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1 前 言

目前在面粉生產(chǎn)加工行業(yè)中使用的計量器具大多為機(jī)械杠桿式, 少數(shù)廠家經(jīng)技術(shù)改造后也是機(jī)電結(jié)合式, 使用這種計量器具, 一是需要較多的人力物力, 增加了工人的勞動強(qiáng)度; 二是不能與傳送設(shè)備直接配套, 造成了很大的浪費; 三是由于計量精度低, 影響了企業(yè)的信譽(yù)和消費者的利益。 由于這些原因的存在, 包裝計量問題已成為面粉加工企業(yè)急需解決的問題。本文在技術(shù)上首先要解決計量精度和速度問題, 其次完善設(shè)備的功能, 使之更具有實用性和通用性 。

2 面粉全自動包裝生產(chǎn)線簡介

面粉全自動包裝生產(chǎn)線包括供袋、 裝袋、 計量、 折邊、縫紉及碼垛等工序。

面粉全自動包裝生產(chǎn)線可以實現(xiàn)自動上料、自動計量、自動封裝等多項功能, 并可對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控, 完成自動診斷、 自動報警等功能。 根據(jù)工藝要求, 面粉自動包裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)由人機(jī)界面操作及顯示系統(tǒng)、送料計量控制系統(tǒng)、封裝控制系統(tǒng)組成。

面粉全自動包裝生產(chǎn)線最重要環(huán)節(jié)是自動定量計量部分, 計量部分精度 為 +0.3% ( 25kg±0.075kg ) , 速 度 為300 袋 /h 。采用微機(jī)控制靜重法, 包括粗流計量、 中流計量、 細(xì)流計量、 截流控制及降量補(bǔ)償與修正, 執(zhí)行器件為氣缸。

3 面粉全自動包裝生產(chǎn)線自動計量部分工作過程

送料計量啟動信號為開時, 送料開始, 送料伺服電機(jī)根據(jù)觸摸屏設(shè)定的參數(shù)工作。 檢測填充量, 伺服電機(jī)根據(jù)計量值的不同完成面粉粗流加速填充、 中流均速填充、 細(xì)流微量填充, 填充結(jié)束進(jìn)給到位。在全部的送料過程中,觸摸屏實時跟蹤、 顯示各個數(shù)據(jù)變化, 一旦有故障, 不合理的數(shù)據(jù)出現(xiàn), 整個機(jī)器就會停止, 并強(qiáng)行報警。

面粉自動包裝線的計量過程采用粗流計量、中流計量、 細(xì)流計量三級投料方式。

粗流計量及中流計量為定時控制, 時間可由面板控制, 它決定了計量速度, 若粗流計量為 1s , 中流為 1.5s , 調(diào)整內(nèi)錐體的高度, 使落料為 95% 左右, 得最快計量速度。細(xì)流計量為最終計量控制, 落料速度為每秒 1kg , 它主要影響計量精度。當(dāng)計算機(jī)判定 25kg 到時副操作閥關(guān)閉, 細(xì)流計量結(jié)束。

為了對下一次稱量補(bǔ)償, 設(shè)置了靜止 1.5s 的階段, 讓一直處于振蕩狀態(tài)的稱體振幅減小, 然后進(jìn)行質(zhì)量復(fù)測,得到差值, 并連同前 5 次稱量時差值歷史記錄一并考慮,算出修正量, 實現(xiàn)了降量跟蹤補(bǔ)償。

最后排料氣缸動作, 打開計量箱下部的排料閥門,0.8s 后關(guān)閉, 把稱好的料卸入包裝袋。

4 計量誤差分析

影響計量精度的主要環(huán)節(jié)是計量傳感器、 電橋電源、電橋放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

計量傳感器至關(guān)重要, 選用梁式應(yīng)變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu), 精度0.08% , 溫度誤差容限 0.04% , 滯后誤差 0.035% 。

應(yīng)變電橋采用恒壓供電方式, 由二級反饋式穩(wěn)壓構(gòu)成, 穩(wěn)定度為 ± 0.015% ( 電源波動 ± 10% ) , ± 0.02% ( 負(fù)載變化 0～ 100% ) , ± 0.004 ( 溫度范圍 0~50℃ ) 。

橋路放大器由兩級構(gòu)成, 前級采用交叉耦合差動跟隨集成運算放大器, 具有高度穩(wěn)定性, 后級采用反向比例放大, 總體增益 1000 倍, 非線性誤差 0.002% , 增益溫度系數(shù)為 20PPM/℃ , 輸入偏置電壓溫漂 0.3μV/℃ 。

模數(shù)轉(zhuǎn)換選用積分型高精度 12bitA/D 芯片 ICL7109 ,非線性誤差 ± 0.024% , 溫度系數(shù)為 5PPM/℃ 。

按環(huán)境溫度變化范圍 25± 25℃ 考慮, 分項誤差為:

可見按最大可能誤差也能夠滿足系統(tǒng)要求的誤差( 0.3% ) , 在前述分析中可見溫度附加誤差 ( R 1 的第二項,R 2 的第三項 R 3 的二、 三項, R 4 的第二項) 是總誤差 R 的主部, 在微機(jī)計量時采用了測差法, 即隨時記憶零點, 情況將得到很大改善。

實際工作中由于計量速度很快, 另一項不容忽視的誤差是由沖擊振動所引起的, 必須采取有效措施。

5 沖擊振動的處理

面粉計量機(jī)械部分可以近似看成一個二階振動系統(tǒng), 在粗流計量落料的沖擊下計量機(jī)械部分立刻進(jìn)入振蕩狀態(tài), 固有頻率大致為 45Hz , 整個工作循環(huán) 5s 種內(nèi)振幅仍不能衰減到 0 , 沖擊振動是影響計量精度的最主要因素, 為此重點采取三項措施。

5.1 加入有源濾波器

前述橋路放大器的第二級, 除對恒定分量放大 8 倍之外, 還兼有三階有源濾波的功能。 對 40Hz 的交變信號形成 60dB 的衰減, 因此, 雖然稱體一直處于振蕩狀態(tài), 但送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號只有較小的波動, 為同時保持快速性, 要精心設(shè)計和調(diào)節(jié)電路參數(shù), 使衰減帶斜率很陡。

5.2 采用積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器

ICL7109 上是雙積分型 12bit 模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 對交變信號具有加權(quán)平均作用, 但要選擇積分時間為交變信號周期的整倍數(shù), 這里調(diào)整時鐘電路的 RC 值時, 使積分周期為 200ms , 不但對通過有源濾波器的 40Hz 的殘余振動信號有抑制作用, 而且對工頻干擾又可有效地消減, 但轉(zhuǎn)換速度就顯得不夠了, 因細(xì)流速度為 1g/ms , 200ms 可流出200g , 這顯然與 100 克的誤差容限有不相適應(yīng), 故此細(xì)流過程中差 400 克滿 25kg 以前為計量控制, 末一段根據(jù)所差的克數(shù)設(shè)置一定的延時截流來結(jié)束計量, 前題是細(xì)流流量應(yīng)該恒定。

5.3 計量過程產(chǎn)生的沖擊量修正

上述措施仍不足以完全消除沖擊誤差, 故此設(shè)置了靜止 1.5s 并復(fù)測質(zhì)量, 得本次沖擊誤差, 每次沖擊誤差都是在衰減振動過程中隨機(jī)測得的, 符合正態(tài)布規(guī)律, 因此連同前 5 次沖擊誤差的歷史記錄作均方根處理, 得出最佳沖擊補(bǔ)償量, 作為下一次的修正。

6 結(jié) 語

本文主要針對面粉全自動包裝生產(chǎn)線中自動計量部分工作過程中出現(xiàn)計量速度與計量精度這一矛盾, 提出了解決這一矛盾的具體技術(shù)措施, 從而提高了面粉全自動包裝生產(chǎn)線的計量可靠性、 生產(chǎn)率, 并降低了勞動強(qiáng)度。

 

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