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定量包裝秤和動(dòng)態(tài)稱重準(zhǔn)確度問(wèn)題概述
如今的生產(chǎn)和流通的日益社會(huì)化和現(xiàn)代化,產(chǎn)品包裝機(jī)械正開(kāi)始淘汰機(jī)械稱量、人工裝袋的生產(chǎn)方式,逐步現(xiàn)代化。定量包裝控制儀表已廣泛應(yīng)用于食品、化工等行業(yè)。采用電子稱量裝置使靜態(tài)稱量準(zhǔn)確度大提高,但在企業(yè)加工連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中,其動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度仍不能保證。因此,在快速自動(dòng)稱量中如何提高動(dòng)態(tài)稱量準(zhǔn)確度,一直是企業(yè)急需解決的難題。
電子定量稱重過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,而要準(zhǔn)確計(jì)量物料的重量使其盡量接近標(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)程分為兩個(gè)階段:粗喂料階段和細(xì)喂料階段。前者保證稱重的速度,后者保證稱重的準(zhǔn)確度。這樣一來(lái)可能產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題:一是保證計(jì)量準(zhǔn)確度但稱重速度不夠;二是較高的稱量速度,但計(jì)量準(zhǔn)確度不易保證。我國(guó)目前稱重范圍在29kg~100kg電子秤,計(jì)量準(zhǔn)確度和速度以及其他性能指標(biāo),與國(guó)外同類產(chǎn)品接近。但是25kg以下的小計(jì)量電子秤,尤其是0·5kg~5kg的計(jì)量,與國(guó)外同類產(chǎn)品相比有一定差距。
筆者在為某企業(yè)研制飼料自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中,應(yīng)用可編程序控制器(PLC)作為動(dòng)態(tài)稱量包裝測(cè)控設(shè)備,硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些方法和動(dòng)態(tài)控制方法,較好地兼顧了稱量速度與準(zhǔn)確度的矛盾,保證了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動(dòng)態(tài)稱量計(jì)量的準(zhǔn)確度。
二、定量包裝秤系統(tǒng)工作原理
用稱重傳感器,放大器和PLC組成測(cè)控系統(tǒng)來(lái)完成飼料的稱重、計(jì)量、包裝的生產(chǎn)工藝過(guò)程,如圖1中。該系數(shù)以PLC為核心,配以稱重傳感器、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)在線稱量計(jì)量和包裝工作。圖1所示秤斗的上方是成品倉(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)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)入秤斗中稱量。秤斗上裝有3個(gè)S梁式應(yīng)變式拉力傳感器,秤斗的重量信號(hào)
直接由該傳感器組成轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào),經(jīng)放大器把該信號(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,并控制打包機(jī)自動(dòng)裝袋然后由傳送帶送出,于是就完成了飼料稱量打包的自動(dòng)化過(guò)程。
定量包裝秤工作原理圖2提高動(dòng)態(tài)稱量精確度的硬件方法
影響稱重靜態(tài)準(zhǔn)確度來(lái)源于傳感器和放大器組成的硬件系統(tǒng),重量信號(hào)采集電路原理,如圖2所示。該系統(tǒng)用3個(gè)拉力傳感器,將飼料重量W變換成線性關(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,ΔUi表示等效到輸入端的飄移電壓。設(shè)兩級(jí)放大器的放大倍數(shù)為A則：
Uo=A(UX+UN+Ui)
=AUX+AUN+AUi
式中的第二項(xiàng)主要影響靈敏度,第三項(xiàng)主要影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
影響動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)靈敏度的因素及解決辦法
影響動(dòng)態(tài)稱重系統(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)方法,使整個(gè)系統(tǒng)獲得了能分辨5g重量的靈度。
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)的非線性和漂移ΔUi,其中對(duì)于系統(tǒng)的非線性,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)準(zhǔn)確度達(dá)到了0·07%,為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度稱量奠定了基礎(chǔ)。
提高動(dòng)態(tài)稱重準(zhǔn)確度的軟件方法
影響動(dòng)態(tài)稱重的主要因素是被稱重物料的比重、流量和落差的大小,它是由成品料倉(cāng)的壓力和PCL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)稱量準(zhǔn)確度高的特點(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)”的控制下料方式,放料控制方式示意如圖3所示。圖中:WX0為稱重前PLC所采集的秤斗皮重;由此PLC按照每包計(jì)量?jī)糁亓康?0%、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WX2時(shí),PLC關(guān)閉絞籠電動(dòng)機(jī)后采用“點(diǎn)動(dòng)”下料。
提高動(dòng)態(tài)稱重準(zhǔn)確度方法示意
按照上述思路,通過(guò)編寫(xiě)全動(dòng)態(tài)控制加料的快、慢速加料和點(diǎn)動(dòng)下料的軟件模塊,以及為消除空中落料對(duì)稱量準(zhǔn)確度的影響,所編寫(xiě)的自動(dòng)尋找提前停機(jī)量的軟件模塊等軟件方法。該系統(tǒng)使用一年來(lái),經(jīng)計(jì)量部門兩次測(cè)試,整個(gè)系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確度優(yōu)于2%。
總結(jié)
采用PLC控制進(jìn)行飼料配料稱重包裝,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)稱重計(jì)量的準(zhǔn)確度和速度,滿足了在線快速動(dòng)態(tài)重量計(jì)量的要求,對(duì)水泥、食鹽、面粉等的稱重包裝有借鑒作用和推廣價(jià)值。

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