动态称量过程的计算机控制上

动态称量过程的计算机控制(上)

摘 要：针对面粉等加工自动控制中存在的不足，设计了一套机电一体化的动态称量过程计算机控制系统，采用单片计算机配以测控接口和应用软件，实现对机械下料过程的动态检测和定量控制，解决了面粉加工等过程中动态称量过程计量精度与可靠性问题。

关键词：自动称量；计算机控制；测量精度；动态称重；可靠性

1 概 述

多年以来，我国的面粉包装生产线大多采用机械称重。当给料量达到定量时，利用机械秤标尺位移，通过杠杆放大机构或光电效应控制执行机构等手段实现定量控制。这种方法称量精度低、操作复杂、工人劳动强度大，并且必须随时进行零位标定及成品复验，一旦出现超差只能靠增加或减少称体上的附加配重来进行调整，极不方便。为了改变这种局面，近年来人们应用机械技术、微电子技术、自动化技术、计算机技术设计与构造了一些机电一体化的定量称重设备，从根本上改变了原始机械系统的称量结构，用电子传感元件代替了机械杠杆，使计量电子化，在一定程度上改善了计量与包装生产线的条件，但在计量精确度与可靠性方面仍不够完善。随着计算机技术的发展与深入应用，进一步提高面粉加工过程的自动化技术水平，提高计量过程的精确度与可靠性，研发更为先进的具有高精度数字化和智能化功能的动态计量设备，是面粉加工生产自动化技术的一个重要的研发方向。因此，我们研究与设计了一套面粉加工动态称量过程计算机控制系统，解决了面粉加工过程的计量精度和可靠性问题，同时完善设备的功能，使之更具有通用性和实用性。

2 系统结构

本面粉自动称量控制系统是一个机电一体化的计算机控制系统。该机采用单片计算机配以测量控制接口和控制软件，以实现对机械下料过程的实时动态检测和定量控制。该控制系统具有较高的性能价格比，系统称量误差<±4‰。非常适合于粉粒状物体的定量计量控制。系统分为机械给料和信号检测及控制两大部分。

2．1 机械给料结构

机械给料部分主要由螺旋给料器、缓冲料斗、称量料斗、调速电机、电磁铁等部分组成。机械结构性能的好坏直接影响着称重计量仪器的各项技术指标，是机电一体化产品能否成功的最基本条件。因此，我们在结构设计时，吸取有关厂家的称重设备的优点，创立了自己的特点，对给料器、缓冲料斗，称量料斗及斗门机构进行了设计。

给料器由大小两个不同口径的螺旋推进器组成。在高速装料阶段，为提高装料速度，双绞轮同时高速运行；在低速精调阶段，用离合器将大绞轮脱开，由小绞轮单独装料。整个装料过程配以滑差电机的无级调速特性，从而可以实现精确装料。经过研究发现，绞刀给料的均匀性、稳定性对称量精度影响很大。因此我们在螺旋推进器叶轮前端采用了多叶片和出头短一节的特殊结构，大大地改善了料流，特别是低速料流的均匀性和稳定性，从而有效地提高了称重精度。缓冲料斗由储料仓和双扇料门组成。它与螺旋给料器出口相连，当物料达到额定值附近时，关闭缓冲料门截取空中滞留的物料，减少落差物料对计量精度的影响。

称量料斗由储料仓、传感器吊挂机构和双扇料门组成。采用悬挂式结构，由3只拉力传感器通过双绞链结构将称量斗按对称结构吊起。物体重量通过3只拉力传感器变换成叠加的MV信号送计算机处理。这种结构消除了由于物料在称量料斗内分布不均匀所造成的受力点偏移，至使信号失真的问题。

料斗门均采用拉杆互锁机构，由电磁铁控制其动作，开关门响应速度快，一致性好。在传感器吊挂机构中，增加阻尼装置，减少机械振动对传感器信号的影响。

2.2 信号检测及控制

该系统是以MCS—51系列单片机8031为核心部件的智能化仪器图1)。它包括单片计算机、拉力传感器、信号变送器、A／D、D／A转换器及交流无触点隔离开关等组成。由于本机采用单片计算机和大规模集成电路技术，模块化电路结构设计，因此具有结构简单、功能强、性能稳定、控制精度高、操作维护方便等优点。

模拟量输入通道由3只S型剪切梁式拉力传感器(精度<0．05％)将物料重量叠加的信号(0—5mv)送入由高精度、低温漂集成运算放大器(OP07)组成的两级差动输入式信号放大器(精度<0．01％)进行放大，变成0～5V直流信号送12位A／D转换器变换成0—4095的数字供计算机进行处理。

模拟量输出通道采用数字触发、光电隔离及速度反馈闭环控制滑差电机激磁电压进行无级调速。开关量输出通道采用光电隔离驱动无触点交流开关，控制电磁铁动作。开关量输入通道由霍尔开关作为检测元件将料斗门的开、关状态反馈给计算机，保证称重顺序准确无误，提高了系统的可靠性。

操作面板采用直观的LED数字显示及运行状态模拟屏显示。设置了通讯网络接口(RS—485)。支持全双工异步通讯协议，为现代化管理奠定了基础。

2．3 控制过程

磨面机加工输出的面粉经输料器直接(或经缓冲料仓)送往包装车间。在包装车间内，按照生产规模安装有多台动态定量秤及相应的打包机械。输料器来料分成多个下料口将面粉分别送入各个动态定量秤的缓冲料槽内。计算机控制定量秤的螺旋给料器变速将面粉送入称量料斗，并实时地检测经电子传感元件所反映的称量料斗内面粉的重量(流量)，按最佳方案控制给料器的转速，当达到定量值时，停给料器并关闭缓冲料门截取空中滞留的面粉，实现定量计量控制。定量计量结束，由计算机判断卸料开关状态，若需卸料，则打开称量斗门将面粉倒入打包机械，由打包机械完成装袋封口。

3 控制软件

本控制机软件采用Intel公司PL／M—51高级语言编写，模块化结构设计，分主程序模块、测试模块、定时采样模块、自适应模块及端口刷新模块。下面就部分主要模块的功能进行说明。

本系统的中断定时时间为2ms，中断中进行A／D采样、自适应控制及I／O端口刷新处理等工作。(程序框图见图2)。

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