饲料质量计量和自动包装是饲料工业的重要生产环节。饲料称量和自动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。

笔者在对一家饲料公司设备进行饲料自动化改造中, 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, 较好地解决了称量速度与精度的矛盾, 实现了饲料连续生产中动态称量计量的精度。

1  系统总体框图及工作原理

用称量传感器、 放大器和 PLC组成测控系统来完成饲料的称量、 计量、 包装的生产工艺过程。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量计量和包装工作[ 1] 。
 

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。称斗上装有二个 S梁式应变式拉力传感器, 称斗的质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模拟量模块中进行数据处理, 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[2] 。

系统采用二级给料方式。粗给料流量大, 用短时间加入额定重量的 90% ~ 95%。细给料流量小, 为额定重量的 5% ~10%。这样即可保证速度, 又可保证精度。
 

在每个称量循环中, 关称斗后测皮的质量, 以消除由于物料的粘附引起的称量误差; 停机时设置处理功能, 保证停机排空称斗内物料。一方面可保证下次开机时称斗无料, 且避免了物料较长时间停留在称斗内吸湿而凝结在称斗壁上, 细加料信号设置后, 待其稳定, 然后进行实测, 得到误差, 以使下一个循环进行补偿校正[ 3] 。

系统功能为:

( 1)对装袋质量实现自动控制, 其设定值可由编程器设置; ( 2)对每次放料后称斗的皮重进行检测修正; ( 3)对称量误差进行自动补偿; ( 4)实现自动包装; ( 5)故障检测、 报警。系统质量设定值为: 50 . 00kg , 动态误差为: + 0. 5kg , 包装速度: 4~ 6袋 /m in。

2  系统主要组成

2. 1  称量传感器

目前, 在称质技术领域中广泛应用电阻应变式传感器, 分为金属丝电阻应变式和半导体应变式 2种[ 4] 。前者具有精度高、 温度影响小、 线度和重复性好的优点, 但价格较高, 输出灵敏度低; 后者性能与前者相反, 在精度和温度特性方面较前者差一个数量级, 而输出灵敏度比前者高一个数量级, 价格为前者的一半。根据实际控制要求和工作环境, 选用 T - BX 型半导体应变式传感器, 该传感器为 S型结构, 拉压两压, 系统中选用两个传感器, 采用串联方法。

2. 2  控制器

为实现准确计量, 本系统除开关量控制外, 还需要较高分辨率的模拟量通道, 综合比较各种产品后, 选用了西门子 S7-200(CPU224)小型 PLC外加扩展模块构成系统控制器[ 5] 。系统中开关量输入信号有启动按键、 停机键、 斗门状态、 夹袋夹紧和气源压力开关等检测信号; 开关量输出有粗细进料气缸、 放料气缸、 夹袋气缸等控制信号和一些显示、 报警输出信号。模拟量输入模块 EM 231接收传感器质量输入信号, 其中称量斗门关闭和夹袋夹紧检测用接近开关, 缓冲料门、 称重斗门和夹袋由电磁阀带动气缸来控制[ 6] 。
 

2. 3  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, 采样时间定为工频周期整数倍等项措施, 使整个系统获得了能分辨 5g质量的灵敏度。

2. 4  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△U i 。 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△U i, 主要采用元器件的老化、 测试与分选工艺, 筛选掉漂移电压大的, 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。

3  结  语

采用 PLC控制进行饲料称量包装, 具有结构简单、 计量准确、 工作可靠, 较好的兼顾了动态称量计量的精度和速度, 满足了在线快速动态质量计量的要求, 对水泥、 食盐、 面粉等的称量包装有借鉴作用和推广价值。另外原系统上加装一些 I/O模块, 还可以实现其它设备的进一步控制。

参考文献:

[ 1]   刘乘, 李晓明. PLC在包装机械上的应用 [ J]. 包装工程, 2004 , 25( 2): 50- 51.

[ 2]   陈艳. 混和式定量原理在包装机中的应用 [ J]. 粮食加工与食品机械, 1999 , 23( 2): 22- 23.

[ 3]   王欣,秦斌, 等. S7- 200 plc在挤出吹塑成型机自动控制系统中的应用[ J]. 包装工程, 2003 , 24( 6): 15- 18.

[ 4]   王传文. 称重传感器的工作原理及故障检测. 化学分析计量 [ J],2002 , 11( 4): 40- 41.

[ 5]   西门子(中国 )有限公司 ?西门子 S7- 200参考手册 [ K] .(余不详)

[ 6]   林敏. S7- 200PLC在水泥袋装秤重计量系统中的应用. 电气自动化 [ J]. 2002 , 9( 5): 43- 45.

 

 

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