随着计算机应用领域不断扩大，人们以往的想法现在大多已变成现实，这是集人们的智慧、微电子技术、计算机技术等综合应用的结果。各行业对配料的效率和精度要求越来越高，人工配料已远远不能满足连续化、自动化生产的要求。所以研制高效率、高精度自动配料生产线势在必行。但配料控制仪表是关键的设备之一，在以往的配料设备中存在以下几方面不足：给料方式上只有快慢速给料，配料精度的合格率达不到要求；控制信号只有给料控制，其它动作控制满足不了，即使采用PLC动作配合也不理想，且控制算法也难实现；一般均是单物料工作方式，不适于连续自动配料生产线。配料现场及工艺要求，一般配料工业现场粉尘大，工作环境恶劣，劳动强度大，污染环境，不利于操作人员的身心健康；配料品种多，标准量各不相同，对每种物料下料速度和称重精度都要求严格，生产也要求较高；因原料供应厂家不同，料样为粉料的情况下，物料的粘度、比重各不相同，且物料随温度、湿度变化易粘连、结块，使物料的流动性降低，对称重精度有一定的影响。基于以上分析，新的配料系统应具备以下几个功能： 
　　 
改善工作环境，提高生产效率，减轻劳动强度。 
　　具有配方管理功能，配方的建立、修改、打印、删除、运行等。 
　　具有实时监控自动连续生产的功能，且设备的密封性好。具有实时数据采集、记录、打印、查询等功能。 
　　每种物料在配料过程中一般有给料、称重、破拱、卸料、报警等动作。针对以上工艺要求和系统功能要求开发了能满足要求的配料控制仪表。

配料控制仪表的功能 
　　
根据配料工艺和配料系统的要求，配料控制器应由以下几部分组成：称重功能，即电子秤；配方存储运行功能；通讯功能；控制功能；手自动转换功能；再启动功能。 
　　配料控制仪表的研制主要从以下几点考虑：虽然每种物料的设定值、粘度、比重不尽相同，但在配料系统中设备需求和控制动作是一致的；采用分散控制的思想，将称重显示仪表功能、动作控制、给料控制分散到现场完成，使系统结构简单，提高了可靠性；控制方式方法灵活，易于实现；采用RS485总线进行数据通讯，方便快捷。 

主要功能模块的研制

3．1　电子秤 
　　电子秤是根据国家标准GB－7723－87研制的，满足电子秤Ⅲ级的技术要求。重量信号采集采用自校正的方法进行。 
根据称重传感器特性有：
Vi＝aVW（1）
Vi为称重传感器输出信号（mv）
a为传感器的灵敏度（mV／V）
V为传感器的激励电压（V）
W为传感器的负荷（kg） 
　　当传感器和系统确定后，a、V均为常量，故有Vi∝W；对于A／D转换器有：
D＝V0N／Vref（2）
N为数字量量程，有：
Vref＝sV（3）
V0＝AVi＝AaVW（4）
所以将（3）、（4）式代入（2）式有D＝AaNW／s（5） 
　　公式中A、a、N、s均为常量，即A为放大倍数，N由A／D转换器的位数决定，这些参数选择高精度的元件可以保证精度，而激励电压V因和数字输出D无关，可采用低精度元件实现高精度的变换，从而降低了系统的成本。而在设计时为了提高系统的抗干扰特性，微处理器和A／D转换之间采用光电器件实现了隔离。电子秤功能均采用C51软件实现。如校秤、清零、清皮、零点跟踪等。

3．2　控制仪表 
　　显示器采用数码管实现，采用ICM7218自动扫描集成电路可显示八位数码管。译码方式可采用全 
译码或段译码，可用软件设置。采用自动扫描方式增加了微控制器的实时性。

3．3　给料控制 
　　控制输出采用八位A／D转换器，设计了驱动电路并采用了光电隔离输出，提高了称量系统的可靠性。

对振动给料方式用调幅方式实现连续无级调速，对于螺旋给料用调频方式实现连续无级调速，保证了称重精度和速度。在控制器中实现了以下料速度为调节参数调节方式，改变了以前只控制重量的方法，提高了自动称重控制精度，并建立了基于物料下料速度的模型，按设定的下料速度进行给料。 W为物料的下料量,V为给料速度,T为给料时间； 也就是说给料速度V根据称重重量分段的，有： 

n为速度的下降速率；WSET为称重重量设定值；WX为速度转换的称重重量。 
　　当物料的下降累计量W未达到WSET－WX时，速度控制为定值调节系统，当物料的累计量超过WSET－节WX时，速度控制为随动调节系统。定值调节易于实现，不作深入的探讨。

根据速度公式可以画出称重物料的累计量W，给料速度V和称重时间t的关系曲线（见图3）。

称重量接近设定值时，减慢称重速度，从而保证了称重精度。 

基于给料速度控制方案 
　　通过对物料的了解和实验，影响称重的主要因素主要有以下几种： 
　　（1）物料的粘度：在相同的环境中，不同的物料下料的速度不同，因而造成调试困难，称重精度难以控制； 
　　（2）物料的比重：因物料的比重不同采用同一装置，下料速度也不同； 
　　（3）环境的影响：环境的温度、湿度变化将导致物料粘度等物理特性的变化。主要是物料的粘度随温度的增加而增加，导致物料易起拱、结块，对称重不利； 
　　（4）由于控制给料装置和控制装置的非线性，即使在相同的控制方法和控制量下，各给料装置的 
振动力和给料速度均是不同的。 
　　由于以上因素的影响，在以往的双速给料中，每种物料均要调整到相应的状态，才能达到预期的称重精度。然而，随着环境温度的变化或物料批号的不同，原来的给料状态，往往保证不了称重的精度，需重新调整，设备的互换性较差，从而降低了生产效率。由此可见，保证称重的准确、快速受很多因素影响。在以往的双速给料中，因采用开环控制，振动力大，给料快，但精度难以控制；振动力小，给料慢，精度可以控制，但称重时间长，效率低。基于以上分析提出了给料速度控制方案（见图4）。这种控制方法采用闭环控制，以下料速度为控制参数，采用自适应智能控制方法，克服了以上各因素对称重精度和生产效率的影响。以上各因素的变化均以改变振动力加以克服，但控制算法和控制手段更复杂了。基于速度给定，在称重初期，下料速度稳定在V0，当称重值接近设定值时，速度的设定值减小。因此，该系统是一个随动调节系统，将以往的分段控制变为连续控制。

应　用 
　　该高精度配料控制仪表通过在小料自动配料称重系统中的实际应用，效果良好，很好地克服了以往控制方法难以解决的问题，解决了称重精度和称重速度之间的矛盾，适应性强。对促进橡胶行业的自动化及连续化生产水平起到了积极的作用，用该配料控制仪表设计的配料系统通过了国家石油化工局的部级鉴定。 

参考文献 

1　施汉谦等．电子秤技术．北京：中国计量出版社，1991 
2　何立民等．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2000 
3　杭柏林等．ICL7135 A／D转换器与51单片机串行隔离接口的实现．自动化与仪器仪表，2001．5

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