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PLC在饲料称重包装中的应用

  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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