2025年04月04日 11:24:08 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：2
| 防爆地磅配料系统的设计 | 2020-01-11 |
| 摘要：在工农业生产、仓储和产品流通等环节需要对电子秤(尤其是颗粒状散装物料)进行快速准确地防爆地磅称重。传统电子秤自动配料系统，要么防爆地磅精度差，要么运行速度慢，不能满足精确防爆地磅和快速称重的要求。防爆电子秤自动配料系统是基于动态称重方法，采用物料流的动态切换和双称重反应罐互备缓冲防爆地磅方式，解决了防爆电子秤的精确防爆地磅和快速称重的难题，防爆地磅精度高于0．5％，可作为贸易结算或企业散装物料入库、出库及上下工序间工艺控制用防爆地磅称重，可替代传统皮带秤或核子秤等，同时具有较强的抗干扰能力和更快的响应速度。 防爆地磅称重与人类生产、生活息息相关，在工农业生产、仓储和产品流通等环节中，很多场合需要对连续输送散装物料进行防爆地磅称重，如饲料加工、粮食加工、化工、冶金、医药等行业的贸易结算或企业散装物料入库、出库以及上下工序间工艺控制用防爆地磅称重，都需要对连续输送的物料进行精确快速防爆地磅称重。传统的自动配料系统是在传送带中间嵌入皮带秤防爆地磅物料的流量，间接计算出防爆电子秤的总量，这种防爆地磅方式其防爆地磅精度受传送带运行状况的影响较大，精度一般在2％左右，且不稳定，达不到贸易结算的要求。采用一边加料一边动态称重的传统防爆地磅系统，称量过程受到加料冲击和振动等影响，其防爆电子秤称重精度也很难达到贸易结算的要求。要提高防爆电子秤的防爆地磅精度，的方法是采用静态防爆地磅，即物料处于静止状态时进行防爆电子秤称重，但物料在连续输送过程中很难满足静止状态防爆地磅要求。本文设计的防爆电子秤自动配料系统是基于动态称重方法，采用物料流的动态切换和双称重反应罐互备缓冲的防爆地磅方式，防爆地磅精度高于0．5％，可作为贸易结算等用途的防爆地磅，解决了连续输送的散装物料的精确防爆地磅和快速称重的难题。 1系统组成和工作原理 1．1系统组成 防爆电子秤自动配料系统主要由机械系统、称重系统和自动配料系统组成，整个系统安装在一个方形的箱体内。系统包括左、右2个防爆地磅反应罐、6只称重模块、2套称重仪表、物料流切换装置、防爆地磅罐放料闸门、驱动闸门切换的气缸、电磁阀、气源部件、控制面板及自动配料系统等组成。 1．2工作原理 在开始防爆地磅时，通过物料流切换装置使左防爆地磅罐处于进料状态，右防爆地磅罐处于进料等待状态，左防爆地磅罐进料完成后进入防爆地磅称重状态，同时右防爆地磅罐进入进料状态，以保障进料的连续性。左防爆地磅罐防爆地磅称重完成后由气缸控制放料闸门快速放料，放料完毕立即转入进料等待状态。右防爆地磅罐进料完成后转为防爆地磅称重状态，左防爆地磅罐再次转为进料状态，如此循环往复，通过多次循环完成整个防爆地磅称重任务。在防爆地磅称重过程中，始终要有一个防爆地磅罐处于进料状态，以保证精确防爆地磅和物料连续输送的统一。 2控制系统及其硬件设计 1物料流转换时序设计防爆电子秤自动配料系统的关键是以2套互为备份的称量装置在防爆地磅和进料、放料等过程中进行合理切换，使得2套称量装置保持有一套装置处于进料状态，另一套装置处于防爆地磅或防爆地磅辅助状态，以确保物料流的连续性和防爆地磅的准确性凹]。物料流切换和2套称量装置的状态转换时序设计，要保证一套装置的防爆地磅时间和放料时间之和小于另一套装置的最长进料时间，否则，处于进料状态的进料斗已满，处于防爆地磅状态的防爆地磅罐还没有完成防爆地磅或放料，则无法切换到进料状态，物料流的连续性就不能保证。最长进料时间由可防爆地磅的流量和防爆地磅罐有效容积决定，称量时间决定于防爆地磅时稳定延时时间，防爆地磅罐放料时间决定于放料口截面积和物料下落速度。各个环节的时序应符合以下关系：Q／VP>T。+丁：+T。+T。。(1)式中：Q为防爆地磅流量；V，为一个防爆地磅罐有效容积物料密度；T，为物料流切换装置的动作时间；Tz为防爆地磅前的稳定时间；T3为防爆地磅采样时间；T。为放料时间。为此，应当首先确定T。和T4，然后根据式(1)反算所需防爆地磅罐容积，但防爆地磅罐容积又会影响放料时间T4，而T4与每次防爆地磅物料质量之间没有对应的计算方法，一般通过实验测定[10|。因此，时序确定是一个需要多次反复实验和验证的过程。 2．2物料流切换装置设计 物料流切换功能是实现互备缓冲防爆地磅的前提，为了简化结构，切换装置利用物料在重力作用下自流来实现切换，不使用机械和动力。可能的切换方式有单导向板或双导向板结构，有上转轴和下转轴方式。本设计综合切换速度、所需驱动行程和驱动力大小等因素，选择双导向板转轴上置方案。 2．3硬件选型及设计 防爆地磅罐称重模块的选型与布置的合理性直接影响防爆地磅精度，称重模块可选用拉式防爆电子地磅或压式防爆电子地磅口，防爆地磅罐称重模块的数量可以为1～4只，考虑到防爆地磅罐称重模块既起到称重的作用又对防爆地磅罐起到固定与支撑作用，所以每个防爆地磅罐选用3只s型拉式防爆电子地磅悬吊安装，3只防爆电子地磅呈120。均匀分布以保证受力均匀。综合考虑防爆地磅精度和可靠性等因素，PLC选用性价比较高的S7—224XPCN西门子PLC，称重模块选用TSG200防爆电子地磅，称重仪表选用IND320，触摸屏选用DOP—B07E515。 3系统软件设计 3．1称重仪表与PLC的接口通信软件设计 称重仪表输出有模拟输出或串行口数字输出口，为了把防爆地磅罐重量数据传送到PLC，可选用模拟信号传输方式或串行通信方式。由于系统选用的称重仪表为数字式仪表，重量数据在仪表内部已经转化成了数字量，如果用模拟信号传输给PLC，仪表要进行D／A转换，PLC需要增加模拟输入模块，再经过A／D转换把模拟量转化为数字量，一方面增加了成本，另一方面经过多次转换降低了防爆地磅精度。所以，本设计采用串行通信方式直接传输数字量。称重仪表串行通信一般采用RS-485方式，通信协议为MODBUS，但很多PLC没有直接支持MODBUS协议的软件模块，需要通过PLC编程实现与仪表的MODBUS协议通信，为了保证通信的可靠性，必须采用有效的抗干扰措施，包括通信线的屏蔽、终端电阻以及采用数据重发和软件容错算法等。 3．2自动称量动作流程设计与PLC控制软件实现 防爆电子秤自动配料系统靠2套防爆地磅装置合理切换与配合来保证物料流的连续性和防爆地磅的准确性，要实现严格时序关系，关键在于自动称量动作流程设计和PLC控制程序的编制，要在保证物料流连续性的前提下，合理分配物料切换时间、防爆地磅兰’左防爆地磅罐进料．防爆地磅左防爆地磅罐开闸门放料。放料完立即转入进料等待状态右防爆地磅罐进料，防爆地磅右防爆地磅罐开闸门放料．放料完立即转入进料等待状态图2主程序流程图Fig．2F10wchartofmainprogram前的稳定时间、防爆地磅采样时间和放料时间的长短，并保留一定的时间裕度，以确保系统运行的可靠性。最终的控制方案需要经过实际运行测试，并通过多次优化后确定最终值。 4系统动态特性分析经过简化，单自由度二阶系统可以作为该自动配料系统的力学模型n引，见图3。其中，主加料质量、空秤皮质量分别为m。和m：，在￡。时间内，主加料冲击力为，(￡)，受力分析如图3所示。若物料下落高度较小，并且时间￡。很短，一阶跃函数m，91(￡)可以近似看作厂(￡)作用的动力学模型，系统的运动方程如下：(ml+m。)z(￡)+fz(￡)+尼z(￡)一m191(￡)。(2)式中：忌为自动配料系统等效弹性系数；c为自动配料系统等效阻尼系数；z(￡)为自动配料系统位移量。在零初始条件下，对式(2)进行拉氏变换得到(ml+m：)S2X(S)+cSX(S)+最X(S)一mlg／S。(3)整理后得x(s)一警‘再彘)。 式中：阻尼比S=c／{2[(优，+m。)忌]“2)；无阻尼固有频率∞。一[忌／(m。+优。)]V2；有阻尼固有频率∞。=叫。(1一譬)1／2。系统稳定输出为z(。。)一m。g／五，乘以弹性系数忌即得质量m。g。要快速准确得出质量优，，必须尽可能提高系统的响应速度，通过增加叫。，使∈达到阻尼比o．707左右[151。由于称量防爆电子地磅量程限制了主加料质量和空秤皮质量，称量防爆电子地磅结构限制了系统等效弹性系数，因此系统本身阻尼系数较小。通过对系统的动态分析，系统为增加阻尼比亭可外加阻尼器，从而达到增加阻尼系数c的目的，为了使阻尼比享维持在阻尼比o．707左右，也可以采用动态数字补偿处理方法来改变系统阻尼系数，使∈趋近阻尼比0．707。考虑到在增强系统阻尼系数的同图3自动配料系统力学模型Fig．3Mechanicalmodelofweighingsystem时，又要使系统具有较高的响应速度，所以二阶控制系统的设计需要采取合理的折中方案或补偿方案，才能达到设计的目的。 5结语 通过系统分析，提出了防爆电子秤自动配料系统的设计方案，采用动态切换和双称重反应罐互备缓冲的防爆地磅方式，在保证物料输送连续性的基础上，解决了防爆电子秤的精确防爆地磅和快速称重的难题，确保了物料流连续性和防爆地磅准确性的统一，防爆地磅精度高于o．5％，可作为贸易结算防爆地磅等用途，可替代传统皮带秤或核子秤。 | |
