一、引　　 言

料倉稱重在許多工業場合是很重要的工藝和管理環節。工業現場料倉稱重一般是在強振動 、 強電磁場幹擾 、 高粉塵 、 寬溫度範圍的環境下進行的 ,一般的模擬靜態稱重係統是難以達到要求的。麵對這些問題 , SM40型智能稱重係統運用了稱重傳感器並聯、現場電流變送遠傳 、 有源低通橢圓函數濾波器抑製工頻幹擾 , 前向後向通道隔離, V/F 采樣,開關電源供電等一係列先進的硬件技術以及有針對性的數據濾波處理軟件, 在線實時線性校正等軟件, 確保了稱重數據的正確性和係統的可靠性, 幾年來的實際應用證明了這一點 ,下麵介紹這個係統 。

二、係統組成及原理

係統由傳感器、 SM40 變送器 、 SM40 智能型稱重顯示儀三部分組成。

　 1.傳感器

采用引進美國某 公司專有加工技術製 造的高精度 SM40 型 稱重傳感器和SM6型拉壓力傳感器作為壓式和拉式兩種受力方式的一次轉換元件, 進行並聯方式組秤。較串聯組秤 ,具有如下特點: 輸出信號接線簡單 ,對於後級運放而言, 輸入阻抗低, 信號抗幹擾能力強 ; 經過補償的傳感器,具有良好的互換性。為避免並聯方式由於傳感器內阻不等 ,靈敏度不一致的各傳感器在受載不均時產生附加誤差 , 做以下兩方麵工作: 其一,組秤時 ,通過靈敏度及輸出阻抗的調整盡量減少各組秤傳感器間的差異 ; 麵向實際,在調整過程中不追求傳感器輸出阻抗及靈敏度的標準化 ,而追求一致性 ; 給用戶建立微機管理檔案 ,從而可以為用戶及時提供合適的備件; 其二 , 在變送器內加裝高穩定精密電阻器,對安裝好的係統進行四角誤差的綜合調整,這樣進一步改善了由於引線等連接因素對係統偏載時的附加誤差的影響。

稱重傳感器的容量由以下公式計算
 

式中  P 0 — — —稱重傳感器的計算容量 ,kg 或 t

G 1 — — —料倉( 包括與料倉剛性連接的給料機、 閘門等設備) 的重量 ,kg 或 t

G 2 — — —料倉內可裝入的最大物料重量, kg 或 t

K 1 — — —安全係數 ,一般取 0. 6～ 0. 8,係數 K 1 主要考慮物料下落衝擊振動和防止傳感器超載等影響因素

N — — —稱重傳感器的個數 。

另外,還應考慮由於料倉的非對稱性和倉內物料堆積偏移等因素造成料倉重心偏移

而使傳感器受力不均的情況 , 對於室外使用還應考慮風力影響而引入風載係數 。

根據上述計算所得的 P 0 值, 按照稱重傳感器的測量上限值向上調整 ,即確定了選用傳感器的量程上限值 P 0 。

2.變送器

組秤傳感器在現場直接引入變送器, 轉換為 4～ 20mA 電流遠傳 。國內一般稱重係統在現場並聯或串聯組秤後, 將 mV 信號直接遠傳。在工業現場的環境中,mV 信號直接遠傳,對於控製室的儀表來說,信噪比將大大降低。采用精密恒流源進行遠距離傳送對於抑製現場共模信號幹擾效果極佳 。

圖 1 所示變送器由二次穩壓電路 、 傳感器電源、 低漂移前置放大 、低通濾波器, V/ I轉換電路四部分構成。前置放大器采用某公司的斬波自穩零低噪聲低漂移運算放大器 ICL7652 作為核心, 它具有在工作溫度範圍內輸入偏置電壓 ≤10μ V 、時漂 ≤150nV/每月 、溫漂 ≤100nV/ ℃等特點 ,使其成為小信號放大器的優選器件 。為抑製共模信號運放采用差動放大形式。

我們采用有源橢圓函數 VCVS 低通濾波器 ,設計其幅頻特性是 : 在 25Hz 處開始衰減, 40Hz 以上 至少衰 減 70dB, 並保 證在20Hz 以下 ,最大紋波 ≤ 0. 01dB 。各種料倉一般都配有電磁傳動的上下料裝置 , 這些裝置耦合到傳感器上的工頻幹擾在這樣的通帶中可以有效濾除。

濾波後的信號經 V/ I 轉換電路線性輸出 4～ 20mA 遠傳 。

3. SM40 型稱重顯示儀

SM40 型稱重顯示 儀結構 由CPU 係統板、I/O 板、顯示板 、 開關電源四部分組成。

供電對於整個係統的精度 、 可靠性是至關重要的 。麵向工業現場我們自行研製了配套的開關電源, 輸入電壓允許 AC 160 ～264V ,並且具有好的隔離性能 , 避免了由於工業現場電源“不幹淨” 、 電網電壓波動大而帶來的影響。開關電源外屏蔽層與機殼地相連,以避免開關電源對各係統板產生電磁幹擾。開關電源每路輸出進行二次穩壓, 降低輸出波紋對後級的影響。

CPU 板是係統的核心 , 負責處理各種運算、 動作。其上具有鋰電池後備的掉電自保護功能的 RAM ,以便掉電時及時保護各種現場數據。

I/O 板完成 A/D、D/A 、開關量輸出、通信四方麵功能。為了保護係統的安全性及切

斷共模幹擾回路 ,都采用光隔形式與CPU 係統板聯係 。

A/D 及 D/A 以美國某公司 V/ F 、F/V 轉換芯片 AD651 為主器件 ,結合輔助定時/計數電路進行。AD651 輸 出 頻 率100kHz,非線性誤差僅為 0. 002%,這種寬範圍的線性度與外接單穩電容的穩定性無關,自身保證了高分辨力、高穩定性與最佳轉換時間 , 並且它還具有同步 V/ F 功能。以上特點使該器件在短時間內采集大量高可靠性的碼成為可能, 這一點對稱重儀表的穩定性、精確性是至關重要的 。

我們取 f olook =2MHz, 以 20ms 作為閘門時間, 對 f FS = 500kHz 計數值為 10000, 即對0～ 5DCV 采樣為一萬碼 ,分辨力為 0. 5mV 。

D/V 過程中 ,程序將實際重量歸一化為對應計數器的初值, 計數器將發出相關的溢出脈衝 ,此信號通過 F/ V 及 V/ I 電路轉換為 4～ 20mA 重量電流輸出 。

三、軟件構成

SM40 智能稱重顯示儀除了一般智能儀表所具備的基本處理軟件外, 具有以下特點 。

1.實時性、 安全性

在係統運行的整個過程中 ,由最高級時鍾中斷管理一切, 每隔 0. 1s 中斷一次, 查看係統各外設是否正常工作, 如果不能正常工作,儀表報警的同時做相關保護處理,如果儀表 CPU 係統因受幹擾而死機 ,該中斷管理功能將強製其複位,保證係統的安全性,這實際為一級軟件“dog” 。該中斷還設置許多軟開關,以管理主程序有時序地進行 D/A , A/D ,通信 ,顯示等動作。

2.數據濾波的可靠性

由於使用了高性能 V/ F 芯片 , 在采樣周期 T 內, 可以獲得較多的碼值, 我們將這些數按照 FIFO 規則排成隊列 ,選擇前N 個 ,去掉兩個最大的, 兩個最小的, 將其餘 N ～ 4個值進行平均, 作為有效的重量碼顯示、輸出。 T 以 0. 1s 為基本單位,可以根據幹擾情況由用戶進行設置。0. 1s 采樣周期為 50Hz整數倍,對工頻幹擾的濾除也是有意義的。

3.在線實時線性校正

在使用係統前進行標定 ,將稱重滿量程按 20%劃分 , 錄入五點折線校正曲線, 供實際稱量時及時校正重量值 。

4.上位機通信、 遠動

在線實時向上位機傳遞與稱重倉狀態及儀表狀態相關數據, 並可接受上位機期望的各設定值 。

四、實用應用

SM40 型高精度智能稱重係統易做成拉式或壓式多種結構形式, 安裝調試方便 ,適應性強, 已成功地應用於建材、水泥 、 化工等行業的工業流程中,主要用作存貯物料、 稱重計量、 定值控製、校正倉、 標準秤 、 配料秤和料位測量控製等環節。

　 恒重控製係統是其應用較廣泛 、 具有代表性的一個模式 。

　 SM40 係統輸出重量電流信號給數字調節儀 ,作為其測量值 ,與根據工藝需要確定的給定值形成偏差,讓偏差趨向於零 ,是整個控製係統的調節目標 ,以達到恒重控製的目的 。在整個閉環回路裏, SM40 係統不但是一個重量反饋環節 ,而且當倉重過載、 欠載時輸出開關量控製相關執行機構動作 , 以確保工藝的連續性及係統安全性。

幾年來 ,在多家大中型水泥廠生料倉及煤粉倉的稱重控製的使用表明, SM40 稱重係統綜合當量精度優於 0. 4%。

本文源於網絡轉載，如有侵權，請聯係刪除