定量包装秤已广泛应用于食品、饲料、化工等行业，整个称量过程由电脑控制，自动完成。具有称量速度快；称量精度高，省力，省人，操作简单，维护方便的特点。例如,饲料称量计量包装是饲料工业的重要生产环节。饲料称量计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,工人劳动强度大、效率低、称量精度差。
    近几年,也开始采用电子称量装置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。
    电子定量称重过程是一个动态过程,而要准确计量物料的质量使其尽量接近标准值,就需要使动态过程向静态稳定趋近,为此,在产品设计时,从电气控制及机械结构方面都将计量过程分为2个阶段:粗喂料阶段和细喂料阶段。前者保证称重的速度,后者保证称重的精度。这样一来可能产生2个问题:一是保证计量精度但称重速度不够;二是有较高的称量速度但计量精度不易保证。我国目前称重范围在29~100kg的电子秤,计量精度和速度以及其他性能指标,与国外同类产品接近。但是25kg以下的小计量电子秤,尤其是015~5kg的计量秤,与国外同类产品相比有一定的差距。
    作者在为某企业研制饲料自动化生产设备中,发现由于使用环境的差异或控制策略等原因,许多定量包装秤的使用不尽如人意,尤其是企业为提高生产效率,快速、连续生产时,称量精度很难保证,为此,本文应用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.
    图1中称斗的上方是成品仓,该仓中的原料是来自饲料混合工序生产的饲料散状成品料。成品仓下是1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3个S粱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相对应的电信号,经放大器把该电信号放大后送入PLC进行数据处理,当到达预定值时,PLC停止下料,然后PLC控制开秤斗门,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提高动态称量的硬件措施
    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,见图2。该系统用3个拉力传感器将饲料质量W变换成线性关系的电信号Ux,并通过放大器进行放大。图中Un表示等效到放大器输入端的噪声和干扰电压,vUi表示等效到输入端的飘移电压。设2级放大器的放大倍数为A,则U0=A(Ux+Un+Ui)=AUx+AUn+AUi式中的第2项主要影响灵敏度,第3项主要影响系统的精度。
 
    2.11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3只UH61-100u型称重传感器,每只传感器单独供电,通过调节其桥路电压使3只传感器的输出灵敏度K相同,3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压的稳定性,采用2次降压,并对元件进行老化,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在接近零温度系数下,使整个传感器电源的温度稳定性优于110@10-5/e。
    3只拉力传感器安装在称斗和称架之间。如果传感器承受的质量与传感器轴线存在夹角A则将产生横向分力而引入误差vW=W-WcosA。这对于每次称重25kg,在称斗皮重100kg的情况下,即3只100kg的传感器实际负重为125kg。当A=4b时,称重误差就为0143kg。因此,安装传感器时应确保传感器能垂直受力。
    2.12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质量的灵敏度。
    2.13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vUi,其中对于系统的非线性,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Ui,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0107%,为实现动态精度称量奠定了基础。
    3提高动态称重精度的软件措施影响动态称重的主要因素是被称重物料的密度、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的关键。为此,我们选用双速变径变距螺旋下料机,采用/先快后慢,最后点动0的控制下料方式,见图3。图中:WX0为称重前PLC所采集的称斗皮重;由此PLC按照每包计量净质量的90%、95%和100%算出快速下料的终了值WX1、慢速下料的终了值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终了值WX2时,PLC关闭绞笼电动机后采用/点动0下料,当达到或接近期望值WX时为止。
 
    按照上述思路,通过编写全动态控制加料的快、慢速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,编写了自动寻找提前停机量的软件模块等软件措施。该系统使用1年来,经计量部门2次测试,整个系统计量准确度优于2%。
    4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质量计量的要求,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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