1引言

配料工序是饲料厂生产过程中的关键性环节。配料是采用特定的配料装置,按照饲料配方的要求,对多种不同品种的饲料原料进行准确称量的过程。配料装置的核心设备是配料秤。配料秤性能的好坏,将直接影响配料质量的优劣。

在配料秤的使用当中,人们常用配料精度来评定配料秤的性能好坏。配料精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的一种描述,也就是对配料系统误差与随机误差的一种反映。

用微机代替控制仪表进行称重配料,可以对称量误差进行自动补偿,保证配料的准确性,还可以通过微机的键盘和显示器方便地进行人机对话,完成参数设置,检查和修改工艺设定值,并监视称重配料的生产过程,发现故障及时报警。使用微机还可以调用管理程序通过打印机及时打印生产报表,自动完成统计工作。因此,采用微机控制称重配料系统,可降低原料消耗,提高产品质量,实现生产过程的科学管理。本文介绍采用IBMPC/AT及各种型号的兼容机控制饲料称重配料系统的原理及实现方法。

2工艺要求及设计思想

2.1工艺要求

为了保证良好的配料效果,在设计和使用中,对配料装置总的要求是:

2.1.1具有良好的稳定性能,实现快速、准确的称量。

2.1.2在保证配料精度的前提下,应当结构简单,使用可靠,维修方便。

2.1.3具有较好的适应性,不但能够适应多品种、多配比的变化,而且能够适应环境及工艺形式的不同要求。

2.2来统的设计思想

2.2.1为了提高生产效率和称量精度,本系统设有快称和慢称。快称料仓出料的流量大,慢称料仓出料的流量小。为了补偿传感器和前置放大器的零点漂移,需对电子秤进行零点跟踪。

2.2.2在配料称重时,实际称量值与要求的目标值往往会产生偏差。当正向偏差超过一定值时,就产生了超称。因此,在卸料时需进行减量卸料,使实际配比误差限制在允许的误差范围内。当负向偏差超过一定值时,就产生称量不足,系统要继续称量,以补足称量值。同时,采用线性误差跟踪法,自动修正下一次称量的提前量,以提高下一秤的称量精度。

2.2.3由于混料和出料时间均较长,为进一步提高生产率,当混合机进入混料的同时,便开始下一次称量。

2.2.4在存放有不同品种物料的料仓和秤斗里,物料容易结块,造成物料滞留。因此,系统要求对容易结块的物料进行流量监督,当流量不足时,发出破空抖动,同时报警。

2.3系统的结构

控制系统主机采用IBMPC/AT微型计算机或兼容机,用户区内存为640K,允许多任务操作,机上带有8个扩充槽,可以插入PC选件板和PC/AT选件板。扩充槽采用AT总线结构,可互换使用。8个扩充槽当中有2个被主机本身使用,其余6个槽供用户使用,可接A/D转换板及其他1/0卡等,整个系统以计算机为中心,组成闭环控制系统。

2.4系统接口电路设计

2.4.1A/D转换接口

A/D转换板为16路模拟通道,12位数字量输出。A/D转换采用高精度的12位A/D片子ADC121O,它有一个模拟输入通道,能将输入通道上的模拟量转换成12位的二进制数字量。ADC1210仅有一个输入通道,为解决16个模拟量的输入,可采用多路模拟开关来解决,采用2片CD45ol八路模拟开关电路构成16路模拟通道。16路A/D转换电路见图2。

与A/D转换板相连接的前置放大器采用接近理想运算放大器的IC

7652构成,其特点是具有极低的输入失调电压和极高的温度稳定J性。称重传感器,采用BHR型电阻应变式拉压传感器。

2.4.2输入、输出接口

输入、输出接口采用北京计算机配件五厂为IBMPC/XT微机设计生产的MS一4201型120路开关量1/0接口板。系统输入接口可容40个开关量回答信号,用于判断执行机构的状态。输出接口有80路开关量输出驱动信号,通过光电隔离电路连接固态继电器,驱动执行机构动作。各路控制信号通过光电隔离做远距离控制,特点是无噪声、抗干扰。整个配料过程可由显示器和模拟屏直接显示,使操作人员一目了然。

为使系统在粉尘较大的环境下也能可靠地工作,接线采用密封插件焊接结构,控制线采用双屏蔽控制电缆,以适应远距离控制。

2.4.3定时电路

混合、出料定时电路主要由可编程计数器74LS161和双4选1数据选择器74LS153构成。定时时间范围在10一1605之间,四种混合时间和出料时间可任意搭配,由编程确定。

2.5系统软件框图(软件总体框图如图3示)

系统软件包括管理软件和控制软件,其中管理软件采用BAISC语言编制,其特点是编程容易,便于人机对话。管理软件的主要功能是进行系统初始化、数据计算及表格处理;控制软件采用80286汇编语言编制,特点是执行速度快,两种语言相互嵌套,互相调用。

2.5.1初始化模块

由人机对话选择配方、混合容量、混合时间、出料时间等各种初始设定值。同时,还要对初始配方进行容量修正,计算出各种物料称量的关门值和称量的目标值。

2.5.2增量型称重模块

系统的称量过程就是向秤斗里连续给料的过程,当各种物料称量值与关门值相等时,则停止给料,经过一段时间的延时,待落差全部进入秤斗之后,测出实际称重值,同时计算称重误差,供下一次称量时自动修正提前量所用,其控制曲线如图4所示。

2.5.3累计型称重模块

由于各种物料公用一个秤斗,因此在每种物料称重结束时,根据下一种物料的称量值以及关门值修正继续称重的目标值和关门值,同时要计算每种物料的实际称重值及称量误差。其控制曲线如图5所示。

设某种饲料由8种物料混合而成,根据工艺要求先配第一种料到给定量后,第一种料喂料停止。接着配第二种料,…,直到最后一种料。待料全部配完后,计算机对混合机进行检测,接收到要料信号后,便指令电磁阀和输送机送料到饲料混合机,这时模拟屏相应指示灯亮,一个配料周期便告结束。计算机重复上述工作过程。如果配料中,由于意外情况某种物料超过给定范围,计算机可自动按比例补偿其他几种物料,保证配比不发生变化。

2.5.4减量型卸料称重模块

当物料称重结束后,首先计算出各种物料减量卸料的关门值,然后按一定的时间顺序,先后打开秤斗进行卸料,当留在秤斗里的物料重量与其关门值相等时,停止卸料,测出实际卸料值及卸料称重误差,根据误差范围再分别处理。其控制曲线如图6所示。

若某物料在称重时有超称存在,则在卸料时按减量型卸料,这样就形成了部分物料留在秤斗内,使实际卸料量限制在允许的误差范围内,这就是超称处理。留在秤斗内的物料作为下一次称量的预称值。上述三种称重模块中,增量型称重模块和减量型卸料称重模块适用于一仓一秤配料系统,累计型称重模块适用于多仓一秤配料系统。

3提高称量精度及可靠性措施

3.1采用变速称童法

减小物料流量是提高称量精度的有效方法之一,但这样将延长系统的称重时间,降低效率。因此采取变速称重法,既可提高生产效率,又可提高称量精度。变速称重法是开始时高速喂料,当秤斗里物料达到一定值时,设备转入低速喂料。

3.2动态提前量跟踪

每次称量结束以后,实测秤斗中物料重,将其与要求的目标值相比较,计算出误差,将这个误差补偿到下一次测量的关门值上,供下一次称量使用。影响提前量的因素较多,它与称量装置的结构、料位高低、物料的流动性、气动关门装置的压力变化以及机电设备的疲劳程度都直接有关。但是只要上述各项因素的变化比较缓慢,采用提前量跟踪法仍是最有效的。

3.3采样频率为工预的整数倍

每次采样的时间与工频电压保持同步关系,这样工频干扰的大小是固定的,并以此作为称量的零点值,就可有效地消除工频干扰。若采用精密稳压电源为前置放大器和A/D转换板单独供电,消除工频干扰的效果会更好。但要考虑性能价格比。

3.4多电源供电

数字接口电路可以公用一组直流电源,前置放大器和A/D转换板各自单独供电,这样可以避免因电源负载的波动而产生的相互影响。

3.5充分利用A/D转换的电压范围

尽可能地提高前置放大器的电压放大倍数,使被转换的模拟电压尽可能的大,这样可以减小A/D转换的相对误差。

3.6多次核实称量值

当称量值大于或等于其关门值时,程序反复核实其值大小,若连续三次进入程序,且三次都是同一结果,则判断此次称重有效,这样可防止干扰而产生的误差。

3.7自检电路

3.7.1每次称重采样时首先采样A/D板上的标准电压源,若其电压值不在允许范围内,则判断A/D板出现故障,同时停止一切称重。

3.7.2当计算机对执行机构发出动作时,执行机构一定要及时返回信息,以防止动作失控而产生事故。出现故障时,应及时报警,当故障在短时间内无法排除时,系统进入手动状态。

3.8断电保护措施

系统配有不间断电源,一旦电网断电,计算机将把主要参数存入磁盘,待来电之后,程序根据参数的特征自动执行。

4结束语

本系统设计思想明确,具有以下特点:

4.1系统软件采用模块化结构设计,使系统的调试、开发以及功能的扩展比较方便。

4.2系统设计有自动补偿、提前量跟踪、零点跟踪、多次振动给料逐次逼近和超、少称处理等多种精度控制方法,可达到较高的控制精度。

4.3系统可实现并行或串行称重管理,称重与搅拌过程独立进行,提高了生产率。

4.4系统具有故障诊断、故障处理功能,增强了系统对多变的工业现场的适应能力,提高系统的可靠性。

 

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