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隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和物料包裝技術(shù)水平的日益提高，對(duì)散裝物料的包裝提出了更高的要求。不僅要求稱量速度快、精度高，而且要求自動(dòng)化，甚至對(duì)包裝的形式也提出了各種不同的要求。DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)能夠滿足以上要求，被廣泛應(yīng)用在輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山、食品、糧食等行業(yè)，深受用戶的好評(píng)。

1 系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

1.1 組成

DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)主要由給料裝置、秤斗、秤體、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感器和控制儀表等組成。

該系統(tǒng)的工作過(guò)程是秤斗通過(guò)吊掛裝置直接掛在兩只懸臂梁式傳感器上，傳感器將重量信號(hào)傳輸給智能型控制儀表進(jìn)行自動(dòng)控制定量稱重。

 

1.2 系統(tǒng)主要性能與特點(diǎn)

1 ） 最大秤量：25kg、50kg等。

2 ） 稱量速度：最大秤量 25kg 時(shí)為 （200～400 ） 包 / 時(shí)，最大秤量 50kg 時(shí)為 （ 180～240 ） 包/ 時(shí)。

3 ） 最大允許誤差：±0.2%。

4 ） 適用范圍：用于面粉、淀粉、飼料以及食品、化工、輕工、建材、冶金等行業(yè)粉狀物料的自動(dòng)定量包裝。

5 ） 該系統(tǒng)具有精度高、整體性好、速度可調(diào)、環(huán)保操作和結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)。

2 稱重傳感器的選擇

2.1 稱重傳感器的選擇原則

1 ） 要滿足使用場(chǎng)所的環(huán)境溫度要求

如果電子衡器設(shè)備所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超出50℃及以上，首先應(yīng)選用耐高溫稱重傳感器，其它環(huán)境和使用場(chǎng)合可選用普通稱重傳感器。

2 ） 傳感器型式的選擇

傳感器型式的選擇主要取決于秤量系統(tǒng)的類型和安裝空間。當(dāng)然也要兼顧考慮其它方面，諸如周圍環(huán)境，加載類型等。對(duì)于智能型定量包裝稱重系統(tǒng)可選用懸臂梁式的稱重傳感器。

3 ） 傳感器量限的選擇

秤量系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量，其稱量準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于傳感器的載荷除被稱物以外，還存在秤體自重、皮重 （ 如料斗 ） 以及振動(dòng)沖擊等載荷的存在。因而不同的稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限原則差異極大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選用時(shí)應(yīng)使傳感器工作在該傳感器的 30%- 70%額定容量范圍內(nèi)。這樣既提高了系統(tǒng)的可靠性，又延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命。

4 ） 傳感器準(zhǔn)確度的選擇

傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇，既要滿足電子秤對(duì)準(zhǔn)確度級(jí)別的要求，又要考慮到價(jià)格的低廉。

當(dāng)用幾只相同形式和相同額定量限傳感器時(shí)，根據(jù)誤差分析知道其綜合誤差為：

式中：△'——由 n 個(gè)傳感器組成的秤量系統(tǒng)綜合誤差；

△     ——單個(gè)傳感器的綜合誤差；

n——傳感器個(gè)數(shù)。

由此可見(jiàn)，當(dāng)用兩只準(zhǔn)確度和容量相同的傳感器組成一個(gè)定量稱量系統(tǒng)時(shí)的誤差為使用一個(gè)傳感器的 1/ ，當(dāng)然，這是僅考慮傳感器這一項(xiàng)誤差得到的結(jié)果，實(shí)際使用中還要考慮有關(guān)秤的各項(xiàng)誤差分配等。

 

3 智能稱重控制儀的設(shè)計(jì)

智能型定量稱重控制儀是自動(dòng)定量包裝稱重系統(tǒng)的控制中心，它以微電腦為中心，配備高性能放大器、濾波器以及 A/D 轉(zhuǎn)換器，組成一個(gè)具有體積小、精度優(yōu)越、可靠性高、功能齊全和調(diào)試方便的測(cè)控系統(tǒng)。

3.1 稱重控制儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能型稱重控制儀的工作原理是當(dāng)傳感器承受到物料的重量時(shí)，將重量信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹练?jí)的電壓信號(hào)，并輸出給儀表，經(jīng)放大器放大后再通過(guò) A/D 交換器轉(zhuǎn)換成供計(jì)算機(jī)用的數(shù)字量，計(jì)算機(jī)讀到數(shù)據(jù)后進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理及分析，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)驅(qū)動(dòng)。最后控制電磁閥，由此實(shí)現(xiàn)了控制過(guò)程。

3.2 稱重控制儀的軟件設(shè)計(jì)與功能

從功能上考慮，智能型定量稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)包括監(jiān)拴程序、初始化及功能判斷程序、自校程序和計(jì)量程序四個(gè)部分。其中監(jiān)控為調(diào)試用程序，它不參與儀表的控制。其它三部分程序應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：

①初始化及功能判斷程序，該程序的目的是完成輸入、輸出口的設(shè)置、中斷向量的設(shè)置以及特定內(nèi)存的設(shè)置，并通過(guò)此程序決定下一步工作是執(zhí)行自校還是計(jì)量。

②自校程序，其功能是不斷對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行采樣并顯示，以便調(diào)整儀表和稱重傳感器的零點(diǎn)及靈敏度。

③計(jì)量程序，計(jì)量程序可根據(jù)圖 3 所示時(shí)序和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖中 t ₀ t ₁ ′為粗喂料階段，t ₁ 為關(guān)粗喂料時(shí)刻；t ₁ t ₂ ′為細(xì)喂料階段，t ₂ 為關(guān)細(xì)喂料時(shí)刻；t ₂ t ₃ 為等待空間落料和稱重顯示階段；t ₃ t ₄ 為排放物料階段。圖中 W ₁ 為關(guān)粗喂料的重量設(shè)定值，W ₂ 為關(guān)細(xì)喂料的重量設(shè)定值，W 為實(shí)際物料重量。

 

4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)控制系統(tǒng)由分水濾氣器、調(diào)壓閥、油霧器、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、氣缸和氣流振動(dòng)器組成，在定量包裝稱重系統(tǒng)中起著控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用。

氣動(dòng)控制原理是當(dāng)開(kāi)底放料、料斗內(nèi)物料放空時(shí)，高壓氣流通入氣流振動(dòng)器，產(chǎn)生高頻振動(dòng)，清除振落粘附在料斗內(nèi)壁上的積粉，有利于提高稱量準(zhǔn)確度。

DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)配備的氣源為 （ 0.4～0.6 ） MPa，0.1m 3 /min。

 

5 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)的應(yīng)用與誤差分析

DCS 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)在輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山、食品、糧食等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，因此，弄清該系統(tǒng)在自動(dòng)稱量中的計(jì)量精度及誤差分布很有必要。

5.1 試驗(yàn)定量秤的性能規(guī)格

1 ） 最大秤量：25kg/ 每次。

2 ） 計(jì)量準(zhǔn)確度：靜態(tài)±0.1%，動(dòng)態(tài)±0.2%。

3 ） 包裝準(zhǔn)確度：十次稱量平均值的允差±1.6‰，單次稱量的允差±4‰。

4 ） 稱量速度：240～320 次 / 時(shí)。

5.2 試驗(yàn)條件

1 ） 試驗(yàn)用物料

① 標(biāo)準(zhǔn)粉，含水分 14%。

② 生產(chǎn)流程中的粉料，流量波動(dòng)較大。

2 ） 試驗(yàn)設(shè)備

① 三倍于自動(dòng)稱量準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)衡器一臺(tái)；

② 分度為 1/10s 的秒表一只；

③ 四等砝碼按需要數(shù)量準(zhǔn)備。

3 ） 氣源

氣源為面粉廠集中供氣，秤上調(diào)壓到 0.35MPa。

5.3 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)中對(duì)樣機(jī)稱量準(zhǔn)確度作了實(shí)測(cè)記錄。記錄儀表顯示值，并在校驗(yàn)秤上測(cè)出對(duì)應(yīng)面粉包的實(shí)際重量。

1 ） 儀表顯示值共記錄 1600 次。

2 ） 校驗(yàn)秤共校驗(yàn)稱重對(duì)應(yīng)的 1600 個(gè)面粉包的重量。

5.4 誤差分布

1 ） 以每次稱重顯示的重量值為縱坐標(biāo)，稱重次數(shù)按比例在橫坐標(biāo)上作圖，得到稱重顯示值的誤差分布。

2 ） 以面粉包在校驗(yàn)秤上稱重的偏差值為縱坐標(biāo)，校驗(yàn)稱重次數(shù)按比例在橫坐標(biāo)上作圖，得到1600 個(gè)面粉包校驗(yàn)值的誤差分布。

5.5 誤差分析

1 ） 秤的動(dòng)態(tài)稱量精度，即儀表顯示值的準(zhǔn)確度，在±0.2%以內(nèi)的為 1596 次，占全部次數(shù)的99.13%。

2 ） 包裝精度，即校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱重值的準(zhǔn)確度，在±0.1%以內(nèi)的包數(shù)為 1156 次，占全部次數(shù)的 72.25%，在±0.2%以內(nèi)的包數(shù)為 1548 次，占全部次數(shù)的 96.75%；其余占總數(shù) 3.25%的 52 次超過(guò)±50g，但均不超過(guò)±100g，即單次稱量誤差在±4‰以內(nèi)。

3 ） 每 10 次稱量為一組，每組平均值的誤差在±1.6‰以內(nèi)。

4 ） 包裝物稱量平均值的誤差接近于 0。

5 ） 儀表顯示值和校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱量值的離散情況均按正態(tài)分布。

6 結(jié)語(yǔ)

如上所述，DCS 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)無(wú)論是在計(jì)量性能上，還是在包裝功能上都能滿足現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，在生產(chǎn)流水線中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重和定量包裝，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 
參考文獻(xiàn)：

[1] 施漢謙,宋文敏.電子秤技術(shù)[M].中國(guó)計(jì)量出版社,1991.9.

[2] 顧水根.定量秤[M].中國(guó)計(jì)量出版社,1994.5.

 

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和物料包裝技術(shù)水平的日益提高，對(duì)散裝物料的包裝提出了更高的要求。不僅要求稱量速度快、精度高，而且要求自動(dòng)化，甚至對(duì)包裝的形式也提出了各種不同的要求。DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)能夠滿足以上要求，被廣泛應(yīng)用在輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山、食品、糧食等行業(yè)，深受用戶的好評(píng)。

1 系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

1.1 組成

DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)主要由給料裝置、秤斗、秤體、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感器和控制儀表等組成，如圖 1 所示。

該系統(tǒng)的工作過(guò)程是秤斗通過(guò)吊掛裝置直接掛在兩只懸臂梁式傳感器上，傳感器將重量信號(hào)傳輸給智能型控制儀表進(jìn)行自動(dòng)控制定量稱重。

 

1.2 系統(tǒng)主要性能與特點(diǎn)

1 ） 最大秤量：25kg、50kg等。

2 ） 稱量速度：最大秤量 25kg 時(shí)為 （200～400 ） 包 / 時(shí)，最大秤量 50kg 時(shí)為 （ 180～240 ） 包/ 時(shí)。

3 ） 最大允許誤差：±0.2%。

4 ） 適用范圍：用于面粉、淀粉、飼料以及食品、化工、輕工、建材、冶金等行業(yè)粉狀物料的自動(dòng)定量包裝。

5 ） 該系統(tǒng)具有精度高、整體性好、速度可調(diào)、環(huán)保操作和結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)。

2 稱重傳感器的選擇

2.1 稱重傳感器的選擇原則

1 ） 要滿足使用場(chǎng)所的環(huán)境溫度要求

如果電子衡器設(shè)備所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超出50℃及以上，首先應(yīng)選用耐高溫稱重傳感器，其它環(huán)境和使用場(chǎng)合可選用普通稱重傳感器。

2 ） 傳感器型式的選擇

傳感器型式的選擇主要取決于秤量系統(tǒng)的類型和安裝空間。當(dāng)然也要兼顧考慮其它方面，諸如周圍環(huán)境，加載類型等。對(duì)于智能型定量包裝稱重系統(tǒng)可選用懸臂梁式的稱重傳感器。

3 ） 傳感器量限的選擇

秤量系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量，其稱量準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于傳感器的載荷除被稱物以外，還存在秤體自重、皮重 （ 如料斗 ） 以及振動(dòng)沖擊等載荷的存在。因而不同的稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限原則差異極大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選用時(shí)應(yīng)使傳感器工作在該傳感器的 30%- 70%額定容量范圍內(nèi)。這樣既提高了系統(tǒng)的可靠性，又延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命。

4 ） 傳感器準(zhǔn)確度的選擇

傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇，既要滿足電子秤對(duì)準(zhǔn)確度級(jí)別的要求，又要考慮到價(jià)格的低廉。

當(dāng)用幾只相同形式和相同額定量限傳感器時(shí)，根據(jù)誤差分析知道其綜合誤差為：

式中：△'——由 n 個(gè)傳感器組成的秤量系統(tǒng)綜合誤差；

△     ——單個(gè)傳感器的綜合誤差；

n——傳感器個(gè)數(shù)。

由此可見(jiàn)，當(dāng)用兩只準(zhǔn)確度和容量相同的傳感器組成一個(gè)定量稱量系統(tǒng)時(shí)的誤差為使用一個(gè)傳感器的 1/ ，當(dāng)然，這是僅考慮傳感器這一項(xiàng)誤差得到的結(jié)果，實(shí)際使用中還要考慮有關(guān)秤的各項(xiàng)誤差分配等。

 

3 智能稱重控制儀的設(shè)計(jì)

智能型定量稱重控制儀是自動(dòng)定量包裝稱重系統(tǒng)的控制中心，它以微電腦為中心，配備高性能放大器、濾波器以及 A/D 轉(zhuǎn)換器，組成一個(gè)具有體積小、精度優(yōu)越、可靠性高、功能齊全和調(diào)試方便的測(cè)控系統(tǒng)。

3.1 稱重控制儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能型稱重控制儀的工作原理是當(dāng)傳感器承受到物料的重量時(shí)，將重量信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹练?jí)的電壓信號(hào)，并輸出給儀表，經(jīng)放大器放大后再通過(guò) A/D 交換器轉(zhuǎn)換成供計(jì)算機(jī)用的數(shù)字量，計(jì)算機(jī)讀到數(shù)據(jù)后進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理及分析，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)驅(qū)動(dòng)。最后控制電磁閥，由此實(shí)現(xiàn)了控制過(guò)程。

3.2 稱重控制儀的軟件設(shè)計(jì)與功能

從功能上考慮，智能型定量稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)包括監(jiān)拴程序、初始化及功能判斷程序、自校程序和計(jì)量程序四個(gè)部分。其中監(jiān)控為調(diào)試用程序，它不參與儀表的控制。其它三部分程序應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：

①初始化及功能判斷程序，該程序的目的是完成輸入、輸出口的設(shè)置、中斷向量的設(shè)置以及特定內(nèi)存的設(shè)置，并通過(guò)此程序決定下一步工作是執(zhí)行自校還是計(jì)量。

②自校程序，其功能是不斷對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行采樣并顯示，以便調(diào)整儀表和稱重傳感器的零點(diǎn)及靈敏度。

③計(jì)量程序，計(jì)量程序可根據(jù)圖 3 所示時(shí)序和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖中 t ₀ t ₁ ′為粗喂料階段，t ₁ 為關(guān)粗喂料時(shí)刻；t ₁ t ₂ ′為細(xì)喂料階段，t ₂ 為關(guān)細(xì)喂料時(shí)刻；t ₂ t ₃ 為等待空間落料和稱重顯示階段；t ₃ t ₄ 為排放物料階段。圖中 W ₁ 為關(guān)粗喂料的重量設(shè)定值，W ₂ 為關(guān)細(xì)喂料的重量設(shè)定值，W 為實(shí)際物料重量。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖如圖 4、圖 5 所示。

 

 

4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)控制系統(tǒng)由分水濾氣器、調(diào)壓閥、油霧器、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、氣缸和氣流振動(dòng)器組成，在定量包裝稱重系統(tǒng)中起著控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用，其組成結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。

氣動(dòng)控制原理是當(dāng)開(kāi)底放料、料斗內(nèi)物料放空時(shí)，高壓氣流通入氣流振動(dòng)器，產(chǎn)生高頻振動(dòng)，清除振落粘附在料斗內(nèi)壁上的積粉，有利于提高稱量準(zhǔn)確度。

DCS 系列智能型定量包裝稱重系統(tǒng)配備的氣源為 （ 0.4～0.6 ） MPa，0.1m 3 /min。

 

5 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)的應(yīng)用與誤差分析

DCS 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)在輕工、化工、冶金、建材、港口、礦山、食品、糧食等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，因此，弄清該系統(tǒng)在自動(dòng)稱量中的計(jì)量精度及誤差分布很有必要。

5.1 試驗(yàn)定量秤的性能規(guī)格

1 ） 最大秤量：25kg/ 每次。

2 ） 計(jì)量準(zhǔn)確度：靜態(tài)±0.1%，動(dòng)態(tài)±0.2%。

3 ） 包裝準(zhǔn)確度：十次稱量平均值的允差±1.6‰，單次稱量的允差±4‰。

4 ） 稱量速度：240～320 次 / 時(shí)。

5.2 試驗(yàn)條件

1 ） 試驗(yàn)用物料

① 標(biāo)準(zhǔn)粉，含水分 14%。

② 生產(chǎn)流程中的粉料，流量波動(dòng)較大。

2 ） 試驗(yàn)設(shè)備

① 三倍于自動(dòng)稱量準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)衡器一臺(tái)；

② 分度為 1/10s 的秒表一只；

③ 四等砝碼按需要數(shù)量準(zhǔn)備。

3 ） 氣源

氣源為面粉廠集中供氣，秤上調(diào)壓到 0.35MPa。

5.3 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)中對(duì)樣機(jī)稱量準(zhǔn)確度作了實(shí)測(cè)記錄。記錄儀表顯示值，并在校驗(yàn)秤上測(cè)出對(duì)應(yīng)面粉包的實(shí)際重量。

1 ） 儀表顯示值共記錄 1600 次。

2 ） 校驗(yàn)秤共校驗(yàn)稱重對(duì)應(yīng)的 1600 個(gè)面粉包的重量。

5.4 誤差分布

1 ） 以每次稱重顯示的重量值為縱坐標(biāo)，稱重次數(shù)按比例在橫坐標(biāo)上作圖，得到稱重顯示值的誤差分布，如圖 7 所示。

2 ） 以面粉包在校驗(yàn)秤上稱重的偏差值為縱坐標(biāo)，校驗(yàn)稱重次數(shù)按比例在橫坐標(biāo)上作圖，得到1600 個(gè)面粉包校驗(yàn)值的誤差分布，如圖 8 所示。

5.5 誤差分析

1 ） 秤的動(dòng)態(tài)稱量精度，即儀表顯示值的準(zhǔn)確度，在±0.2%以內(nèi)的為 1596 次，占全部次數(shù)的99.13%。

2 ） 包裝精度，即校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱重值的準(zhǔn)確度，在±0.1%以內(nèi)的包數(shù)為 1156 次，占全部次數(shù)的 72.25%，在±0.2%以內(nèi)的包數(shù)為 1548 次，占全部次數(shù)的 96.75%；其余占總數(shù) 3.25%的 52 次超過(guò)±50g，但均不超過(guò)±100g，即單次稱量誤差在±4‰以內(nèi)。

3 ） 每 10 次稱量為一組，每組平均值的誤差在±1.6‰以內(nèi)。

4 ） 包裝物稱量平均值的誤差接近于 0。

5 ） 儀表顯示值和校驗(yàn)秤校驗(yàn)稱量值的離散情況均按正態(tài)分布。

6 結(jié)語(yǔ)

如上所述，DCS 智能型定量包裝稱重系統(tǒng)無(wú)論是在計(jì)量性能上，還是在包裝功能上都能滿足現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，在生產(chǎn)流水線中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重和定量包裝，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

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