲得了能分辨5g質(zhì)量的靈敏度。
    2.13影響準(zhǔn)確度的主要因素及解決辦法
    影響準(zhǔn)確度的主要因素是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的非線(xiàn)性和漂移vUi,其中對(duì)于系統(tǒng)的非線(xiàn)性,在選配元器件校正的基礎(chǔ)上,采用了軟件修正;而對(duì)于隨溫度和時(shí)間產(chǎn)生的漂移電壓Ui,主要采用元器件的老化、測(cè)試與分選工藝,篩選掉時(shí)漂大的,然后選配溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,使整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)精度達(dá)到0107%,為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)精度稱(chēng)量奠定了基礎(chǔ)。
    3提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)重精度的軟件措施影響動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的主要因素是被稱(chēng)重物料的密度、流量和落差的大小,它是由成品料倉(cāng)的壓力和PLC所控制的進(jìn)料驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的。因此,改進(jìn)控制思路,借鑒靜態(tài)稱(chēng)量精度高的特點(diǎn)是提高動(dòng)態(tài)計(jì)量的關(guān)鍵。為此,我們選用雙速變徑變距螺旋下料機(jī),采用/先快后慢,最后點(diǎn)動(dòng)0的控制下料方式,見(jiàn)圖3。圖中:WX0為稱(chēng)重前PLC所采集的稱(chēng)斗皮重;由此PLC按照每包計(jì)量?jī)糍|(zhì)量的90%、95%和100%算出快速下料的終了值WX1、慢速下料的終了值WX2和稱(chēng)量終了值WX。其控制過(guò)程可以這樣簡(jiǎn)單說(shuō)明:在下料開(kāi)始一段時(shí)間,PLC控制絞籠電動(dòng)機(jī)快速下料,當(dāng)檢測(cè)達(dá)到快速下料終了值WX2時(shí),PLC關(guān)閉絞籠電動(dòng)機(jī)后采用/點(diǎn)動(dòng)0下料,當(dāng)達(dá)到或接近期望值WX時(shí)為止。
 
    按照上述思路,通過(guò)編寫(xiě)全動(dòng)態(tài)控制加料的快、慢速和點(diǎn)動(dòng)下料的軟件模塊,以及為消除空中落料對(duì)稱(chēng)量精度的影響,編寫(xiě)了自動(dòng)尋找提前停機(jī)量的軟件模塊等軟件措施。該系統(tǒng)使用1年來(lái),經(jīng)計(jì)量部門(mén)2次測(cè)試,整個(gè)系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確度優(yōu)于2%。
    4結(jié)論
采用PLC控制進(jìn)行飼料稱(chēng)重包裝,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量準(zhǔn)確、工作可靠,較好的兼顧了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量的精度和速度,滿(mǎn)足了在線(xiàn)快速動(dòng)態(tài)質(zhì)量計(jì)量的要求,對(duì)水泥、食鹽、面粉等的稱(chēng)重包裝有借鑒作用和推廣價(jià)值。                  

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