定量包裝秤和動態稱重準確度問題概述
如今的生產和流通的日益社會化和現代化,產品包裝機械正開始淘汰機械稱量、人工裝袋的生產方式,逐步現代化。定量包裝控製儀表已廣泛應用於食品、化工等行業。采用電子稱量裝置使靜態稱量準確度大提高,但在企業加工連續生產過程中,其動態準確度仍不能保證。因此,在快速自動稱量中如何提高動態稱量準確度,一直是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重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兩個階段:粗喂料階段和細喂料階段。前者保證稱重的速度,後者保證稱重的準確度。這樣一來可能產生兩個問題:一是保證計量準確度但稱重速度不夠;二是較高的稱量速度,但計量準確度不易保證。我國目前稱重範圍在29kg~100kg電子秤,計量準確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0·5kg~5kg的計量,與國外同類產品相比有一定差距。
筆者在為某企業研製飼料自動化生產設備中,應用可編程序控製器(PLC)作為動態稱量包裝測控設備,硬件和軟件設計中采用了一些方法和動態控製方法,較好地兼顧了稱量速度與準確度的矛盾,保證了飼料連續生產中動態稱量計量的準確度。
二、定量包裝秤係統工作原理
用稱重傳感器,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,如圖1中。該係數以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。圖1所示秤鬥的上方是成品倉,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秤鬥中稱量。秤鬥上裝有3個S梁式應變式拉力傳感器,秤鬥的重量信號
直接由該傳感器組成轉換成與之相對應的電信號,經放大器把該信號放大後送入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然後由傳送帶送出,於是就完成了飼料稱量打包的自動化過程。
定量包裝秤工作原理圖2提高動態稱量精確度的硬件方法
影響稱重靜態準確度來源於傳感器和放大器組成的硬件係統,重量信號采集電路原理,如圖2所示。該係統用3個拉力傳感器,將飼料重量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,ΔUi表示等效到輸入端的飄移電壓。設兩級放大器的放大倍數為A則：
Uo=A(UX+UN+Ui)
=AUX+AUN+AUi
式中的第二項主要影響靈敏度,第三項主要影響係統的準確度。
影響動態稱重係統靈敏度的因素及解決辦法
影響動態稱重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方法,使整個係統獲得了能分辨5g重量的靈度。
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ΔUi,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,使整個係統的靜態準確度達到了0·07%,為實現動態準確度稱量奠定了基礎。
提高動態稱重準確度的軟件方法
影響動態稱重的主要因素是被稱重物料的比重、K8凯发登录入口和落差的大小,它是由成品料倉的壓力和PCL所控製的進料驅動裝置產生的。因此,改進控製思路,借鑒靜態稱量準確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”的控製下料方式,放料控製方式示意如圖3所示。圖中:WX0為稱重前PLC所采集的秤鬥皮重;由此PLC按照每包計量淨重量的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WX2時,PLC關閉絞籠電動機後采用“點動”下料。
提高動態稱重準確度方法示意
按照上述思路,通過編寫全動態控製加料的快、慢速加料和點動下料的軟件模塊,以及為消除空中落料對稱量準確度的影響,所編寫的自動尋找提前停機量的軟件模塊等軟件方法。該係統使用一年來,經計量部門兩次測試,整個係統計量準確度優於2%。
總結
采用PLC控製進行飼料配料稱重包裝,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準確度和速度,滿足了在線快速動態重量計量的要求,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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