PLC在饲料称重包装中的应用-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2003-07-29 14:49:00

楼主

1.前言饲料重量计量包装是饲料工业的重要生产环节。饲料称量包装的准确与否将直接影响到企业的信誉和经济效益。过去采用机械称量、人工装袋，劳动强度大、速度慢、精度低。近几年，采用电子称量装置虽然可使其静态称量精度大大提高，但在饲料加工连续生产过程中，其动态精度仍不能保证。因此，在快速自动称量中如何提高动态称量精度，一直是饲料加工企业急需解决的难题。本文是作者在研制饲料自动化生产设备中，为了与配料过程相协调，实现饲料生产的全部自动化，应用PLC作为动态称量包装测控设备，在硬件和软件设计中采用了一些措施和动态控制方法，较好地兼顾了称量速度与精度的矛盾，实现了饲料连续生产中动态称重计量的精度。 2.系统总体框图及工作原理用称重传感器、放大器和PLC组成测控系统来完成饲料的称重、计量、包装的生产工艺过程，如图1所示。该系统以PLC为核心，配以称重传感器、放大器、各种电动执行器和机械装置，实现饲料的动态在线称重计量和包装工作。称斗的上方是成品仓，该仓中的原料是来至饲料混合工序生产的饲料散状成品料。成品仓下是一台电动机驱动的螺旋进料装置，启动电动机，则该成品仓中的粉状饲料就随着传输绞笼的旋转而进入称斗中称量。称斗上装有三个S梁式应变式拉力传感器，称斗的重量信号直接由该传感器组转换成与之对应的电压信号，经放大器把该电压信号放大后送入PLC中进行数据处理，当达到预定值时，PLC控制停止下料，然后PLC控制开称斗门，并控制打包机自动装袋后由传送带送出。于是，就完成了饲料称量打包的自动化过程。 3．提高动态称重精度的硬件措施影响称重静态精度来源于传感器和放大器组成的硬件系统，如图2所示。该系统用三个拉力传感器将饲料重量W变换为成线性关系的电压信号Ux，并通过两级放大器进行放大。图中Un表示等效到放大器输入端的噪声和干扰电压，ΔUi表示等效到输入端的漂移电压。设两级放大器的放大倍数为A，则Uo=A(Ux+Un+ΔUi)=AUx+AUn+A·ΔUi式中的第2项主要影响灵敏度，第三项主要影响系统的精度。 (1)影响传感器的因素及解决办法传感器输出信号的稳定性除决定传感器本身的性能外，还与供电电源和传感器的安装有密切关系。本系统采用UH61-100u型三只称重传感器，每只传感器单独供电，通过调节其桥路电压使三只传感器的输出灵敏度K相同，三只传感器串联输出的电压为Ux=K(E1+E2+E3)。为了提高每个传感器供桥电源的稳定性采用二次稳压，并对元器件进行老化、测试后进行选配，特别是对基准稳压管2DW233的老化处理和时漂测试，选择时漂小的通过调节其工作电流使其工作在接近零温度系数（<2ppm/℃）下，使整个传感器电源的温度稳定性优于10ppm/℃。三只拉力传感器安装在称斗和称架之间。如果传感器承受的重量与传感器轴线存有ɑ角，则将产生横向分力而引入误差ΔW=W-Wcosɑ.这对于每次称重25Kg，在称斗皮重为100Kg的情况下，即三只100Kg的传感器实际荷重为125Kg。当ɑ=4°时，称重误差就为0.43Kg。因此，安装传感器时应设法确保传感器都能垂直受力。（2）影响系统灵敏度的因素及解决办法影响系统灵敏度的主要因素是检测电路的内部噪声和外部干扰电压Un，它与放大器所工作的频带相关。在研制中，通过选择低噪声器件，在满足采集速度所需足够宽的频带的前提下，通过选配电阻来提高放大电路本身的共模抑制能力，整个检测系统采用双层屏蔽，采样时间选为工频周期整数倍等项措施，使整个系统获得了能分辨5g重量的灵敏度。（3）影响准确度的主要因素及解决办法影响准确度的主要因素是整个检测系统的非线性和漂移ΔUi。其中系统的非线性，在选配元器件校正的基础上，采用了软件修正；而对于随温度和时间产生的漂移电压ΔUi，主要采用元器件的老化、测试与分选工艺，筛选掉时漂大的，然后选配温度系数进行补偿，使整个系统的静态精度达到了0.07%，为实现动态称量精度奠定了基础。 4.提高动态称重精度的软件措施影响动态称重精度的主要因素是被称物料的比重、流量和落差的大小，它是由成品料仓的压力和PLC所控制的进料驱动装置产生的。因此，改进控制思路，借鉴静态称量精度高的特点是提高动态计量精度的关键。为此，我们选用双速变径变距螺旋加料机，采用"先快后慢，最后点动"的控制下料方式，如图2所示。图中：Wx0为称量前PLC所采集的称斗皮重；由此PLC按照每包计量净重量的90%、95%和100%算出快速下料的终了值Wx1、慢速下料终了值Wx2和称量终了值Wx。其控制过程可以这样简单说明：在下料开始一段时间，PLC控制绞笼电动机快速下料，当检测达到快速下料的终了值Wx1时，PLC控制绞笼电动机开始慢速下料；当检测达到慢速下料的终了值Wx2时，PLC关闭绞笼电动机后采用"点动"下料，当达到或接近期望值Wx时为止。图2 放料控制方式示意图按照上述思路，通过编写全动态控制加料的快慢、速加料和点动下料的软件模块；以及为消除空中落料对称量精度的影响，所编写的自动寻找提前停机量的软件模块等软件措施。该系统使用一年来，经计量部门两次测试，整个系统动态计量准确度优于0.2%。 5.结论采用PLC控制进行饲料称重包装，具有结构简单、计量准确、工作可靠，较好的兼顾了动态称重计量的精度和速度，满足了在线快速动态重量计量的要求，对水泥、食盐、面粉等的称重包装有借鉴作用和推广价值。

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