公告信息：
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1 前 言
目前在面粉生產加工行業中使用的計量器具大多為機械杠桿式, 少數廠家經技術改造后也是機電結合式, 使用這種計量器具, 一是需要較多的人力物力, 增加了工人的勞動強度; 二是不能與傳送設備直接配套, 造成了很大的浪費; 三是由于計量精度低, 影響了企業的信譽和消費者的利益。 由于這些原因的存在, 包裝計量問題已成為面粉加工企業急需解決的問題。本文在技術上首先要解決計量精度和速度問題, 其次完善設備的功能, 使之更具有實用性和通用性 [ 1 , 2 ] 。
2 面粉全自動包裝生產線簡介
面粉全自動包裝生產線包括供袋、 裝袋、 計量、 折邊、縫紉及碼垛等工序。
面粉全自動包裝生產線可以實現自動上料、自動計量、自動封裝等多項功能, 并可對生產過程進行實時監控, 完成自動診斷、 自動報警等功能。 根據工藝要求, 面粉自動包裝生產線的控制系統由人機界面操作及顯示系統、送料計量控制系統、封裝控制系統組成。
面粉全自動包裝生產線最重要環節是自動定量計量部分, 計量部分精度 為 +0.3% ( 25kg±0.075kg ) , 速 度 為300 袋 /h 。采用微機控制靜重法, 包括粗流計量、 中流計量、 細流計量、 截流控制及降量補償與修正, 執行器件為氣缸。其結構見示意圖 1 。
面粉全自動包裝 面粉定量包裝秤 自動計量
3 面粉全自動包裝生產線自動計量部分工作過程
送料計量啟動信號為開時, 送料開始, 送料伺服電機根據觸摸屏設定的參數工作。 檢測填充量, 伺服電機根據計量值的不同完成面粉粗流加速填充、 中流均速填充、 細流微量填充, 填充結束進給到位。在全部的送料過程中,觸摸屏實時跟蹤、 顯示各個數據變化, 一旦有故障, 不合理的數據出現, 整個機器就會停止, 并強行報警。
面粉自動包裝線的計量過程采用粗流計量、中流計量、 細流計量三級投料方式, 時序如圖 2 所示。
面粉全自動包裝 面粉定量包裝秤 自動計量
粗流計量及中流計量為定時控制, 時間可由面板控制, 它決定了計量速度, 若粗流計量為 1s , 中流為 1.5s , 調整內錐體的高度, 使落料為 95% 左右, 得最快計量速度。細流計量為最終計量控制, 落料速度為每秒 1kg , 它主要影響計量精度。當計算機判定 25kg 到時副操作閥關閉, 細流計量結束。
為了對下一次稱量補償, 設置了靜止 1.5s 的階段, 讓一直處于振蕩狀態的稱體振幅減小, 然后進行質量復測,得到差值, 并連同前 5 次稱量時差值歷史記錄一并考慮,算出修正量, 實現了降量跟蹤補償。
最后排料氣缸動作, 打開計量箱下部的排料閥門,0.8s 后關閉, 把稱好的料卸入包裝袋。
4 計量誤差分析
影響計量精度的主要環節是計量傳感器、 電橋電源、電橋放大器及模數轉換器。
計量傳感器至關重要, 選用梁式應變全橋結構, 精度0.08% , 溫度誤差容限 0.04% , 滯后誤差 0.035% 。
應變電橋采用恒壓供電方式, 由二級反饋式穩壓構成, 穩定度為 ± 0.015% ( 電源波動 ± 10% ) , ± 0.02% ( 負載變化 0～ 100% ) , ± 0.004 ( 溫度范圍 0~50℃ ) 。
橋路放大器由兩級構成, 前級采用交叉耦合差動跟隨集成運算放大器, 具有高度穩定性, 后級采用反向比例放大, 總體增益 1000 倍, 非線性誤差 0.002% , 增益溫度系數為 20PPM/℃ , 輸入偏置電壓溫漂 0.3μV/℃ 。
模數轉換選用積分型高精度 12bitA/D 芯片 ICL7109 ,非線性誤差 ± 0.024% , 溫度系數為 5PPM/℃ 。
按環境溫度變化范圍 25± 25℃ 考慮, 分項誤差為:
面粉全自動包裝 面粉定量包裝秤 自動計量
可見按最大可能誤差也能夠滿足系統要求的誤差( 0.3% ) , 在前述分析中可見溫度附加誤差 ( R 1 的第二項,R 2 的第三項 R 3 的二、 三項, R 4 的第二項) 是總誤差 R 的主部, 在微機計量時采用了測差法, 即隨時記憶零點, 情況將得到很大改善。
實際工作中由于計量速度很快, 另一項不容忽視的誤差是由沖擊振動所引起的, 必須采取有效措施。
5 沖擊振動的處理
面粉計量機械部分可以近似看成一個二階振動系統, 在粗流計量落料的沖擊下計量機械部分立刻進入振蕩狀態, 固有頻率大致為 45Hz , 整個工作循環 5s 種內振幅仍不能衰減到 0 , 沖擊振動是影響計量精度的最主要因素, 為此重點采取三項措施。
5.1 加入有源濾波器
前述橋路放大器的第二級, 除對恒定分量放大 8 倍之外, 還兼有三階有源濾波的功能。 見圖 3 ,對 40Hz 的交變信號形成 60dB 的衰減, 因此, 雖然稱體一直處于振蕩狀態, 但送給模數轉換器的信號只有較小的波動, 為同時保持快速性, 要精心設計和調節電路參數, 使衰減帶斜率很陡。
面粉全自動包裝 面粉定量包裝秤 自動計量
5.2 采用積分型 A/D 轉換器
ICL7109 上是雙積分型 12bit 模數轉換器, 對交變信號具有加權平均作用, 但要選擇積分時間為交變信號周期的整倍數, 這里調整時鐘電路的 RC 值時, 使積分周期為 200ms , 不但對通過有源濾波器的 40Hz 的殘余振動信號有抑制作用, 而且對工頻干擾又可有效地消減, 但轉換速度就顯得不夠了, 因細流速度為 1g/ms , 200ms 可流出200g , 這顯然與 100 克的誤差容限有不相適應, 故此細流過程中差 400 克滿 25kg 以前為計量控制, 末一段根據所差的克數設置一定的延時截流來結束計量, 前題是細流流量應該恒定。
5.3 計量過程產生的沖擊量修正
上述措施仍不足以完全消除沖擊誤差, 故此設置了靜止 1.5s 并復測質量, 得本次沖擊誤差, 每次沖擊誤差都是在衰減振動過程中隨機測得的, 符合正態布規律, 因此連同前 5 次沖擊誤差的歷史記錄作均方根處理, 得出最佳沖擊補償量, 作為下一次的修正。
6 結 語
本文主要針對面粉全自動包裝生產線中自動計量部分工作過程中出現計量速度與計量精度這一矛盾, 提出了解決這一矛盾的具體技術措施, 從而提高了面粉全自動包裝生產線的計量可靠性、 生產率, 并降低了勞動強度。
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自動計量技術在面粉包裝中的應用
來源：環球糧機網發布時間：2015-02-10 13:45:41
