飼料質量計量和自動包裝是飼料工業的重要生產環節。飼料稱量和自動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, 勞動強度大、 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。

筆者在對一家飼料公司設備進行飼料自動化改造中, 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  係統總體框圖及工作原理

用稱量傳感器、 放大器和 PLC組成測控係統來完成飼料的稱量、 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量計量和包裝工作[ 1] 。
 

稱鬥的上方是成品倉, 該倉中的原料是來至飼料混合工序生產的飼料散狀成品料。成品倉下是一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。稱鬥上裝有二個 S梁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對應的電壓信號, 經放大器把該電壓信號放大後送入 PLC模擬量模塊中進行數據處理, 當達到預定值時, PLC控製停止下料, 然後 PLC控製開稱鬥門, 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] 。

係統采用二級給料方式。粗給料K8凯发登录入口大, 用短時間加入額定重量的 90% ~ 95%。細給料K8凯发登录入口小, 為額定重量的 5% ~10%。這樣即可保證速度, 又可保證精度。
 

在每個稱量循環中, 關稱鬥後測皮的質量, 以消除由於物料的粘附引起的稱量誤差; 停機時設置處理功能, 保證停機排空稱鬥內物料。一方麵可保證下次開機時稱鬥無料, 且避免了物料較長時間停留在稱鬥內吸濕而凝結在稱鬥壁上, 細加料信號設置後, 待其穩定, 然後進行實測, 得到誤差, 以使下一個循環進行補償校正[ 3] 。

係統功能為:

( 1)對裝袋質量實現自動控製, 其設定值可由編程器設置; ( 2)對每次放料後稱鬥的皮重進行檢測修正; ( 3)對稱量誤差進行自動補償; ( 4)實現自動包裝; ( 5)故障檢測、 報警。係統質量設定值為: 50 . 00kg , 動態誤差為: + 0. 5kg , 包裝速度: 4~ 6袋 /m in。

2  係統主要組成

2. 1  稱量傳感器

目前, 在稱質技術領域中廣泛應用電阻應變式傳感器, 分為金屬絲電阻應變式和半導體應變式 2種[ 4] 。前者具有精度高、 溫度影響小、 線度和重複性好的優點, 但價格較高, 輸出靈敏度低; 後者性能與前者相反, 在精度和溫度特性方麵較前者差一個數量級, 而輸出靈敏度比前者高一個數量級, 價格為前者的一半。根據實際控製要求和工作環境, 選用 T - BX 型半導體應變式傳感器, 該傳感器為 S型結構, 拉壓兩壓, 係統中選用兩個傳感器, 采用串聯方法。

2. 2  控製器

為實現準確計量, 本係統除開關量控製外, 還需要較高分辨率的模擬量通道, 綜合比較各種產品後, 選用了西門子 S7-200(CPU224)小型 PLC外加擴展模塊構成係統控製器[ 5] 。係統中開關量輸入信號有啟動按鍵、 停機鍵、 鬥門狀態、 夾袋夾緊和氣源壓力開關等檢測信號; 開關量輸出有粗細進料氣缸、 放料氣缸、 夾袋氣缸等控製信號和一些顯示、 報警輸出信號。模擬量輸入模塊 EM 231接收傳感器質量輸入信號, 其中稱量鬥門關閉和夾袋夾緊檢測用接近開關, 緩衝料門、 稱重鬥門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控製[ 6] 。
 

2. 3  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, 采樣時間定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. 4  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△U i 。 其中係統的非線性, 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△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, 然後選配溫度係數進行補償, 使整個係統的靜態精度達到了0. 07%, 為實現動態稱量精度奠定了基礎。

3  結  語

采用 PLC控製進行飼料稱量包裝, 具有結構簡單、 計量準確、 工作可靠, 較好的兼顧了動態稱量計量的精度和速度, 滿足了在線快速動態質量計量的要求, 對水泥、 食鹽、 麵粉等的稱量包裝有借鑒作用和推廣價值。另外原係統上加裝一些 I/O模塊, 還可以實現其它設備的進一步控製。

參考文獻:

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

[ 2]   陳豔. 混和式定量原理在包裝機中的應用 [ J]. 糧食加工與食品機械, 1999 , 23( 2): 22- 23.

[ 3]   王欣,秦斌, 等. S7- 200 plc在擠出吹塑成型機自動控製係統中的應用[ 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] .(餘不詳)

[ 6]   林敏. S7- 200PLC在水泥袋裝秤重計量係統中的應用. 電氣自動化 [ J]. 2002 , 9( 5): 43- 45.

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