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定量包裝秤已廣泛應(yīng)用于食品、飼料、化工等行業(yè)，整個稱量過程由電腦控制，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(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱量計量包裝的準確與否將直接影響到企業(yè)的信譽和經(jīng)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(tài)稱量精度大大提高,但在飼料加工連續(xù)生產(chǎn)過程中,其動態(tài)精度仍不能保證,因此,在快速自動稱量中如何提高動態(tài)稱量精度,一直是飼料加工企業(yè)急需解決的難題。
    電子定量稱重過程是一個動態(tài)過程,而要準確計量物料的質(zhì)量使其盡量接近標準值,就需要使動態(tài)過程向靜態(tài)穩(wěn)定趨近,為此,在產(chǎn)品設(shè)計時,從電氣控制及機械結(jié)構(gòu)方面都將計量過程分為2個階段:粗喂料階段和細喂料階段。前者保證稱重的速度,后者保證稱重的精度。這樣一來可能產(chǎn)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。我國目前稱重范圍在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(chǎn)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(chǎn)品相比有一定的差距。
    作者在為某企業(yè)研制飼料自動化生產(chǎn)設(shè)備中,發(fā)現(xiàn)由于使用環(huán)境的差異或控制策略等原因,許多定量包裝秤的使用不盡如人意,尤其是企業(yè)為提高生產(chǎn)效率,快速、連續(xù)生產(chǎn)時,稱量精度很難保證,為此,本文應(yīng)用PLC作為動態(tài)稱量包裝測控設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)計中采用了一些措施和動態(tài)控制方法,較好地解決了稱量速度與精度的矛盾,實現(xiàn)了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動態(tài)稱量計量的精度。
    1系統(tǒng)工作原理
    用稱量傳感器、放大器和PLC組成測控系統(tǒng)來完成飼料的稱重、計量、包裝的生產(chǎn)工藝過程,如圖1所示。該系統(tǒng)以PLC為核心,配以稱重傳感器、放大器、各種電動執(zhí)行器和機械裝置,實現(xiàn)飼料的動態(tài)在線稱重計量和包裝工作.
    圖1中稱斗的上方是成品倉,該倉中的原料是來自飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉下是1臺電動機驅(qū)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(zhuǎn)而進入稱斗中稱量。稱斗上裝有3個S粱式應(yīng)變式拉力傳感器,稱斗的質(zhì)量信號直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號,經(jīng)放大器把該電信號放大后送入PLC進行數(shù)據(jù)處理,當?shù)竭_預(yù)定值時,PLC停止下料,然后PLC控制開秤斗門,并控制打包機自動裝袋后由傳送帶送出。于是就完成了飼料稱量打包的自動化過程。

    2提高動態(tài)稱量的硬件措施
    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),見圖2。該系統(tǒng)用3個拉力傳感器將飼料質(zhì)量W變換成線性關(guān)系的電信號Ux,并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干擾電壓,vUi表示等效到輸入端的飄移電壓。設(shè)2級放大器的放大倍數(shù)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項主要影響系統(tǒng)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(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3只UH61-100u型稱重傳感器,每只傳感器單獨供電,通過調(diào)節(jié)其橋路電壓使3只傳感器的輸出靈敏度K相同,3只傳感器串聯(lián)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(wěn)定性,采用2次降壓,并對元件進行老化,測試后進行選配,特別是對基準穩(wěn)壓管2DW233的老化處理和時漂測試,選擇時漂小的,通過調(diào)節(jié)其工作電流使其在接近零溫度系數(shù)下,使整個傳感器電源的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于110@10-5/e。
    3只拉力傳感器安裝在稱斗和稱架之間。如果傳感器承受的質(zhì)量與傳感器軸線存在夾角A則將產(chǎn)生橫向分力而引入誤差vW=W-WcosA。這對于每次稱重25kg,在稱斗皮重100kg的情況下,即3只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(yīng)確保傳感器能垂直受力。
    2.12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,整個檢測系統(tǒng)采用雙層屏蔽,采樣時間選為工頻周期整數(shù)倍等項措施,使整個系統(tǒng)獲得了能分辨5g質(zhì)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系統(tǒng)的非線性和漂移vUi,其中對于系統(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;而對于隨溫度和時間產(chǎn)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,然后選配溫度系數(shù)進行補償,使整個系統(tǒng)的靜態(tài)精度達到0107%,為實現(xiàn)動態(tài)精度稱量奠定了基礎(chǔ)。
    3提高動態(tài)稱重精度的軟件措施影響動態(tài)稱重的主要因素是被稱重物料的密度、流量和落差的大小,它是由成品料倉的壓力和PLC所控制的進料驅(qū)動裝置產(chǎn)生的。因此,改進控制思路,借鑒靜態(tài)稱量精度高的特點是提高動態(tài)計量的關(guān)鍵。為此,我們選用雙速變徑變距螺旋下料機,采用/先快后慢,最后點動0的控制下料方式,見圖3。圖中:WX0為稱重前PLC所采集的稱斗皮重;由此PLC按照每包計量凈質(zhì)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。其控制過程可以這樣簡單說明:在下料開始一段時間,PLC控制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(guān)閉絞籠電動機后采用/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(tài)控制加料的快、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。該系統(tǒng)使用1年來,經(jīng)計量部門2次測試,整個系統(tǒng)計量準確度優(yōu)于2%。
    4結(jié)論
采用PLC控制進行飼料稱重包裝,具有結(jié)構(gòu)簡單、計量準確、工作可靠,較好的兼顧了動態(tài)稱重計量的精度和速度,滿足了在線快速動態(tài)質(zhì)量計量的要求,對水泥、食鹽、面粉等的稱重包裝有借鑒作用和推廣價值。                  

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