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針對散裝物料的定量包裝要求越來越高，不但要求包裝計量要又快又準(zhǔn)，還要求自動化程度要高,更要滿足不同要求的各種包裝形式。DCS（DistributedControlSystem的縮寫）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)（以下簡稱“DCS稱重系統(tǒng)”）的設(shè)計與應(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)
的新型的計算機(jī)控制系統(tǒng);雖然它的開發(fā)基礎(chǔ)是源于集中式控制系統(tǒng)，但經(jīng)過不斷地更新改良,已發(fā)展成多級計算機(jī)控制系統(tǒng),是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，組合了過程控制級、監(jiān)控級,結(jié)合了4C技術(shù)：即計算機(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現(xiàn)方法。DCS的基本設(shè)計思路是采取分散控制，便于集中操作,運用分級的管理方式，從而實現(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；8-雙螺旋;9-給料口；10-電磁閥；11-給料裝置；12-傳動部分。
該系統(tǒng)把秤斗通過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)生了重量信號后，智能型控制儀表會接收到由稱重傳感器傳輸過來的重量信號,進(jìn)而通過運算，自動完成控制定量稱重。
2系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與特點
(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，可以達(dá)到每小時計量包裝(200~400)包/袋;最大秤量為50kg時，則可達(dá)到每小時計量包裝(180~240)包/袋。
(3)計量準(zhǔn)確度等級：X(0.2)級，動態(tài)測試時最大允許誤差:±0.2%(參照(JJG564-2002重力式自動裝料衡器》國家計量檢定規(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)行自動定量包裝。
(5)系統(tǒng)特點:計量精度高、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。
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重要考量。本文中設(shè)計的智能型定量包裝稱重系統(tǒng)，綜合考慮上述兩個因素,決定選用懸臂梁式的稱重傳感器。
(2)應(yīng)適合使用場所的環(huán)境條件
在一般的使用場合,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)場環(huán)境溫度如果會超出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，還會有因為結(jié)構(gòu)的振動和沖擊而產(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。
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，同時還能保護(hù)傳感器避免因過度使用而損傷。
(4)傳感器準(zhǔn)確度的選擇
要滿足稱重系統(tǒng)對于準(zhǔn)確度級別的要求,又要經(jīng)濟(jì)適用。稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級劃分如表1所示。

當(dāng)采用n只同型號的傳感器時，其綜合誤差通過誤差分析可得：
N*    (1)
a/H
式中:A'—n個傳感器組成的秤量系統(tǒng)的綜合誤差；
△一一個傳感器的獨立誤差；
n-采用傳感器的個數(shù)。
當(dāng)一個定量稱量系統(tǒng)是由兩只具有相同的準(zhǔn)確度和容量的傳感器組成時，其誤差等于使用一個傳感器的誤差的%，這一結(jié)果僅僅是單獨考慮傳感器一項誤差引入系統(tǒng)時得出的，在實際使用中不能簡單劃分，需綜合考量秤的每一個誤差分配。
4智能稱重控制儀的設(shè)計要點
智能型定量稱重控制儀是自動定量包裝稱重系統(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)合為一體化的測控系統(tǒng)，它有以下優(yōu)點: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
當(dāng)稱重傳感器承受到物料的重量時，傳感器將重量信息轉(zhuǎn)化為毫伏級的電壓信號，并輸出給儀表,由信號放大器放大后，再經(jīng)過A/D交換器轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別的數(shù)字量，計算機(jī)接收到數(shù)據(jù)后會根據(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，這些信號經(jīng)過多級驅(qū)動，控制電磁閥工作，從而完成整個控制過程。

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)計與功能
智能型定量稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計需有以下四個部分：
(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，此程序還有一個功能是判斷下一步的工作流程是計量或者自校；
(3)自校程序：持續(xù)地對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行采樣、顯示，調(diào)校稱重傳感器的零點及儀表靈敏度,作為判斷指標(biāo)使用；
(4)計量程序:本例中，根據(jù)圖3所示的編制，設(shè)計計量程序的功能和時序如下，粗喂料的過程經(jīng)歷姑~給'時間段，到達(dá)勺時，系統(tǒng)關(guān)閉粗喂料;細(xì)喂料過程經(jīng)歷~4'時間段，到達(dá)h時,系統(tǒng)關(guān)閉細(xì)喂料;等待空間落料和顯示稱重這段時間為&~如；排放物料為勾~時間段。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)計框圖。

7氣動控制系統(tǒng)設(shè)計
氣動控制系統(tǒng)如圖6所示,作為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),在整個定量包裝稱重系統(tǒng)中的作用十分重要。
氣動控制原理是當(dāng)清空料斗內(nèi)的物料時，氣流振動器里充入高壓氣流,持續(xù)產(chǎn)生高頻率的振動，料斗內(nèi)壁上粘附的積粉在高頻振動下被振落清除，從而保證經(jīng)過計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試驗定量秤的性能規(guī)格
(1)設(shè)定包裝重量：25kg。
(2)計量的準(zhǔn)確度要求:靜態(tài)稱量時的允許誤差為設(shè)定重量的±0.1%;動態(tài)稱量時的允許誤差為設(shè)定重量的±0.2%。

圖6氣動控制系統(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:每小時為(240-320)次。
9試驗的條件要求
(1)試驗用物料要求
①含水率為14%的標(biāo)準(zhǔn)面粉；
②生產(chǎn)流程中流量波動較大的粉料。
(2)試驗設(shè)備
①一臺用于檢驗的電子秤，準(zhǔn)確度要求:優(yōu)于自動稱量準(zhǔn)確度要求的1/3；
②一只分度值為0.Is的秒表；
③M|等級標(biāo)準(zhǔn)瑟碼,5kg重量5只。
(3)氣源：自動秤上的氣壓保持在0.35MPa。

10試驗內(nèi)容
在本次試驗中，需要對樣機(jī)的包裝成品重量進(jìn)行連續(xù)不間斷的實測記錄，首先要記錄儀表顯示值,之后在校驗秤上稱量面粉包的重量，作為面粉包的實際重量。根據(jù)兩批記錄值作對比,對樣機(jī)的稱量準(zhǔn)確度作出判斷。
(1)共記錄1600次儀表顯示值。
(2)用校驗秤對1600個面粉包的重量一一對
應(yīng)進(jìn)行校驗稱重，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袋面粉包用檢驗秤所得校驗值的誤差分布如表3所示。

12誤差分析及試驗結(jié)論
(1)儀表顯示值的準(zhǔn)確度，即秤的動態(tài)稱量精度，有1596包的數(shù)據(jù)控制在土0.2%以內(nèi)，占所有測試次數(shù)的99.13%o
(2)校驗秤校驗稱重值的準(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包超過了±50g,但均沒超過±100g,由此可以計算得單次稱量誤差沒有超過±4%〃。
(3)每10次稱量為一組進(jìn)行連續(xù)測試，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)校驗秤校驗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)試驗結(jié)論:按《定量包裝商品計量監(jiān)督管理辦法》【國家質(zhì)檢總局（2005）第75號令】中對凈含量為25kg的商品，允許負(fù)偏差為：1%（即為250g）o本次試驗結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于《辦法》中的要求,由此本設(shè)計得到了很好的驗證。
如上所述,DCS智能型定量包裝稱重系統(tǒng)的設(shè)計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)流水線中實現(xiàn)自動稱重和定量包裝，滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(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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