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飼料質(zhì)量計量和自動包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱量和自動包裝的準(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。

筆者在對一家飼料公司設(shè)備進(jìn)行飼料自動化改造中,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(shí)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)總體框圖及工作原理

用稱量傳感器、放大器和PLC組成測控系統(tǒng)來完成飼料的稱量、計量、包裝的生產(chǎn)工藝過程,見圖1。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(jī)械裝置,實(shí)現(xiàn)飼料的動態(tài)在線稱量計量和包裝工作[1]。

稱斗的上方是成品倉,該倉中的原料是來至飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉下是一臺電動機(jī)驅(qū)動的螺旋進(jìn)料裝置,啟動電動機(jī),則該成品倉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。稱斗上裝有二個S梁式應(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)換成與之對應(yīng)的電壓信號,經(jīng)放大器把該電壓信號放大后送入PLC模擬量模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時,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]。

系統(tǒng)采用二級給料方式。粗給料流量大,用短時間加入額定重量的90%~95%。細(xì)給料流量小,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(huán)中,關(guān)稱斗后測皮的質(zhì)量,以消除由于物料的粘附引起的稱量誤差;停機(jī)時設(shè)置處理功能,保證停機(jī)排空稱斗內(nèi)物料。一方面可保證下次開機(jī)時稱斗無料,且避免了物料較長時間停留在稱斗內(nèi)吸濕而凝結(jié)在稱斗壁上,細(xì)加料信號設(shè)置后,待其穩(wěn)定,然后進(jìn)行實(shí)測,得到誤差,以使下一個循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正[3]。

系統(tǒng)功能為:

(1)對裝袋質(zhì)量實(shí)現(xiàn)自動控制,其設(shè)定值可由編程器設(shè)置;(2)對每次放料后稱斗的皮重進(jìn)行檢測修正;(3)對稱量誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償;(4)實(shí)現(xiàn)自動包裝;(5)故障檢測、報警。系統(tǒng)質(zhì)量設(shè)定值為:50.00kg,動態(tài)誤差為:+0.5kg,包裝速度:4~6袋/min。

2系統(tǒng)主要組成

2.1稱量傳感器

目前,在稱質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器,分為金屬絲電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式2種[4]。前者具有精度高、溫度影響小、線度和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn),但價格較高,輸出靈敏度低;后者性能與前者相反,在精度和溫度特性方面較前者差一個數(shù)量級,而輸出靈敏度比前者高一個數(shù)量級,價格為前者的一半。根據(jù)實(shí)際控制要求和工作環(huán)境,選用T-BX型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器,該傳感器為S型結(jié)構(gòu),拉壓兩壓,系統(tǒng)中選用兩個傳感器,采用串聯(lián)方法。

2.2控制器

為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計量,本系統(tǒng)除開關(guān)量控制外,還需要較高分辨率的模擬量通道,綜合比較各種產(chǎn)品后,選用了西門子S7-200(CPU224)小型PLC外加擴(kuò)展模塊構(gòu)成系統(tǒng)控制器[5]。系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號有啟動按鍵、停機(jī)鍵、斗門狀態(tài)、夾袋夾緊和氣源壓力開關(guān)等檢測信號;開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料氣缸、放料氣缸、夾袋氣缸等控制信號和一些顯示、報警輸出信號。模擬量輸入模塊EM231接收傳感器質(zhì)量輸入信號,其中稱量斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測用接近開關(guān),緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控制[6]。

2.3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,采樣時間定為工頻周期整數(shù)倍等項(xiàng)措施,使整個系統(tǒng)獲得了能分辨5g質(zhì)量的靈敏度。

2.4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檢測系統(tǒng)的非線性和漂移△Ui。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,篩選掉漂移電壓大的,然后選配溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,使整個系統(tǒng)的靜態(tài)精度達(dá)到了0.07%,為實(shí)現(xiàn)動態(tài)稱量精度奠定了基礎(chǔ)。

3結(jié)語

采用PLC控制進(jìn)行飼料稱量包裝,具有結(jié)構(gòu)簡單、計量準(zhǔn)確、工作可靠,較好的兼顧了動態(tài)稱量計量的精度和速度,滿足了在線快速動態(tài)質(zhì)量計量的要求,對水泥、食鹽、面粉等的稱量包裝有借鑒作用和推廣價值。另外原系統(tǒng)上加裝一些I/O模塊,還可以實(shí)現(xiàn)其它設(shè)備的進(jìn)一步控制。。

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