[liantaiwei]電子秤計量性能(néng)靜态性能(néng)和動态性能(néng)分析---聯泰威電子

1  引言

   配料工序是PVC行業生産過(guò)程中的關鍵性環節。配料是采用特定的配料裝置，按照配方的要求，對(duì)多種(zhǒng)不同品種(zhǒng)的飼料原料進(jìn)行準确稱量的過(guò)程。配料裝置的核心設備是電子配料秤。配料秤性能(néng)的好(hǎo)壞，將(jiāng)直接影響配料質量的優劣。在電子配料秤的使用當中，人們常用配料精度來評定配料秤的性能(néng)好(hǎo)壞。配料精度實際上是對(duì)稱量結果與真值的接近程度的一種(zhǒng)描述，也就(jiù)是對(duì)配料系統誤差與随機誤差的一種(zhǒng)反映。采用微機控制進(jìn)行稱重配料，可以對(duì)稱量誤差進(jìn)行自動補償，保證配料的準确性，還(hái)可以通過(guò)微機的鍵盤和顯示器方便地進(jìn)行人機對(duì)話，完成(chéng)參數設置，檢查和修改工藝設定值，并監視稱重配料的生産過(guò)程，發(fā)現故障及時(shí)報警。使用微機還(hái)可以調用管理程序，通過(guò)建立的模型自動完成(chéng)對(duì)稱重配料系統的控制。因此，采用微機控制稱重配料系統，可降低原料消耗，提高産品質量，實現生産過(guò)程的科學(xué)管理。 
  
  

2  配料系統的工藝要求

2．1  工藝要求 

    爲了保證良好(hǎo)的配料效果，在設計和使用中，對(duì)配料裝置總的要求是：    

(1)具有良好(hǎo)的穩定性能(néng)，實現快速、準确的稱量。 

(2)在保證配料精度的前提下，應當結構簡單，使用可靠，維修方便。    

(3)具有較好(hǎo)的适應性，不但能(néng)夠适應多品種(zhǒng)、多配比的變化，而且能(néng)夠适應環境及工藝形式的不同要求。

2．2  電子配料秤計量性能(néng)分析 

電子配料秤是一種(zhǒng)應用廣泛的工業衡器。在實際使用中，它不僅要滿足衡器的基本性能(néng)要求，而且要滿足生産過(guò)程的工藝要求。其計量性能(néng)可分爲靜态性能(néng)和動态性能(néng)。 

2．2．1  靜态計量性能(néng)是電子配料秤處于非自動稱量狀态下的計量性能(néng)，實際上是電子配料秤本身的計量性能(néng)。電子配料秤的靜态計量性能(néng)處于非自動稱量狀态時(shí)，與所有非自動衡器一樣(yàng)，須具有正确性、靈敏性、穩定性、重複性等基本計量性能(néng)。

但對(duì)于借助稱重傳感器實現自動稱量的電子配料秤，上述性能(néng)的具體描述往往有許多不同之處。衡器的正确性是在力的傳遞與轉換過(guò)程中，稱量系統準确可靠的特性。對(duì)于電子配料秤，它指的是稱量傳感器的力電轉換及測量顯示儀表的結果處理的準确可靠。衡器的正确性用正确度表示，即稱量結果的系統誤差大小。電子配料秤的正确度通常是稱重傳感器和測量顯示儀表的系統誤差的綜合。

2．2．2  動态計量性能(néng)是自動稱量過(guò)程中所表現出的計量性能(néng)，即電子配料秤及其附屬裝置工作狀态下的計量性能(néng)。對(duì)于工作狀态下的電子配料秤，最重要的是自動稱量過(guò)程的計量性能(néng)。但電子配料秤本身的基本性能(néng)往往以不同形式和不同程度影響計量性能(néng)，因此它是計量性能(néng)的基礎。

電子配料秤的動态計量性能(néng)主要是以配料準确性集中體現的。配料準确性反映電子配料秤及其附屬裝置在配料稱量時(shí)的準确靈敏、穩定可靠的特性。配料準确性用配料準确度表示。它指的是秤鬥中被(bèi)稱物料的實際質量值與配料系統中對(duì)該種(zhǒng)物料所設定的理論質量值之間的差。這(zhè)兩(liǎng)者數值之間的差也就(jiù)是生産實際中所指的配料誤差。

配料誤差反映配料系統工作時(shí)的系統誤差與随機誤差之和。電子配料秤的配料準确性在自動稱量過(guò)程中的反映主要是物料供給的穩定性、單次稱量的準确性、稱量累加的正确性和稱量動作的可靠性。物料供給的穩定性是實現稱量準确的前提，是動态計量過(guò)程的關鍵。電子配料秤的給料特點是：多種(zhǒng)物料各自通過(guò)相應的給料器依次給料，每台給料器給料過(guò)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随著(zhe)給料量的變化而不斷累計的。

給料稱量過(guò)程是一種(zhǒng)階段連續給料、結果靜态顯示、多次交替累加的複雜動态過(guò)程，由此産生的"空中料柱"是配料誤差的重要組成(chéng)部分，而快、慢二次給料程序的執行是減少或消除這(zhè)種(zhǒng)随機誤差的基本手段。 

    稱量累加的正确性反映的是測量顯示儀表的綜合特性。這(zhè)種(zhǒng)累加可以是某一種(zhǒng)物料在不同批次中稱量結果的累加；可以是同一批物料中不同物料被(bèi)稱質量的累加；也可以是稱量誤差、配料誤差的累加。稱量累加的正确性不僅體現出測量顯示儀表本身的準确、靈敏、穩定，同時(shí)還(hái)體現了它與稱重傳感器之間的協調聯系。

這(zhè)種(zhǒng)協調聯系反映了被(bèi)稱量的質量信号能(néng)夠在排除各種(zhǒng)外界幹擾(如機械振動、電源波動、外界電磁場、環境溫度等)的情況下給予正确的結果顯示。稱量動作的可靠性反映的是整個配料系統中結構配制的合理性，制造安裝的正确性，稱量動作的協調性等幾方面(miàn)的綜合效應。

配料系統是由一整套機械電氣裝置組合而成(chéng)的。給料器的結構形式及工作方式，秤鬥的結構形式與容量大小，料底門控制機構的結構形式，給料、稱量及卸料環節中的自鎖機構與互鎖機構等是設計過(guò)程中必須考慮的。各種(zhǒng)機構的制造裝配質量，秤鬥、稱重傳感器的正确安裝是配料系統能(néng)夠運行的關鍵。給料器實現快、慢二次給料，給料速度可以調整，稱量時(shí)間得以保證，配料稱量過(guò)程控制有序等是提高配料稱量精度的重要手段。
 
 3  提高配料系統精度基本思想及模型的建立

3. 1提高配料系統精度基本思想 

    爲了提高生産效率和稱量精度，系統應設有快稱和慢稱。快稱料倉出料的流量大，慢稱料倉出料的流量小。爲了補償傳感器和前置放大器的零點漂移，需對(duì)電子秤進(jìn)行零點跟蹤。    

在配料稱重時(shí)，實際稱量值與要求的目标值往往會(huì)産生偏差。當正向(xiàng)偏差超過(guò)一定值時(shí)，就(jiù)産生了超稱。因此，在卸料時(shí)需進(jìn)行減量卸料，使實際配比誤差限制在允許的誤差範圍内。當負向(xiàng)偏差超過(guò)一定值時(shí)，就(jiù)産生稱量不足，系統要繼續稱量，以補足稱量值。同時(shí)，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(shí)間均較長(cháng)，爲進(jìn)一步提高生産率，當混合機進(jìn)入混料的同時(shí)，便開(kāi)始下一次稱量。在存放有不同品種(zhǒng)物料的料倉和秤鬥裡(lǐ)，物料容易結塊，造成(chéng)物料滞留。因此，系統要求對(duì)容易結塊的物料進(jìn)行流量監督，當流量不足時(shí)，發(fā)出破拱抖動，同時(shí)報警。

3. 2稱量模型的建立

3．2．1增量型稱重模型 

    系統的稱量過(guò)程就(jiù)是向(xiàng)秤鬥裡(lǐ)連續給料的過(guò)程，當各種(zhǒng)物料稱量值與關門值相等時(shí)，則停止給料，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)，待落差全部進(jìn)入秤鬥之後(hòu)，測出實際稱重值，同時(shí)計算稱重誤差，供下一次稱量時(shí)自動修正提前量所用。 3．2．2累計型稱重模型由于各種(zhǒng)物料公用一個秤鬥，因此在每種(zhǒng)物料稱重結束時(shí)，根據下一種(zhǒng)物料的稱量值以及關門值修正繼續稱重的目标值和關門值，同時(shí)要計算每種(zhǒng)物料的實際稱重值及稱量誤差。 

  設某種(zhǒng)飼料由8種(zhǒng)物料混合而成(chéng)，根據工藝要求先配第一種(zhǒng)料到給定量後(hòu)，第一種(zhǒng)料喂料停止。接著(zhe)配第二種(zhǒng)料，……，直到最後(hòu)一種(zhǒng)料。待料全部配完後(hòu)，計算機對(duì)混合機進(jìn)行檢測，接收到要料信号後(hòu)，便指令電磁閥和輸送機送料到飼料混合機，這(zhè)時(shí)模拟屏相應指示燈亮，一個配料周期便告結束。計算機重複上述工作過(guò)程。如果配料中，由于意外情況某種(zhǒng)物料超過(guò)給定範圍，計算機可自動按比例補償其他幾種(zhǒng)物料，保證配比不發(fā)生變化。

3．2．3減量型卸料稱重模型 

    當物料稱重結束後(hòu)，首先計算出各種(zhǒng)物料減量卸料的關門值，然後(hòu)按一定的時(shí)間順序，先後(hòu)打開(kāi)秤鬥進(jìn)行卸料，當留在秤鬥裡(lǐ)的物料重量與其關門值相等時(shí)，停止卸料，測出實際卸料值及卸料稱重誤差，根據誤差範圍再分别處理。某物料在稱雷時(shí)有韶稱存在．則在卸料時(shí)按減量型卸料，這(zhè)樣(yàng)就(jiù)形成(chéng)了部分物料留在秤鬥内，使實際卸料量限制在允許的誤差範圍内，這(zhè)就(jiù)是超稱處理。留在秤鬥内的物料作爲下一次稱量的預稱值。上述三種(zhǒng)稱重模塊中，增量型稱重模塊和減量型卸料稱重模塊适用于一倉一秤配料系統，累計型稱重模塊适用于多倉一秤配料系統。
 
 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(zhè)樣(yàng)將(jiāng)延長(cháng)系統的稱重時(shí)間，降低效率。因此采取變速稱重法，既可提高生産效率，又可提高稱量精度。變速稱重法是開(kāi)始時(shí)高速喂料，當秤鬥裡(lǐ)物料達到一定值時(shí)，設備轉入低速喂料。

4．2  動态提前量跟蹤 

    每次稱量結束以後(hòu)，實測秤鬥中物料重量值，將(jiāng)其與要求的目标值相比較，計算出誤差，將(jiāng)這(zhè)個誤差補償到下一次測量的關門值上，供下一次稱量使用，影響提前量的因素較多，它與稱量裝置的結構、料位高低、物料的流動性、氣動關門裝置的壓力變化以及機電設備的疲勞程度都(dōu)直接有關。但是隻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(yàng)頻率爲工頻的整數倍 

    每次采樣(yàng)的時(shí)間與工頻電壓保持同步關系，這(zhè)樣(yàng)工頻幹擾的大小是固定的，并以此作爲稱量的零點值，就(jiù)可有效地消除工頻幹擾。若采用精密穩壓電源爲前置放大器和A／D轉換闆單獨供電，消除工頻幹擾的效果會(huì)更好(hǎo)。但要考慮性能(néng)價格比。

4．4  多電源供電 

    數字接口電路可以公用一組直流電源，前置放大器和A／D轉換闆各自單獨供電，這(zhè)樣(yàng)可以避免因電源負載的波動而産生的相互影響。

4．5 A／D轉換功能(néng)充分利用A／D轉換的電壓範圍，盡可能(néng)地提高前置放大器的電壓放大倍數，使被(bèi)轉換的模拟電壓盡可能(néng)的大，這(zhè)樣(yàng)可以減小A／D轉換的相對(duì)誤差。

4．6  多次核實稱量值當稱量值大于或等于其關門值時(shí)反複核實其值大小，若連續三次且三次都(dōu)是同一結果，則判斷此次稱重有效，這(zhè)樣(yàng)可防止幹擾而産生的誤差。

4．7  斷電保護措施系統應配有不間斷電源，一旦電網斷電，計算機將(jiāng)把主要參數存入磁盤，待來電之後(hòu)，程序根據參數的特征自動執行。
 
 5  結束語 

    采用微機并建立稱重配料控制模型，可以對(duì)稱量誤差進(jìn)行自動補償，保證配料的準确性，監視稱重配料的生産過(guò)程，發(fā)現故障及時(shí)報警。通過(guò)建立的模型自動完成(chéng)對(duì)稱重配料系統的控制。系統模型設計有自動補償、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(zhǒng)精度控制方法，可達到較高的控制精度，增強了系統對(duì)多變的工業現場的适應能(néng)力，提高了系統的可靠性。

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