生产线用失重式连续配料称重系统设计(朱宝森)

1、第17卷第3期2012年6月哈尔滨理【：大学学报JOI KNAL OK HAKBIN UNIVEKSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 17 No. 3Jun. 2012生产线用失重式连续配料称重系统设计朱宝森，王永红，庞兵昭尔滨理T大学电气与电子工程学院.黑龙江哈尔滨150080 )摘要：针对我国化工、电缆、和制药等行业对提离产品质量和生产自动化的需求，提出了恳于 失重式方式的生产线用连续配料称甫系统设计方案.硬件设计采用工业控制计算机和具有自主知 识产权的控制器相结合的控制方式，构建了双层控制架构，通过485总线进行数据传输；利用Visual C+ +和SQ

2、L Server2000数据库设计了失重式连续配科称重系统的控制软件，结合SQL数据库 完成了数据的显示、存储和管理，捉供友好的人机交互界面.该系统取得很好的检测结果，并广泛应 用于工业生产中.关键词：失重式；连续称重；Visual C + + ; SQL Sener2000中图分类号：TP273文献标志码：A 文章编号：1007-2683 (2012 )03-0032-05Weight-decreasing Continuous Feeding and Weighting SystemDesign for Production LineZHU Bao-sen. WANG YongJiong.

3、 PANG Bin呂School of Electrical and Electronic Engineering I larbin University <rf Science ami Technology Harbin 150080, China )Abstract: In view of the demand of improving the quality of products and production automation, a continuous feeding and weighting system design proposal based on weight-

4、decreasing way for production line is proposed. The hardware design adopts the control mode of industrial control computer combined with controller with proprietary intellectual property rights constnicting double control architecturet through the 485 bus for data transmission. Using Visual C + and

5、SQL Servrr2000 <!atal>asr t wr design thr control software of wright-tlrcreusing continuous feeding and weigliting system, complete data display, storage and inanagement integrated with SQL database, and provide a friendly inan-inachinr in triface. The systrin has achieved good detection resul

6、ts, and it has been widely uscnl in industrial production Key words:wrighl-tlecrrasing; continuous weighting; visual C+ ; SQL Srnrr2000© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第17卷第3期2012年6月哈尔滨理【：大学学报JOI KNAL OK HAKBIN UNIVEKSITY OF SCIENCE AND TECHNO

7、LOGYVol. 17 No. 3Jun. 2012© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第17卷第3期2012年6月哈尔滨理【：大学学报JOI KNAL OK HAKBIN UNIVEKSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 17 No. 3Jun. 2012收橫日期：2O12基金顶目：教存部斯世:纪优秀人才支持il划CXECT-09-0242 )；黑足江省杰出音年基金资助项11 Q0i0-09). 件者简介：朱宝森(19

8、53),男.高级 I：程帅:E-mail: baosen7765& 126. com ；王永红(1972)徐硝教授.0引言我国从20世纪60年代中期开始研制和生产配 料秤初期为模拟指针式后来发展成为数字式由于 当时技术条件的限制产品准确度低、町靠性差.A 20ttt纪80年代初以来开展了与国外技术交流和合作. 引进了一批样机、牛产技术和加测试设备通过消 化、吸收和改适使电子称亚装置的综合水平有了较 大的堤高近年來随着牛.产发展的需要和新技术的 应用，出现了新品种如非连续式门动累加秤、电脑组 合包装秤、高速口动包装秤等上述通用別配料 © 1994-2012 China Acad

9、emic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第3期朱宝森等:t产线用失帀式连续配料称帀系统设计35秤在国内已得到了广泛应用.但无法满足匚业牛产I： 艺过程中的高精度原料配比、高的动态特度与稳定 性、高的口动化程度等场合的需求致便目HU I：业牛 产过程中的动态配料技术还大部分依赖丁国外的进 我国是电力电缆卞产大国，电力电缆的产值占到 国家国民牛产总値的1% 随着电缆用绝缘材料如: 聚乙烯、交联聚乙烯由完全依赖于进【I到国内口主 生产的转变,对高精确度、高稳定性电缆料生产混炼 设备的苗求量口益増大，而电缆料牛产设备

10、的核心技 术之一是各种组分材料的准确动态配料技术.本项目结合化I：、【程翊料、电缆料和制药等 行业在提高产品质星和生产口动化程度的迫切盂 求，在国内率先研制与开发町用于连续生产线的 高精确度门动配料系统该系统町完成匚业牛成 过程中对多组分配方、多物质形态 僦料、粉体、液 体）实现高Vi确度口动配料以提高相关行业的产 品质量和丁业生产过程中的口动化程度.项目开 发出的连续牛产用失币:式高特确度fl动配料系 统对提高国内企业的国际市场竞争力具冇朿大 的社会和经济意义.1系统方案的总体设计-TO-恰他Ulr叫沪图1失車式连续配料称重控制系统结构图失贾式连续配料称r（控制系统主耍由以卜内容 组成

11、76; ：称1传感器、数据采集单元、控制执行单 元、变频器、给料电机、物料输出机构貝体的系统结 构如图1所示.在議个的系统构成中，信号的采集单 尤和物料系统的执行单元位于屮心控制器之间，其 主耍作用有3个:对模拟信号进行A/D转换将 物料的币:量信息数字化;将经过预处理肩的信号 传送给中心控制计算机;对秤体的电气部件进行 各种必要的控制.变频器作为给料电动机的张动电 源,它接收来自控制单元的控制信号，控制给料电动 机的转速给料电动机负责那动输料机械机构达到 控制给料拆的H的.中心控制计算机是整个动态称 丑系统的控制中心.负赍整个称晅系统的协调控制 和管理，同时还负责与操作人员之间的人机信息 交

12、换.2控制系统的硬件设计哽件系统主要技术难点在于数据精确采集.数 据采集准确度在接决定J'测就与控制的将确度.所 以称丑传感器是失朿式连续配料称朿系统的核心部 件，其性能的优劣将决定整个称匝系统的性能庶主 耍作用是将物料的币:就转换为相应的电信号以供测 笊通过对传感器使用环境敏感程度、造价和牛产制 造商等方面因素的综合占虑最终选用了亨特利电 子有限公司（中外合资）335型称重传感器.这种传 感器属于电阻应变片类传感器是一种技术成熟产 品综合误羞为±0. 02% .由于传感器的输出信号是一种幅度比较小且含 仃较大交流干扰的模拟量，在进行A/D转换之前需 要进行必耍的放大和滤波传

13、感器输出与苴承受作 用力成线性比例的电斥信号，其满度为20 mV. KW 度不能満足A/D转换器的输入范用耍求，因此进 行了 128倍放大.滤波主要考虑频和高频T扰对 测量的影响设计了低通滤波和陷波电路对这些P 扰进行抑制八'同时称朿装置的机械结构设计是 整个失电式称啦系统的技术关键，它宜接影响称巫 系统的i I G准确度、稳定性和使用寿命等,在此,设 计了称重系统的机械结构.2.1二阶低通滤波电路设计其各参数表达式为传递瞰数：为了消除高频信号对采集数据的扰，设计 了截止频率为人=100 Hz的二阶巴待沃思滤波 电路具体电路如图2所示.电路中传递负数描 述的是具冇线性特性研究对象的输入

14、与输出间 的关系；截止频率体现为当信号频率低于这个戳 止频率时，侑号得以通过，当信号類率高于这个 截止频率时，信号输出将被大幅度衰滅；对于品 质因素只决定于电路本身的参数，与信号源无 关,Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄电路的 选择性越好.IN皿i/f.5|i2knRz>(u.UmIInl To.l113F12 in3.6 kfl=G、0.47 uK12nTl.C2254< H 11图2二阶低通滤波电路1截止频率:貼质因数:(1 )(2)Q =叽II际II际)厶岛“ 0 ) 在实际电路中取心=% = 12 kO;/?16 =5.6 kO; G5 =0.47 jiF;Cl6 =0.

15、1 |iF.2.2 50 Hz陷波电路设计带阻滤波器是用来抑制或衰减某一频段的信 号而让该频段外的所冇冇用信号通过也称为陷波 器因为采集电路中的50 Hz I频F扰信号很强，而 采集信号频带基本不含50 Hz的成分，所以必须用 带阻滤波器来抑制匸频的干扰.50 Hz陷波电路是带双T网络的冇源滤波器. 它是一个改进的、。值町调的有源双T带阻滤波电 路，与以往双T型陷波器不同的是该电路引入放大 器TLC2254形成正反馈，以减小阻带宽度使得阻 带中心频率附近两边的幅值増大品质因数Q町以 通过变阻器人门来调节，具体电路如图3所示.图3 50 Hz陷波电路令心"io =心=R；Cn - Cl

16、2 - Cl3 = C；心3上 半部分电阻为心；卜半部分电阻为则该电路的 各参数表达式为 传递函数：4 z x1十FcV(s)=pZ4(l 證)+W中心频率：人=2ttRCQ)6)品质因数：在实际电路中取中心频率/； =50 H緘他=K1()= = Rl2 = 47 kiL Cn = C12 = Cl3 = Cl4 = 0. 068 jiF; 他3 =50 k(2.2.3称重系统的结构设计芳虑到卞产现场町能出现的振动条件以及秤体 内物料一直处于连续运动状态称玳系统采用抗拣 性能优良的“悬臂吊带”杠杆结构称币:作用点选择 在固定臂上方，重物力是靠弹簧片吊带支点两侧杠 杆比例臂传递给传感器在设计和

17、安装调试这种结 构时除了要使具冇良好的机械力传递特性，述耍 保证其右(1好的稳定度，既要粵虑秤体毛朿(传动 机构、料斗等),还要考虑所要称量的物料的币:量范 FH.设计制作了不同尺寸、不同材质、不同硬度的弹 簧片并对其进行对比试验以此来保证悬臂吊带及 支点各部分的力学平衡和承载能力同时还从机械 方面等虑传感器的保护措施设世了传感器彊大满 载变形限位装習称取系统采用“悬臂吊带”杠杆结构除了能够 确保电子秤稳定性与粘确性等特性外，通过在物料 另一刻增加平衡觅物町以减小秤体毛巫对称帀范 I科的限制实现用小于称币系统门甫数倍的称币:传 感器对物料进行称重大大提高了秤体测就准确度, 具体结构如图4所示.

18、3系统的软件设计该失亚式连续配料称币：系统是种口动化程度 很高的机电一体化设备不仅爱求冇较高的静态测 就准确度还要求冇较高的动态控制准确度和较快 的响应速度人机操作界面耍直观、友好，操作要简 便而R易学易用，不能要求操作人员具冇很高的&业技术水平.圣于这样的右虑整个系统采用了分布 式控制结构测就与控制的实现由各秤体的数据采 集与控制单尤完成，中心控制计算机负贵人机界面 的实现、接收数据、数据处理和发布命令.中心控制计算机采丿I】台湾研华公可的板式I：业控 制计算机该机集成度很髙、体积小配备冇触挾屏非 常适合业控制领域使用中心控制计算机和数据采 集与控制单丿逹间通信采用485总线进行通信

19、.根据系统的功能整个软件系统设计为4个部分：1 ）人机界而的管理与实现；2 ）数据通讯及数据处理；3 ）电子秤的标定、系统调试及给料器参数测试 部分；4 ）控制算法和控制动作如加料、报警等）的实现.操作系统采用Windows系统软件平台采用 Visual C + + 数据库为SQL Srrver2000,具体系统 的软件控制操作界面如图5所示事件的处理均为 并行方式I作系统软件的主流程如图6所示.4检测结果分析与项目的推广应用4.1检测结果分析2011年5月通过黑龙江省计就检定测试院对 项L1成果进行了详细认真的检测检测技术依据 （代号）：O!ML K107 -1-2007俳连续累计口动衡 器

20、检测地点：哈尔滨理大学检定测试环境条 件:温度19七相对湿度45%.97.800|i489.000|211.0050.0000.000.00* 000卜2012-01-05 22:21:14图5系统软件的操作界面图6软件系统的主流程图检测结果表明：1 ）粒体配料:棘态最大误差为0.013%；动态最 大误差为谋差0. 05%.2 ）粉体配料:静态廉大谋差为0. 033% ;动态垠 大误差为溟差0. 04%.3 ）液体配料:静态最大误差为0. 020% ;动态最 大误差为误差0. 12%.从检测的结果可以看出，对于3种不同的物料 类型，其静态误差和动态误理都远小于设定的误差， 完全可以满足现代匸业

21、生产的需要.4.2称重系统的推广应用称朿系统已于2006年完成第一代产骷样机，并 交付北京蓝星耕细化匸有限公司用于与瑞士 Buss 公司生产的单螺杆混炼机配套使用，牛产交联聚乙 烯电缆料在此后的儿年中根据现场使用情况和用 门要求进行了多次完善和修改增加/多项实用功 能；同时产品的稳定性和町靠性也有了很大提高.到 2010年底，该连续生产线用欠重式配料称帀：系统经 过儿年的试运行称币系统已在国内2 8家企业50 余条牛产线得到推广应用称朿系统的推广应用极 大地提高了国内相关产业的生产质址，提升企业的 市场竟争力，打破了国内加I：行业在高精确度多组 份配料一点依赖国外进n的现状.称币:系统已与国

22、内双螺杆制造企业联合打造了全新的具冇口主知 识产权的高粘确度、全口动化物料生产线具有广阔通过对项目成果的3种物料类型产品进行检 测，在给料最大允许谋差：±0.5% ,静态称巫最大允 许误差：±0.05%的条件下检测结果如衣1所爪.表1检测报告表物料矣别设定给料最静态称址动恋单次最动态平均仪/h)最小谋邂呆大课菱大相对僞益相对偏盖村料（FE料）4500.000%0.013%-0.22%-0.05%粉料航氧剂»1.20.000%0.033%-0.45%-0.04%液料冰）120.000%0.020%0.25%0.12%的市场应用前景，图7为称朿系统在江苏某公词的 现场应用情况图7工业现场应用情况5结论本文以失噸式连续配料称重控制系统为研究対 象，实现了对不同物料情况下，通过一台工业控制汁 算机实现了对多台失帀式电子秤的控制，町以得到 以下结论：1)本设计实现了失破式连续配料称朿系统的 硬件设计、软件设计，达到了预期的设计目标，有效 提高了我国相关行业的匸业定产门动化水平貝冇 很好的应用