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PLC在飼料稱重包裝中的應(yīng)用

   2012年01月10日 14:02  
  摘要:本文是作者在研制飼料自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中,為了與配料過程相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)的全部自動(dòng)化,應(yīng)用PLC作為動(dòng)態(tài)稱量包裝測(cè)控設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些措施和動(dòng)態(tài)控制方法,較好地兼顧了稱量速度與精度的矛盾,實(shí)現(xiàn)了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量的精度。

       1、前言
  
  飼料重量計(jì)量包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱量包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。過去采用機(jī)械稱量、人工裝袋,勞動(dòng)強(qiáng)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(tài)稱量精度大大提高,但在飼料加工連續(xù)生產(chǎn)過程中,其動(dòng)態(tài)精度仍不能保證。因此,在快速自動(dòng)稱量中如何提高動(dòng)態(tài)稱量精度,一直是飼料加工企業(yè)急需解決的難題。
  
    
  2、系統(tǒng)總體框圖及工作原理
  
  用稱重傳感器、放大器和PLC組成測(cè)控系統(tǒng)來完成飼料的稱重、計(jì)量、包裝的生產(chǎn)工藝過程。該系統(tǒng)以PLC為核心,配以稱重傳感器、放大器、各種電動(dòng)執(zhí)行器和機(jī)械裝置,實(shí)現(xiàn)飼料的動(dòng)態(tài)在線稱重計(jì)量和包裝工作。
  
  稱斗的上方是成品倉(cāng),該倉(cāng)中的原料是來至飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉(cāng)下是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋進(jìn)料裝置,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),則該成品倉(cāng)中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱斗中稱量。稱斗上裝有三個(gè)S梁式應(yīng)變式拉力傳感器,稱斗的重量信號(hào)直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),經(jīng)放大器把該電壓信號(hào)放大后送入PLC中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí),PLC控制停止下料,然后PLC控制開稱斗門,并控制打包機(jī)自動(dòng)裝袋后由傳送帶送出。于是,就完成了飼料稱量打包的自動(dòng)化過程。
  
  3、提高動(dòng)態(tài)稱重精度的硬件措施
  
  影響稱重靜態(tài)精度來源于傳感器和放大器組成的硬件系統(tǒng),如圖2所示。
  
  該系統(tǒng)用三個(gè)拉力傳感器將飼料重量W變換為成線性關(guān)系的電壓信號(hào)Ux,并通過兩級(jí)放大器進(jìn)行放大。圖中Un表示等效到放大器輸入端的噪聲和干擾電壓,ΔUi表示等效到輸入端的漂移電壓。設(shè)兩級(jí)放大器的放大倍數(shù)為A,則Uo=A(UxUnΔUi)=AUxAUnA·ΔUi式中的第2項(xiàng)主要影響靈敏度,第三項(xiàng)主要影響系統(tǒng)的精度。
  
  (1)影響傳感器的因素及解決辦法
  
  傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)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(guān)系。本系統(tǒng)采用UH61-100u型三只稱重傳感器,每只傳感器單獨(dú)供電,通過調(diào)節(jié)其橋路電壓使三只傳感器的輸出靈敏度K相同,三只傳感器串聯(lián)輸出的電壓為Ux=K(E1E2E3)。為了提高每個(gè)傳感器供橋電源的穩(wěn)定性采用二次穩(wěn)壓,并對(duì)元器件進(jìn)行老化、測(cè)試后進(jìn)行選配,特別是對(duì)基準(zhǔn)穩(wěn)壓管2DW233的老化處理和時(shí)漂測(cè)試,選擇時(shí)漂小的通過調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù)(#lt;2ppm/℃)下,使整個(gè)傳感器電源的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于10ppm/℃。三只拉力傳感器安裝在稱斗和稱架之間。如果傳感器承受的重量與傳感器軸線存有ɑ角,則將產(chǎn)生橫向分力而引入誤差ΔW=W-Wcosɑ.這對(duì)于每次稱重25Kg,在稱斗皮重為100Kg的情況下,即三只100Kg的傳感器實(shí)際荷重為125Kg。當(dāng)ɑ=4°時(shí),稱重誤差就為0.43Kg。因此,安裝傳感器時(shí)應(yīng)設(shè)法確保傳感器都能垂直受力。
  
  (2)影響系統(tǒng)靈敏度的因素及解決辦法
  
  影響系統(tǒng)靈敏度的主要因素是檢測(cè)電路的內(nèi)部噪聲和外部干擾電壓Un,它與放大器所工作的頻帶相關(guān)。在研制中,通過選擇低噪聲器件,在滿足采集速度所需足夠?qū)挼念l帶的前提下,通過選配電阻來提高放大電路本身的共模抑制能力,整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)采用雙層屏蔽,采樣時(shí)間選為工頻周期整數(shù)倍等項(xiàng)措施,使整個(gè)系統(tǒng)獲得了能分辨5g重量的靈敏度。
  
  (3)影響準(zhǔn)確度的主要因素及解決辦法
  
  影響準(zhǔn)確度的主要因素是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的非線性和漂移ΔUi。其中系統(tǒng)的非線性,在選配元器件校正的基礎(chǔ)上,采用了軟件修正;而對(duì)于隨溫度和時(shí)間產(chǎn)生的漂移電壓ΔUi,主要采用元器件的老化、測(cè)試與分選工藝,篩選掉時(shí)漂大的,然后選配溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,使整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)精度達(dá)到了0.07%,為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱量精度奠定了基礎(chǔ)。
  
  4、提高動(dòng)態(tài)稱重精度的軟件措施
  
  影響動(dòng)態(tài)稱重精度的主要因素是被稱物料的比重、流量和落差的大小,它是由成品料倉(cāng)的壓力和PLC所控制的進(jìn)料驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的。因此,改進(jìn)控制思路,借鑒靜態(tài)稱量精度高的特點(diǎn)是提高動(dòng)態(tài)計(jì)量精度的關(guān)鍵。為此,我們選用雙速變徑變距螺旋加料機(jī),采用"先快后慢,zui后點(diǎn)動(dòng)"的控制下料方式,如圖2所示。圖中:0為稱量前PLC所采集的稱斗皮重;由此PLC按照每包計(jì)量?jī)糁亓康?0%、95%和算出快速下料的終了值1、慢速下料終了值2和稱量終了值。其控制過程可以這樣簡(jiǎn)單說明:在下料開始一段時(shí)間,PLC控制絞籠電動(dòng)機(jī)快速下料,當(dāng)檢測(cè)達(dá)到快速下料的終了值1時(shí),PLC控制絞籠電動(dòng)機(jī)開始慢速下料;當(dāng)檢測(cè)達(dá)到慢速下料的終了值2時(shí),PLC關(guān)閉絞籠電動(dòng)機(jī)后采用"點(diǎn)動(dòng)"下料,當(dāng)達(dá)到或接近期望值時(shí)為止。
  
  按照上述思路,通過編寫全動(dòng)態(tài)控制加料的快慢、速加料和點(diǎn)動(dòng)下料的軟件模塊;以及為消除空中落料對(duì)稱量精度的影響,所編寫的自動(dòng)尋找提前停機(jī)量的軟件模塊等軟件措施。該系統(tǒng)使用一年來,經(jīng)計(jì)量部門兩次測(cè)試,整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.2%。
  
  5、結(jié)論
  
  采用PLC控制進(jìn)行飼料稱重包裝,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量準(zhǔn)確、工作可靠,較好的兼顧了動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量的精度和速度,滿足了在線快速動(dòng)態(tài)重量計(jì)量的要求,對(duì)水泥、食鹽、面粉等的稱重包裝有借鑒作用和推廣價(jià)值。

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