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飼料質(zhì)量計量和自動包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱量和自動包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。過去采用機(jī)械稱量、 人工裝袋, 勞動強(qiáng)度大、 速度慢、 精度低。近幾年, 采用電子稱量裝置雖然可使其靜態(tài)稱量精度大大提高, 但在飼料加工連續(xù)生產(chǎn)過程中, 其動態(tài)精度仍不能保證。因此, 在快速自動稱量中如何提高動態(tài)稱量精度,一直是飼料加工企業(yè)急需解決的難題。

筆者在對一家飼料公司設(shè)備進(jìn)行飼料自動化改造中, 應(yīng)用PLC作為動態(tài)稱量包裝測控設(shè)備, 在硬件和軟件設(shè)計中采用了一些措施和動態(tài)控制方法, 較好地解決了稱量速度與精度的矛盾, 實現(xiàn)了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動態(tài)稱量計量的精度。

1  系統(tǒng)總體框圖及工作原理

用稱量傳感器、 放大器和 PLC組成測控系統(tǒng)來完成飼料的稱量、 計量、 包裝的生產(chǎn)工藝過程。該系統(tǒng)以 PLC為核心, 配以稱重傳感器、 放大器、各種電動執(zhí)行器和機(jī)械裝置,實現(xiàn)飼料的動態(tài)在線稱量計量和包裝工作[ 1] 。
 

稱斗的上方是成品倉, 該倉中的原料是來至飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉下是一臺電動機(jī)驅(qū)動的螺旋進(jìn)料裝置, 啟動電動機(jī), 則該成品倉中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱斗中稱量。稱斗上裝有二個 S梁式應(yīng)變式拉力傳感器, 稱斗的質(zhì)量信號直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電壓信號, 經(jīng)放大器把該電壓信號放大后送入 PLC模擬量模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時, PLC控制停止下料, 然后 PLC控制開稱斗門, 并控制打包機(jī)自動裝袋后由傳送帶送出。于是, 就完成了飼料稱量打包的自動化過程[2] 。

系統(tǒng)采用二級給料方式。粗給料流量大, 用短時間加入額定重量的 90% ~ 95%。細(xì)給料流量小, 為額定重量的 5% ~10%。這樣即可保證速度, 又可保證精度。
 

在每個稱量循環(huán)中, 關(guān)稱斗后測皮的質(zhì)量, 以消除由于物料的粘附引起的稱量誤差; 停機(jī)時設(shè)置處理功能, 保證停機(jī)排空稱斗內(nèi)物料。一方面可保證下次開機(jī)時稱斗無料, 且避免了物料較長時間停留在稱斗內(nèi)吸濕而凝結(jié)在稱斗壁上, 細(xì)加料信號設(shè)置后, 待其穩(wěn)定, 然后進(jìn)行實測, 得到誤差, 以使下一個循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正[ 3] 。

系統(tǒng)功能為:

( 1)對裝袋質(zhì)量實現(xiàn)自動控制, 其設(shè)定值可由編程器設(shè)置; ( 2)對每次放料后稱斗的皮重進(jìn)行檢測修正; ( 3)對稱量誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償; ( 4)實現(xiàn)自動包裝; ( 5)故障檢測、 報警。系統(tǒng)質(zhì)量設(shè)定值為: 50 . 00kg , 動態(tài)誤差為: + 0. 5kg , 包裝速度: 4~ 6袋 /m in。

2  系統(tǒng)主要組成

2. 1  稱量傳感器

目前, 在稱質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器, 分為金屬絲電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式 2種[ 4] 。前者具有精度高、 溫度影響小、 線度和重復(fù)性好的優(yōu)點, 但價格較高, 輸出靈敏度低; 后者性能與前者相反, 在精度和溫度特性方面較前者差一個數(shù)量級, 而輸出靈敏度比前者高一個數(shù)量級, 價格為前者的一半。根據(jù)實際控制要求和工作環(huán)境, 選用 T - BX 型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器, 該傳感器為 S型結(jié)構(gòu), 拉壓兩壓, 系統(tǒng)中選用兩個傳感器, 采用串聯(lián)方法。

2. 2  控制器

為實現(xiàn)準(zhǔn)確計量, 本系統(tǒng)除開關(guān)量控制外, 還需要較高分辨率的模擬量通道, 綜合比較各種產(chǎn)品后, 選用了西門子 S7-200(CPU224)小型 PLC外加擴(kuò)展模塊構(gòu)成系統(tǒng)控制器[ 5] 。系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號有啟動按鍵、 停機(jī)鍵、 斗門狀態(tài)、 夾袋夾緊和氣源壓力開關(guān)等檢測信號; 開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料氣缸、 放料氣缸、 夾袋氣缸等控制信號和一些顯示、 報警輸出信號。模擬量輸入模塊 EM 231接收傳感器質(zhì)量輸入信號, 其中稱量斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測用接近開關(guān), 緩沖料門、 稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控制[ 6] 。
 

2. 3  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, 通過選配電阻來提高放大電路本身的共模抑制能力, 整個檢測系統(tǒng)采用雙層屏蔽, 采樣時間定為工頻周期整數(shù)倍等項措施, 使整個系統(tǒng)獲得了能分辨 5g質(zhì)量的靈敏度。

2. 4  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檢測系統(tǒng)的非線性和漂移△U i 。 其中系統(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，而對于隨溫度和時間產(chǎn)生的漂移電壓△U i, 主要采用元器件的老化、 測試與分選工藝, 篩選掉漂移電壓大的, 然后選配溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償, 使整個系統(tǒng)的靜態(tài)精度達(dá)到了0. 07%, 為實現(xiàn)動態(tài)稱量精度奠定了基礎(chǔ)。

3  結(jié)  語

采用 PLC控制進(jìn)行飼料稱量包裝, 具有結(jié)構(gòu)簡單、 計量準(zhǔn)確、 工作可靠, 較好的兼顧了動態(tài)稱量計量的精度和速度, 滿足了在線快速動態(tài)質(zhì)量計量的要求, 對水泥、 食鹽、 面粉等的稱量包裝有借鑒作用和推廣價值。另外原系統(tǒng)上加裝一些 I/O模塊, 還可以實現(xiàn)其它設(shè)備的進(jìn)一步控制。

參考文獻(xiàn):

[ 1]   劉乘, 李曉明. PLC在包裝機(jī)械上的應(yīng)用 [ J]. 包裝工程, 2004 , 25( 2): 50- 51.

[ 2]   陳艷. 混和式定量原理在包裝機(jī)中的應(yīng)用 [ J]. 糧食加工與食品機(jī)械, 1999 , 23( 2): 22- 23.

[ 3]   王欣,秦斌, 等. S7- 200 plc在擠出吹塑成型機(jī)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[ J]. 包裝工程, 2003 , 24( 6): 15- 18.

[ 4]   王傳文. 稱重傳感器的工作原理及故障檢測. 化學(xué)分析計量 [ J],2002 , 11( 4): 40- 41.

[ 5]   西門子(中國 )有限公司 ?西門子 S7- 200參考手冊 [ K] .(余不詳)

[ 6]   林敏. S7- 200PLC在水泥袋裝秤重計量系統(tǒng)中的應(yīng)用. 電氣自動化 [ J]. 2002 , 9( 5): 43- 45.

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