[sictech]電子秤計量性能靜態(tài)性能和動態(tài)性能分析---西城微科電子

1  引言

配料工序是PVC行業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。配料是采用特定的配料裝置，按照配方的要求，對多種不同品種的飼料原料進行準(zhǔn)確稱量的過程。配料裝置的核心設(shè)備是電子配料秤。配料秤性能的好壞，將直接影響配料質(zhì)量的優(yōu)劣。在電子配料秤的使用當(dāng)中，人們常用配料精度來評定配料秤的性能好壞。配料精度實際上是對稱量結(jié)果與真值的接近程度的一種描述，也就是對配料系統(tǒng)誤差與隨機誤差的一種反映。采用微機控制進行稱重配料，可以對稱量誤差進行自動補償，保證配料的準(zhǔn)確性，還可以通過微機的鍵盤和顯示器方便地進行人機對話，完成參數(shù)設(shè)置，檢查和修改工藝設(shè)定值，并監(jiān)視稱重配料的生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)故障及時報警。使用微機還可以調(diào)用管理程序，通過建立的模型自動完成對稱重配料系統(tǒng)的控制。因此，采用微機控制稱重配料系統(tǒng)，可降低原料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的科學(xué)管理。

2  配料系統(tǒng)的工藝要求

2．1  工藝要求

為了保證良好的配料效果，在設(shè)計和使用中，對配料裝置總的要求是：

(1)具有良好的穩(wěn)定性能，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的稱量。

(2)在保證配料精度的前提下，應(yīng)當(dāng)結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，維修方便。

(3)具有較好的適應(yīng)性，不但能夠適應(yīng)多品種、多配比的變化，而且能夠適應(yīng)環(huán)境及工藝形式的不同要求。

2．2  電子配料秤計量性能分析

電子配料秤是一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)衡器。在實際使用中，它不僅要滿足衡器的基本性能要求，而且要滿足生產(chǎn)過程的工藝要求。其計量性能可分為靜態(tài)性能和動態(tài)性能。

2．2．1  靜態(tài)計量性能是電子配料秤處于非自動稱量狀態(tài)下的計量性能，實際上是電子配料秤本身的計量性能。電子配料秤的靜態(tài)計量性能處于非自動稱量狀態(tài)時，與所有非自動衡器一樣，須具有正確性、靈敏性、穩(wěn)定性、重復(fù)性等基本計量性能。

但對于借助稱重傳感器實現(xiàn)自動稱量的電子配料秤，上述性能的具體描述往往有許多不同之處。衡器的正確性是在力的傳遞與轉(zhuǎn)換過程中，稱量系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠的特性。對于電子配料秤，它指的是稱量傳感器的力電轉(zhuǎn)換及測量顯示儀表的結(jié)果處理的準(zhǔn)確可靠。衡器的正確性用正確度表示，即稱量結(jié)果的系統(tǒng)誤差大小。電子配料秤的正確度通常是稱重傳感器和測量顯示儀表的系統(tǒng)誤差的綜合。

2．2．2  動態(tài)計量性能是自動稱量過程中所表現(xiàn)出的計量性能，即電子配料秤及其附屬裝置工作狀態(tài)下的計量性能。對于工作狀態(tài)下的電子配料秤，最重要的是自動稱量過程的計量性能。但電子配料秤本身的基本性能往往以不同形式和不同程度影響計量性能，因此它是計量性能的基礎(chǔ)。

電子配料秤的動態(tài)計量性能主要是以配料準(zhǔn)確性集中體現(xiàn)的。配料準(zhǔn)確性反映電子配料秤及其附屬裝置在配料稱量時的準(zhǔn)確靈敏、穩(wěn)定可靠的特性。配料準(zhǔn)確性用配料準(zhǔn)確度表示。它指的是秤斗中被稱物料的實際質(zhì)量值與配料系統(tǒng)中對該種物料所設(shè)定的理論質(zhì)量值之間的差。這兩者數(shù)值之間的差也就是生產(chǎn)實際中所指的配料誤差。

配料誤差反映配料系統(tǒng)工作時的系統(tǒng)誤差與隨機誤差之和。電子配料秤的配料準(zhǔn)確性在自動稱量過程中的反映主要是物料供給的穩(wěn)定性、單次稱量的準(zhǔn)確性、稱量累加的正確性和稱量動作的可靠性。物料供給的穩(wěn)定性是實現(xiàn)稱量準(zhǔn)確的前提，是動態(tài)計量過程的關(guān)鍵。電子配料秤的給料特點是：多種物料各自通過相應(yīng)的給料器依次給料，每臺給料器給料過程的運行和終止均受到計算機的控制，儀表上的稱量顯示值是隨著給料量的變化而不斷累計的。

給料稱量過程是一種階段連續(xù)給料、結(jié)果靜態(tài)顯示、多次交替累加的復(fù)雜動態(tài)過程，由此產(chǎn)生的"空中料柱"是配料誤差的重要組成部分，而快、慢二次給料程序的執(zhí)行是減少或消除這種隨機誤差的基本手段。

稱量累加的正確性反映的是測量顯示儀表的綜合特性。這種累加可以是某一種物料在不同批次中稱量結(jié)果的累加；可以是同一批物料中不同物料被稱質(zhì)量的累加；也可以是稱量誤差、配料誤差的累加。稱量累加的正確性不僅體現(xiàn)出測量顯示儀表本身的準(zhǔn)確、靈敏、穩(wěn)定，同時還體現(xiàn)了它與稱重傳感器之間的協(xié)調(diào)聯(lián)系。

這種協(xié)調(diào)聯(lián)系反映了被稱量的質(zhì)量信號能夠在排除各種外界干擾(如機械振動、電源波動、外界電磁場、環(huán)境溫度等)的情況下給予正確的結(jié)果顯示。稱量動作的可靠性反映的是整個配料系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)配制的合理性，制造安裝的正確性，稱量動作的協(xié)調(diào)性等幾方面的綜合效應(yīng)。

配料系統(tǒng)是由一整套機械電氣裝置組合而成的。給料器的結(jié)構(gòu)形式及工作方式，秤斗的結(jié)構(gòu)形式與容量大小，料底門控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，給料、稱量及卸料環(huán)節(jié)中的自鎖機構(gòu)與互鎖機構(gòu)等是設(shè)計過程中必須考慮的。各種機構(gòu)的制造裝配質(zhì)量，秤斗、稱重傳感器的正確安裝是配料系統(tǒng)能夠運行的關(guān)鍵。給料器實現(xiàn)快、慢二次給料，給料速度可以調(diào)整，稱量時間得以保證，配料稱量過程控制有序等是提高配料稱量精度的重要手段。

3  提高配料系統(tǒng)精度基本思想及模型的建立

3. 1提高配料系統(tǒng)精度基本思想

為了提高生產(chǎn)效率和稱量精度，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有快稱和慢稱。快稱料倉出料的流量大，慢稱料倉出料的流量小。為了補償傳感器和前置放大器的零點漂移，需對電子秤進行零點跟蹤。

在配料稱重時，實際稱量值與要求的目標(biāo)值往往會產(chǎn)生偏差。當(dāng)正向偏差超過一定值時，就產(chǎn)生了超稱。因此，在卸料時需進行減量卸料，使實際配比誤差限制在允許的誤差范圍內(nèi)。當(dāng)負向偏差超過一定值時，就產(chǎn)生稱量不足，系統(tǒng)要繼續(xù)稱量，以補足稱量值。同時，采用線性誤差跟蹤法，自動修正下一次稱量的提前量，以提高下一秤的稱量精度。

由于混料和出料時間均較長，為進一步提高生產(chǎn)率，當(dāng)混合機進入混料的同時，便開始下一次稱量。在存放有不同品種物料的料倉和秤斗里，物料容易結(jié)塊，造成物料滯留。因此，系統(tǒng)要求對容易結(jié)塊的物料進行流量監(jiān)督，當(dāng)流量不足時，發(fā)出破拱抖動，同時報警。

3. 2稱量模型的建立

3．2．1增量型稱重模型

系統(tǒng)的稱量過程就是向秤斗里連續(xù)給料的過程，當(dāng)各種物料稱量值與關(guān)門值相等時，則停止給料，經(jīng)過一段時間的延時，待落差全部進入秤斗之后，測出實際稱重值，同時計算稱重誤差，供下一次稱量時自動修正提前量所用。 3．2．2累計型稱重模型由于各種物料公用一個秤斗，因此在每種物料稱重結(jié)束時，根據(jù)下一種物料的稱量值以及關(guān)門值修正繼續(xù)稱重的目標(biāo)值和關(guān)門值，同時要計算每種物料的實際稱重值及稱量誤差。

設(shè)某種飼料由8種物料混合而成，根據(jù)工藝要求先配第一種料到給定量后，第一種料喂料停止。接著配第二種料，……，直到最后一種料。待料全部配完后，計算機對混合機進行檢測，接收到要料信號后，便指令電磁閥和輸送機送料到飼料混合機，這時模擬屏相應(yīng)指示燈亮，一個配料周期便告結(jié)束。計算機重復(fù)上述工作過程。如果配料中，由于意外情況某種物料超過給定范圍，計算機可自動按比例補償其他幾種物料，保證配比不發(fā)生變化。

3．2．3減量型卸料稱重模型

當(dāng)物料稱重結(jié)束后，首先計算出各種物料減量卸料的關(guān)門值，然后按一定的時間順序，先后打開秤斗進行卸料，當(dāng)留在秤斗里的物料重量與其關(guān)門值相等時，停止卸料，測出實際卸料值及卸料稱重誤差，根據(jù)誤差范圍再分別處理。某物料在稱雷時有韶稱存在．則在卸料時按減量型卸料，這樣就形成了部分物料留在秤斗內(nèi)，使實際卸料量限制在允許的誤差范圍內(nèi)，這就是超稱處理。留在秤斗內(nèi)的物料作為下一次稱量的預(yù)稱值。上述三種稱重模塊中，增量型稱重模塊和減量型卸料稱重模塊適用于一倉一秤配料系統(tǒng)，累計型稱重模塊適用于多倉一秤配料系統(tǒng)。

4  提高稱量精度及可靠性的其他措施

4．1  采用變速稱量法

減小物料流量是提高稱量精度的有效方法之一，但這樣將延長系統(tǒng)的稱重時間，降低效率。因此采取變速稱重法，既可提高生產(chǎn)效率，又可提高稱量精度。變速稱重法是開始時高速喂料，當(dāng)秤斗里物料達到一定值時，設(shè)備轉(zhuǎn)入低速喂料。

4．2  動態(tài)提前量跟蹤

每次稱量結(jié)束以后，實測秤斗中物料重量值，將其與要求的目標(biāo)值相比較，計算出誤差，將這個誤差補償?shù)较乱淮螠y量的關(guān)門值上，供下一次稱量使用，影響提前量的因素較多，它與稱量裝置的結(jié)構(gòu)、料位高低、物料的流動性、氣動關(guān)門裝置的壓力變化以及機電設(shè)備的疲勞程度都直接有關(guān)。但是只要上述各項因素的變化比較緩慢，采用提前量跟蹤法仍是最有效的。

4．3  采樣頻率為工頻的整數(shù)倍

每次采樣的時間與工頻電壓保持同步關(guān)系，這樣工頻干擾的大小是固定的，并以此作為稱量的零點值，就可有效地消除工頻干擾。若采用精密穩(wěn)壓電源為前置放大器和A／D轉(zhuǎn)換板單獨供電，消除工頻干擾的效果會更好。但要考慮性能價格比。

4．4  多電源供電

數(shù)字接口電路可以公用一組直流電源，前置放大器和A／D轉(zhuǎn)換板各自單獨供電，這樣可以避免因電源負載的波動而產(chǎn)生的相互影響。

4．5 A／D轉(zhuǎn)換功能充分利用A／D轉(zhuǎn)換的電壓范圍，盡可能地提高前置放大器的電壓放大倍數(shù)，使被轉(zhuǎn)換的模擬電壓盡可能的大，這樣可以減小A／D轉(zhuǎn)換的相對誤差。

4．6  多次核實稱量值當(dāng)稱量值大于或等于其關(guān)門值時反復(fù)核實其值大小，若連續(xù)三次且三次都是同一結(jié)果，則判斷此次稱重有效，這樣可防止干擾而產(chǎn)生的誤差。

4．7  斷電保護措施系統(tǒng)應(yīng)配有不間斷電源，一旦電網(wǎng)斷電，計算機將把主要參數(shù)存入磁盤，待來電之后，程序根據(jù)參數(shù)的特征自動執(zhí)行。

5  結(jié)束語

采用微機并建立稱重配料控制模型，可以對稱量誤差進行自動補償，保證配料的準(zhǔn)確性，監(jiān)視稱重配料的生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)故障及時報警。通過建立的模型自動完成對稱重配料系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)模型設(shè)計有自動補償、提前量跟蹤、零點跟蹤、多次振動給料逐次逼近和超、少稱處理等多種精度控制方法，可達到較高的控制精度，增強了系統(tǒng)對多變的工業(yè)現(xiàn)場的適應(yīng)能力，提高了系統(tǒng)的可靠性。

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