如何提高定量包装的动态称重准确度

定量包装秤和动态称重准确度问题概述

如今的生产和流通的日益社会化和现代化,产品包装机械正开始淘汰机械称量、人工装袋的生产方式,逐步现代化。定量包装控制仪表已广泛应用于食品、化工等行业。采用电子称量装置使静态称量准确度大提高,但在企业加工连续生产过程中,其动态准确度仍不能保证。因此,在快速自动称量中如何提高动态称量准确度,一直是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重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两个阶段:粗喂料阶段和细喂料阶段。前者保证称重的速度,后者保证称重的准确度。这样一来可能产生两个问题:一是保证计量准确度但称重速度不够;二是较高的称量速度,但计量准确度不易保证。我国目前称重范围在29kg~100kg电子秤,计量准确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0·5kg~5kg的计量,与国外同类产品相比有一定差距。

    笔者在为某企业研制饲料自动化生产设备中,应用可编程序控制器(PLC)作为动态称量包装测控设备,硬件和软件设计中采用了一些方法和动态控制方法,较好地兼顾了称量速度与准确度的矛盾,保证了饲料连续生产中动态称量计量的准确度。

 

二、定量包装秤系统工作原理

    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中。该系数以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。图1所示秤斗的上方是成品仓,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秤斗中称量。秤斗上装有3个S梁式应变式拉力传感器,秤斗的重量信号
直接由该传感器组成转换成与之相对应的电信号,经放大器把该信号放大后送入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然后由传送带送出,于是就完成了饲料称量打包的自动化过程。

提高动态称量精确度的硬件方法

    影响称重静态准确度来源于传感器和放大器组成的硬件系统,重量信号采集电路原理,如图2所示。该系统用3个拉力传感器,将饲料重量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,ΔUi表示等效到输入端的飘移电压。设两 级放大器的放大倍数为A则：

Uo= A( UX+ UN+ Ui)

     = AUX+ AUN+ AUi

式中的第二项主要影响灵敏度,第三项主要影响系统的准确度。

影响动态称重系统灵敏度的因素及解决办法

    影响动态称重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 项方法,使整个系统获得了能分辨5g重量的灵敏 度。

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,使整个系统的静态准确度达到了 0·07%,为实现动态准确度称量奠定了基础。

提高动态称重准确度的软件方法

    影响动态称重的主要因素是被称重物料的比 重、流量和落差的大小,它是由成品料仓的压力和 PCL所控制的进料驱动装置产生的。因此,改进控 制思路,借鉴静态称量准确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”的控制下料方式, 放料控制方式示意如图3所示。图中:WX0为称重 前PLC所采集的秤斗皮重;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WX2时,PLC关闭绞笼电动机后采 用“点动”下料,当达到或接近钠谕?礧X时为 止。

    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 落料对称量准确度的影响,所编写的自动寻找提前 停机量的软件模块等软件方法。该系统使用一年 来,经计量部门两次测试,整个系统计量准确度优于 2%。

总结

    采用PLC控制进行饲料配料称重包装,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 量的准确度和速度,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。
 

（文章转载于知网）