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高精度自動稱重配料控制器儀表的研制

發(fā)布時間:2020-01-15 14:26:05 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

隨著計算機應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大,人們以往的想法現(xiàn)在大多已變成現(xiàn)實,這是集人們的智慧、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)等綜合應(yīng)用的結(jié)果。各行業(yè)對配料的效率和精度要求越來越高,人工配料已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足連續(xù)化、自動化生產(chǎn)的要求。所以研制高效率、高精度自動配料生產(chǎn)線勢在必行。但配料控制儀表是關(guān)鍵的設(shè)備之一,在以往的配料設(shè)備中存在以下幾方面不足:給料方式上只有快慢速給料,配料精度的合格率達(dá)不到要求;控制信號只有給料控制,其它動作控制滿足不了,即使采用PLC動作配合也不理想,且控制算法也難實現(xiàn);一般均是單物料工作方式,不適于連續(xù)自動配料生產(chǎn)線。配料現(xiàn)場及工藝要求,一般配料工業(yè)現(xiàn)場粉塵大,工作環(huán)境惡劣,勞動強度大,污染環(huán)境,不利于操作人員的身心健康;配料品種多,標(biāo)準(zhǔn)量各不相同,對每種物料下料速度和稱重精度都要求嚴(yán)格,生產(chǎn)也要求較高;因原料供應(yīng)廠家不同,料樣為粉料的情況下,物料的粘度、比重各不相同,且物料隨溫度、濕度變化易粘連、結(jié)塊,使物料的流動性降低,對稱重精度有一定的影響?;谝陨戏治?,新的配料系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個功能: 
   
改善工作環(huán)境,提高生產(chǎn)效率,減輕勞動強度。 
  具有配方管理功能,配方的建立、修改、打印、刪除、運行等。 
  具有實時監(jiān)控自動連續(xù)生產(chǎn)的功能,且設(shè)備的密封性好。具有實時數(shù)據(jù)采集、記錄、打印、查詢等功能。 
  每種物料在配料過程中一般有給料、稱重、破拱、卸料、報警等動作。針對以上工藝要求和系統(tǒng)功能要求開發(fā)了能滿足要求的配料控制儀表。

配料控制儀表的功能 
  
根據(jù)配料工藝和配料系統(tǒng)的要求,配料控制器應(yīng)由以下幾部分組成:稱重功能,即電子秤;配方存儲運行功能;通訊功能;控制功能;手自動轉(zhuǎn)換功能;再啟動功能。 
  配料控制儀表的研制主要從以下幾點考慮:雖然每種物料的設(shè)定值、粘度、比重不盡相同,但在配料系統(tǒng)中設(shè)備需求和控制動作是一致的;采用分散控制的思想,將稱重顯示儀表功能、動作控制、給料控制分散到現(xiàn)場完成,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,提高了可靠性;控制方式方法靈活,易于實現(xiàn);采用RS485總線進行數(shù)據(jù)通訊,方便快捷。 

主要功能模塊的研制

3.1 電子秤 
  電子秤是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB-7723-87研制的,滿足電子秤Ⅲ級的技術(shù)要求。重量信號采集采用自校正的方法進行。 
根據(jù)稱重傳感器特性有:
Vi=aVW(1)
Vi為稱重傳感器輸出信號(mv)
a為傳感器的靈敏度(mV/V)
V為傳感器的激勵電壓(V)
W為傳感器的負(fù)荷(kg) 
  當(dāng)傳感器和系統(tǒng)確定后,a、V均為常量,故有Vi∝W;對于A/D轉(zhuǎn)換器有:
D=V0N/Vref(2)
N為數(shù)字量量程,有:
Vref=sV(3)
V0=AVi=AaVW(4)
所以將(3)、(4)式代入(2)式有D=AaNW/s(5) 
  公式中A、a、N、s均為常量,即A為放大倍數(shù),N由A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定,這些參數(shù)選擇高精度的元件可以保證精度,而激勵電壓V因和數(shù)字輸出D無關(guān),可采用低精度元件實現(xiàn)高精度的變換,從而降低了系統(tǒng)的成本。而在設(shè)計時為了提高系統(tǒng)的抗干擾特性,微處理器和A/D轉(zhuǎn)換之間采用光電器件實現(xiàn)了隔離。電子秤功能均采用C51軟件實現(xiàn)。如校秤、清零、清皮、零點跟蹤等。

3.2 控制儀表 
  顯示器采用數(shù)碼管實現(xiàn),采用ICM7218自動掃描集成電路可顯示八位數(shù)碼管。譯碼方式可采用全 
譯碼或段譯碼,可用軟件設(shè)置。采用自動掃描方式增加了微控制器的實時性。

3.3 給料控制 
  控制輸出采用八位A/D轉(zhuǎn)換器,設(shè)計了驅(qū)動電路并采用了光電隔離輸出,提高了稱量系統(tǒng)的可靠性。

對振動給料方式用調(diào)幅方式實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速,對于螺旋給料用調(diào)頻方式實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速,保證了稱重精度和速度。在控制器中實現(xiàn)了以下料速度為調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)方式,改變了以前只控制重量的方法,提高了自動稱重控制精度,并建立了基于物料下料速度的模型,按設(shè)定的下料速度進行給料。 
W為物料的下料量,V為給料速度,T為給料時間; 也就是說給料速度V根據(jù)稱重重量分段的,有: 

n為速度的下降速率;WSET為稱重重量設(shè)定值;WX為速度轉(zhuǎn)換的稱重重量。 
  當(dāng)物料的下降累計量W未達(dá)到WSET-WX時,速度控制為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng),當(dāng)物料的累計量超過WSET-節(jié)WX時,速度控制為隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。定值調(diào)節(jié)易于實現(xiàn),不作深入的探討。

根據(jù)速度公式可以畫出稱重物料的累計量W,給料速度V和稱重時間t的關(guān)系曲線(見圖3)。

稱重量接近設(shè)定值時,減慢稱重速度,從而保證了稱重精度。 

基于給料速度控制方案 
  通過對物料的了解和實驗,影響稱重的主要因素主要有以下幾種: 
 ?。?)物料的粘度:在相同的環(huán)境中,不同的物料下料的速度不同,因而造成調(diào)試?yán)щy,稱重精度難以控制; 
 ?。?)物料的比重:因物料的比重不同采用同一裝置,下料速度也不同; 
  (3)環(huán)境的影響:環(huán)境的溫度、濕度變化將導(dǎo)致物料粘度等物理特性的變化。主要是物料的粘度隨溫度的增加而增加,導(dǎo)致物料易起拱、結(jié)塊,對稱重不利; 
 ?。?)由于控制給料裝置和控制裝置的非線性,即使在相同的控制方法和控制量下,各給料裝置的 
振動力和給料速度均是不同的。 
  由于以上因素的影響,在以往的雙速給料中,每種物料均要調(diào)整到相應(yīng)的狀態(tài),才能達(dá)到預(yù)期的稱重精度。然而,隨著環(huán)境溫度的變化或物料批號的不同,原來的給料狀態(tài),往往保證不了稱重的精度,需重新調(diào)整,設(shè)備的互換性較差,從而降低了生產(chǎn)效率。由此可見,保證稱重的準(zhǔn)確、快速受很多因素影響。在以往的雙速給料中,因采用開環(huán)控制,振動力大,給料快,但精度難以控制;振動力小,給料慢,精度可以控制,但稱重時間長,效率低?;谝陨戏治鎏岢隽私o料速度控制方案(見圖4)。這種控制方法采用閉環(huán)控制,以下料速度為控制參數(shù),采用自適應(yīng)智能控制方法,克服了以上各因素對稱重精度和生產(chǎn)效率的影響。以上各因素的變化均以改變振動力加以克服,但控制算法和控制手段更復(fù)雜了?;谒俣冉o定,在稱重初期,下料速度穩(wěn)定在V0,當(dāng)稱重值接近設(shè)定值時,速度的設(shè)定值減小。因此,該系統(tǒng)是一個隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng),將以往的分段控制變?yōu)檫B續(xù)控制。

應(yīng) 用 
  該高精度配料控制儀表通過在小料自動配料稱重系統(tǒng)中的實際應(yīng)用,效果良好,很好地克服了以往控制方法難以解決的問題,解決了稱重精度和稱重速度之間的矛盾,適應(yīng)性強。對促進橡膠行業(yè)的自動化及連續(xù)化生產(chǎn)水平起到了積極的作用,用該配料控制儀表設(shè)計的配料系統(tǒng)通過了國家石油化工局的部級鑒定。 

參考文獻(xiàn) 

1 施漢謙等.電子秤技術(shù).北京:中國計量出版社,1991 
2 何立民等.單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000 
3 杭柏林等.ICL7135 A/D轉(zhuǎn)換器與51單片機串行隔離接口的實現(xiàn).自動化與儀器儀表,2001.5

 

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