定量包裝秤已廣泛應用於食品、飼料、化工等行業，整個稱量過程由電腦控製，自動完成。具有稱量速度快；稱量精度高，省力，省人，操作簡單，維護方便的特點。例如,飼料稱量計量包裝是飼料工業的重要生產環節。飼料稱量計量包裝的準確與否將直接影響到企業的信譽和經濟效益。過去采用機械稱量、人工裝袋,工人勞動強度大、效率低、稱量精度差。

近幾年,也開始采用電子稱量裝置使其靜態稱量精度大大提高,但在飼料加工連續生產過程中,其動態精度仍不能保證,因此,在快速自動稱量中如何提高動態稱量精度,一直是飼料加工企業急需解決的難題。

電子定量稱重過程是一個動態過程,而要準確計量物料的質量使其盡量接近標準值,就需要使動態過程向靜態穩定趨近,為此,在產品設計時,從電氣控製及機械結構方麵都將計量過程分為2個階段:粗喂料階段和細喂料階段。前者保證稱重的速度,後者保證稱重的精度。這樣一來可能產生2個問題:一是保證計量精度但稱重速度不夠;二是有較高的稱量速度但計量精度不易保證。我國目前稱重範圍在29~100kg的電子秤,計量精度和速度以及其他性能指標,與國外同類產品接近。但是25kg以下的小計量電子秤,尤其是015~5kg的計量秤,與國外同類產品相比有一定的差距。

作者在為某企業研製飼料自動化生產設備中,發現由於使用環境的差異或控製策略等原因,許多定量包裝秤的使用不盡如人意,尤其是企業為提高生產效率,快速、連續生產時,稱量精度很難保證,為此,本文應用PLC作為動態稱量包裝測控設備,在硬件和軟件設計中采用了一些措施和動態控製方法,較好地解決了稱量速度與精度的矛盾,實現了飼料連續生產中動態稱量計量的精度。

1係統工作原理

用稱量傳感器、放大器和PLC組成測控係統來完成飼料的稱重、計量、包裝的生產工藝過程。該係統以PLC為核心,配以稱重傳感器、放大器、各種電動執行器和機械裝置,實現飼料的動態在線稱重計量和包裝工作.

稱鬥的上方是成品倉,該倉中的原料是來自飼料混合工序生產的飼料散狀成品料。成品倉下是1台電動機驅動的螺旋進料裝置,啟動電動機,則該成品倉中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉而進入稱鬥中稱量。稱鬥上裝有3個S粱式應變式拉力傳感器,稱鬥的質量信號直接由該傳感器組轉換成與之相對應的電信號,經放大器把該電信號放大後送入PLC進行數據處理,當到達預定值時,PLC停止下料,然後PLC控製開秤鬥門,並控製打包機自動裝袋後由傳送帶送出。於是就完成了飼料稱量打包的自動化過程。

2提高動態稱量的硬件措施

影響稱重靜態精度來源於傳感器和放大器組成的硬件係統。該係統用3個拉力傳感器將飼料質量W變換成線性關係的電信號Ux,並通過放大器進行放大。圖中Un表示等效到放大器輸入端的噪聲和幹擾電壓,vUi表示等效到輸入端的飄移電壓。設2級放大器的放大倍數為A,則U0=A(Ux+Un+Ui)=AUx+AUn+AUi式中的第2項主要影響靈敏度,第3項主要影響係統的精度。

2.11影響傳感器的因素及解決辦法

傳感器輸出信號的穩定性除決定傳感器本身的性能外,還與供電電源和傳感器的安裝有密切關係。本係統采用3隻UH61-100u型稱重傳感器,每隻傳感器單獨供電,通過調節其橋路電壓使3隻傳感器的輸出靈敏度K相同,3隻傳感器串聯輸出的電壓為Ux=K(E1+E2+E3)。為了提高每個傳感器供橋電壓的穩定性,采用2次降壓,並對元件進行老化,測試後進行選配,特別是對基準穩壓管2DW233的老化處理和時漂測試,選擇時漂小的,通過調節其工作電流使其在接近零溫度係數下,使整個傳感器電源的溫度穩定性優於110@10-5/e。

3隻拉力傳感器安裝在稱鬥和稱架之間。如果傳感器承受的質量與傳感器軸線存在夾角A則將產生橫向分力而引入誤差vW=W-WcosA。這對於每次稱重25kg,在稱鬥皮重100kg的情況下,即3隻100kg的傳感器實際負重為125kg。當A=4b時,稱重誤差就為0143kg。因此,安裝傳感器時應確保傳感器能垂直受力。

2.12影響係統靈敏度的因素及解決辦法

影響係統靈敏度的主要因素是檢測電路的內部噪聲和外部幹擾電壓Un,它與放大器所工作的頻帶相關。在研製中,通過選擇低噪聲器件,在滿足采集速度所需足夠寬的頻帶的前提下,通過選配電阻來提高放大電路本身的共模抑製能力,整個檢測係統采用雙層屏蔽,采樣時間選為工頻周期整數倍等項措施,使整個係統獲得了能分辨5g質量的靈敏度。

2.13影響準確度的主要因素及解決辦法

影響準確度的主要因素是整個檢測係統的非線性和漂移vUi,其中對於係統的非線性,在選配元器件校正的基礎上,采用了軟件修正;而對於隨溫度和時間產生的漂移電壓Ui,主要采用元器件的老化、測試與分選工藝,篩選掉時漂大的,然後選配溫度係數進行補償,使整個係統的靜態精度達到0107%,為實現動態精度稱量奠定了基礎。

3提高動態稱重精度的軟件措施影響動態稱重的主要因素是被稱重物料的密度、K8凯发登录入口和落差的大小,它是由成品料倉的壓力和PLC所控製的進料驅動裝置產生的。因此,改進控製思路,借鑒靜態稱量精度高的特點是提高動態計量的關鍵。為此,我們選用雙速變徑變距螺旋下料機,采用/先快後慢,最後點動0的控製下料方式。WX0為稱重前PLC所采集的稱鬥皮重;由此PLC按照每包計量淨質量的90%、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。其控製過程可以這樣簡單說明:在下料開始一段時間,PLC控製絞籠電動機快速下料,當檢測達到快速下料終了值WX2時,PLC關閉絞籠電動機後采用/點動0下料,當達到或接近期望值WX時為止。

按照上述思路,通過編寫全動態控製加料的快、慢速和點動下料的軟件模塊,以及為消除空中落料對稱量精度的影響,編寫了自動尋找提前停機量的軟件模塊等軟件措施。該係統使用1年來,經計量部門2次測試,整個係統計量準確度優於2%。

4結論

采用PLC控製進行飼料稱重包裝,具有結構簡單、計量準確、工作可靠,較好的兼顧了動態稱重計量的精度和速度,滿足了在線快速動態質量計量的要求,對水泥、食鹽、麵粉等的稱重包裝有借鑒作用和推廣價值。

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