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| 在線防爆電子秤配料系統(tǒng) | 2020-01-13 |
| 摘要：介紹了一種新型的高精度電子秤配料系統(tǒng)，其特點(diǎn)是能快速準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)稱重，實(shí)時(shí)計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分揀、分級(jí)篩選和剔除。硬件上采用PLC控制、觸摸屏操作，軟件上設(shè)置限幅斜率濾波的軟件算法，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的軟件濾波程序，提高數(shù)據(jù)處理精度和效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該配料系統(tǒng)運(yùn)行精確可靠。該設(shè)備具有精度高，成本低，運(yùn)行可靠，界面顯示大方，操作簡便以及拓展功能多等特點(diǎn)，簡單易用，工作穩(wěn)定，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和產(chǎn)品成本。 關(guān)鍵詞：電子秤；濾波；PLC控制 目前包裝、灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線為防止灌裝重量不夠的液位檢測、裝箱缺瓶等崗位上，仍然沿用人工檢測的老辦法，要求員工每小時(shí)盯住幾萬瓶產(chǎn)品從眼前晃過，眼睛非常容易疲勞；或包裝裝瓶時(shí)要駐守包裝機(jī)，防止缺瓶。為了減少企業(yè)的人力投入，提高生產(chǎn)效率，開發(fā)自動(dòng)在線監(jiān)測分揀裝置的是的。王憲菊開發(fā)了基于ADuC7026的電子秤稱重模塊的配料系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)大大提高了配料系統(tǒng)響應(yīng)速度，能快速稱重，但需要上下機(jī)的配置才能實(shí)現(xiàn)，所需要的設(shè)備較多，配料系統(tǒng)獨(dú)立性較差[1]。王偉強(qiáng)利用PID采樣、湯建斌采用ARM嵌入式配料系統(tǒng)來研制的電子秤配料系統(tǒng)，但其稱重效率和速度要比王憲菊設(shè)計(jì)的配料系統(tǒng)要慢，并且都是上下位機(jī)配置，與生產(chǎn)線的其他設(shè)備不能直接連接。因此，開發(fā)出自動(dòng)生產(chǎn)線的在線電子秤配料系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分揀、分級(jí)篩選和剔除，直接與前后的灌裝機(jī)和貼標(biāo)機(jī)通信，減少人的勞動(dòng)強(qiáng)度和降低生產(chǎn)成本就顯得非常重要。 1配料系統(tǒng)功能介紹、硬件設(shè)計(jì) 1．1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)線對(duì)自動(dòng)稱重的要求是配料系統(tǒng)能對(duì)流經(jīng)稱重部件的連續(xù)或者離散物料進(jìn)行實(shí)時(shí)的稱量，根據(jù)不同的要求顯示、存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)必要的控制。對(duì)于離散物料的流速則根據(jù)不同的應(yīng)用場合和配料系統(tǒng)精度而不同，一般60-200個(gè)/min。如本配料系統(tǒng)針對(duì)啤酒生產(chǎn)線上灌裝好的啤酒進(jìn)行在線稱重分揀，擬定稱重量為5kg,產(chǎn)品尺寸為寬＜120mm,長＜120mm,按照流速240個(gè)/min情況下精度要求達(dá)到0.05%。稱重模塊排在貼標(biāo)機(jī)后面，包裝機(jī)前面的位置上，安放在輸送鏈中間從左到右進(jìn)行稱重，如圖1所示。入口稱重模塊與稱重平臺(tái)之間的間隔剛好是一個(gè)產(chǎn)品的寬度，當(dāng)該個(gè)產(chǎn)品稱重快結(jié)束時(shí)，下一個(gè)產(chǎn)品剛好到達(dá)入口位置，上一個(gè)產(chǎn)品到達(dá)分揀氣缸位置，以此依次記錄數(shù)據(jù)。 1．2配料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)主要包括稱重儀表、稱重模塊、稱重顯示器和模擬量模塊。稱重儀表選用某公司的FX系列的FX2n．32MR．001，該P(yáng)LC具有16輸入點(diǎn)和16點(diǎn)繼電器輸出端，能滿足控制端口要求，而且價(jià)格較低，性能穩(wěn)定。再配以FX2n．4AD模擬量輸入模塊，該模塊有CH1至CH4四個(gè)通道，每個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，分辨率為12位，符號(hào)1位，采集信號(hào)電壓為一10V到+10v，分辨率為5mV。電流輸入時(shí)為4～20mA，分辨率為20uA，F(xiàn)X2n．4AD內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器BMF，用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。FX2n-4AD占用FX2n擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)。 稱重模塊和稱重顯示器采用某公司的JHBT稱重模塊，其為模盒系列荷重稱重模塊，采用了箔式應(yīng)變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、溫污小、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。稱重顯示器選擇配套的HSQ2放大器(可以選擇數(shù)字顯示儀器)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0～10mA、4～20mA或0～10V輸出。 由彈性測量元件和應(yīng)變片組成的模擬稱重模塊采集到被測重物的模擬信號(hào)，稱重顯示器將微弱的模擬信號(hào)(mV級(jí)信號(hào))放大轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)(0～10V)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)被送入模擬量模塊的電壓輸入端，利用CPU內(nèi)部集成高達(dá)1MSPS采樣率的12位ADC對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，CPU對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過RS．485發(fā)送至上級(jí)控制PLC。PLC可以隨時(shí)向CPU發(fā)送瞬時(shí)數(shù)據(jù)或均值數(shù)據(jù)命令，并對(duì)CPU內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行讀寫操作；PLC可以通過判斷稱重模塊輸送過來的數(shù)值進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理，硬件配料系統(tǒng)圖如圖2所不。 本配料系統(tǒng)采用的稱重顯示器將稱重模塊的微弱信號(hào)(mv)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)(如0～l0V)，稱重顯示器的外部輸入電壓只要將信號(hào)的+、一極分別接模塊的Ⅵ+和Ⅵ一端。由于模擬量模塊是12位的，其電壓和數(shù)字量轉(zhuǎn)換公式為：電壓0．00049x，為輸出的數(shù)字信號(hào)，Y為信號(hào)輸入電壓V。 1．3配料系統(tǒng)軟件濾波 由于生產(chǎn)線上瓶子的輸送速度是快速并且是固定的，約為0．5m／s的速度。瓶子以一個(gè)沖擊形式進(jìn)入和離開稱重臺(tái)，剩下平穩(wěn)的稱重時(shí)間是非常短的，在這大約20ms時(shí)間內(nèi)完成測量，在軟件設(shè)計(jì)上除了考慮靜態(tài)因素以外，更重要的是要解決電子秤外界干擾大和測重間隔短所造成的稱重誤差較大的問題。對(duì)于瓶子進(jìn)入和離開時(shí)對(duì)稱重平臺(tái)的直接和間接沖擊會(huì)對(duì)配料系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)超調(diào)量，該量處理不好會(huì)產(chǎn)生很大的稱重誤差。因此，本配料系統(tǒng)應(yīng)用斜率濾波法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。其原理為：在兩個(gè)連續(xù)的固定采樣時(shí)間間隔信號(hào)之間比較其數(shù)值，數(shù)值的大小即為其斜率，設(shè)置該比值的閾值點(diǎn)，對(duì)超過該閥值的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，對(duì)剩下斜率變化不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行均值濾波，從而消除振動(dòng)和高頻所引起的干擾，程序控制圖如圖3所示。 另外，為了提高配料系統(tǒng)的采樣響應(yīng)速度，本配料系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置一個(gè)的響應(yīng)閥值100，即空瓶重量的一半。當(dāng)信號(hào)低于該閥值時(shí)，配料系統(tǒng)不采樣，以此來減少空載高頻振動(dòng)對(duì)配料系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高響應(yīng)速度和抗于擾能力。到的點(diǎn)數(shù)是視傳輸速度而定的，因此根實(shí)驗(yàn)選擇固定點(diǎn)數(shù)據(jù)作為最終數(shù)據(jù)的方式也不行。所以筆者提出斜率濾波法，有效的解決了重響應(yīng)的數(shù)據(jù)處理問題，并且大大提高了配料系統(tǒng)干擾能力。 實(shí)驗(yàn)在配料系統(tǒng)流量是240個(gè)／min的情況下多次動(dòng)態(tài)檢測和靜態(tài)測量的數(shù)據(jù)比較。結(jié)果表明該配料系統(tǒng)測量精度高，測量誤差為7g，且測量一致性好，分選動(dòng)作準(zhǔn)確，達(dá)到了配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷。 2結(jié)語 本項(xiàng)目基于PLC控制配料系統(tǒng)開發(fā)德國HBM高精度稱重模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的在線電子秤配料系統(tǒng)，稱出的重量作為產(chǎn)品合格與否的參照值并自動(dòng)剔除，統(tǒng)計(jì)和反饋給灌裝配料系統(tǒng)作為灌裝液位調(diào)整依據(jù)。整個(gè)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)無須再選擇接口、AZD等器件，節(jié)約了成本和元器件，且通過總線直接與生產(chǎn)線上其他機(jī)器通信，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)和檢測。 而且，該配料系統(tǒng)具有測量速度快、測量精度高，成本低，運(yùn)行可靠，界面顯示大方，操作簡便以及拓展功能多等特點(diǎn)，適合大多數(shù)自動(dòng)稱重行業(yè)，且升級(jí)方便。不僅減少了企業(yè)的人力投入，而且效率高，不受外界干擾，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線全自動(dòng)化運(yùn)行和檢測，符合我國國情的驗(yàn)瓶機(jī)的國產(chǎn)化具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)在食品飲料、醫(yī)藥以及包裝等其他相關(guān)行業(yè)中也具有廣闊的應(yīng)用市場。 | |
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