1 前 言

目前在面粉生产加工行业中使用的计量器具大多为机械杠杆式, 少数厂家经技术改造后也是机电结合式, 使用这种计量器具, 一是需要较多的人力物力, 增加了工人的劳动强度; 二是不能与传送设备直接配套, 造成了很大的浪费; 三是由于计量精度低, 影响了企业的信誉和消费者的利益。 由于这些原因的存在, 包装计量问题已成为面粉加工企业急需解决的问题。本文在技术上首先要解决计量精度和速度问题, 其次完善设备的功能, 使之更具有实用性和通用性 。

2 面粉全自动包装生产线简介

面粉全自动包装生产线包括供袋、 装袋、 计量、 折边、缝纫及码垛等工序。

面粉全自动包装生产线可以实现自动上料、自动计量、自动封装等多项功能, 并可对生产过程进行实时监控, 完成自动诊断、 自动报警等功能。 根据工艺要求, 面粉自动包装生产线的控制系统由人机界面操作及显示系统、送料计量控制系统、封装控制系统组成。

面粉全自动包装生产线最重要环节是自动定量计量部分, 计量部分精度 为 +0.3% ( 25kg±0.075kg ) , 速 度 为300 袋 /h 。采用微机控制静重法, 包括粗流计量、 中流计量、 细流计量、 截流控制及降量补偿与修正, 执行器件为气缸。

3 面粉全自动包装生产线自动计量部分工作过程

送料计量启动信号为开时, 送料开始, 送料伺服电机根据触摸屏设定的参数工作。 检测填充量, 伺服电机根据计量值的不同完成面粉粗流加速填充、 中流均速填充、 细流微量填充, 填充结束进给到位。在全部的送料过程中,触摸屏实时跟踪、 显示各个数据变化, 一旦有故障, 不合理的数据出现, 整个机器就会停止, 并强行报警。

面粉自动包装线的计量过程采用粗流计量、中流计量、 细流计量三级投料方式。

粗流计量及中流计量为定时控制, 时间可由面板控制, 它决定了计量速度, 若粗流计量为 1s , 中流为 1.5s , 调整内锥体的高度, 使落料为 95% 左右, 得最快计量速度。细流计量为最终计量控制, 落料速度为每秒 1kg , 它主要影响计量精度。当计算机判定 25kg 到时副操作阀关闭, 细流计量结束。

为了对下一次称量补偿, 设置了静止 1.5s 的阶段, 让一直处于振荡状态的称体振幅减小, 然后进行质量复测,得到差值, 并连同前 5 次称量时差值历史记录一并考虑,算出修正量, 实现了降量跟踪补偿。

最后排料气缸动作, 打开计量箱下部的排料阀门,0.8s 后关闭, 把称好的料卸入包装袋。

4 计量误差分析

影响计量精度的主要环节是计量传感器、 电桥电源、电桥放大器及模数转换器。

计量传感器至关重要, 选用梁式应变全桥结构, 精度0.08% , 温度误差容限 0.04% , 滞后误差 0.035% 。

应变电桥采用恒压供电方式, 由二级反馈式稳压构成, 稳定度为 ± 0.015% ( 电源波动 ± 10% ) , ± 0.02% ( 负载变化 0～ 100% ) , ± 0.004 ( 温度范围 0~50℃ ) 。

桥路放大器由两级构成, 前级采用交叉耦合差动跟随集成运算放大器, 具有高度稳定性, 后级采用反向比例放大, 总体增益 1000 倍, 非线性误差 0.002% , 增益温度系数为 20PPM/℃ , 输入偏置电压温漂 0.3μV/℃ 。

模数转换选用积分型高精度 12bitA/D 芯片 ICL7109 ,非线性误差 ± 0.024% , 温度系数为 5PPM/℃ 。

按环境温度变化范围 25± 25℃ 考虑, 分项误差为:

可见按最大可能误差也能够满足系统要求的误差( 0.3% ) , 在前述分析中可见温度附加误差 ( R 1 的第二项,R 2 的第三项 R 3 的二、 三项, R 4 的第二项) 是总误差 R 的主部, 在微机计量时采用了测差法, 即随时记忆零点, 情况将得到很大改善。

实际工作中由于计量速度很快, 另一项不容忽视的误差是由冲击振动所引起的, 必须采取有效措施。

5 冲击振动的处理

面粉计量机械部分可以近似看成一个二阶振动系统, 在粗流计量落料的冲击下计量机械部分立刻进入振荡状态, 固有频率大致为 45Hz , 整个工作循环 5s 种内振幅仍不能衰减到 0 , 冲击振动是影响计量精度的最主要因素, 为此重点采取三项措施。

5.1 加入有源滤波器

前述桥路放大器的第二级, 除对恒定分量放大 8 倍之外, 还兼有三阶有源滤波的功能。 对 40Hz 的交变信号形成 60dB 的衰减, 因此, 虽然称体一直处于振荡状态, 但送给模数转换器的信号只有较小的波动, 为同时保持快速性, 要精心设计和调节电路参数, 使衰减带斜率很陡。

5.2 采用积分型 A/D 转换器

ICL7109 上是双积分型 12bit 模数转换器, 对交变信号具有加权平均作用, 但要选择积分时间为交变信号周期的整倍数, 这里调整时钟电路的 RC 值时, 使积分周期为 200ms , 不但对通过有源滤波器的 40Hz 的残余振动信号有抑制作用, 而且对工频干扰又可有效地消减, 但转换速度就显得不够了, 因细流速度为 1g/ms , 200ms 可流出200g , 这显然与 100 克的误差容限有不相适应, 故此细流过程中差 400 克满 25kg 以前为计量控制, 末一段根据所差的克数设置一定的延时截流来结束计量, 前题是细流流量应该恒定。

5.3 计量过程产生的冲击量修正

上述措施仍不足以完全消除冲击误差, 故此设置了静止 1.5s 并复测质量, 得本次冲击误差, 每次冲击误差都是在衰减振动过程中随机测得的, 符合正态布规律, 因此连同前 5 次冲击误差的历史记录作均方根处理, 得出最佳冲击补偿量, 作为下一次的修正。

6 结 语

本文主要针对面粉全自动包装生产线中自动计量部分工作过程中出现计量速度与计量精度这一矛盾, 提出了解决这一矛盾的具体技术措施, 从而提高了面粉全自动包装生产线的计量可靠性、 生产率, 并降低了劳动强度。

 

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