[liantaiwei]电子秤计量性能静态性能和动态性能分析---联泰威电子

1  引言

   配料工序是PVC行业生产过程中的关键性环节。配料是采用特定的配料装置，按照配方的要求，对多种不同品种的饲料原料进行准确称量的过程。配料装置的核心设备是电子配料秤。配料秤性能的好坏，将直接影响配料质量的优劣。在电子配料秤的使用当中，人们常用配料精度来评定配料秤的性能好坏。配料精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的一种描述，也就是对配料系统误差与随机误差的一种反映。采用微机控制进行称重配料，可以对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，还可以通过微机的键盘和显示器方便地进行人机对话，完成参数设置，检查和修改工艺设定值，并监视称重配料的生产过程，发现故障及时报警。使用微机还可以调用管理程序，通过建立的模型自动完成对称重配料系统的控制。因此，采用微机控制称重配料系统，可降低原料消耗，提高产品质量，实现生产过程的科学管理。 
  
  

2  配料系统的工艺要求

2．1  工艺要求 

    为了保证良好的配料效果，在设计和使用中，对配料装置总的要求是：    

(1)具有良好的稳定性能，实现快速、准确的称量。 

(2)在保证配料精度的前提下，应当结构简单，使用可靠，维修方便。    

(3)具有较好的适应性，不但能够适应多品种、多配比的变化，而且能够适应环境及工艺形式的不同要求。

2．2  电子配料秤计量性能分析 

电子配料秤是一种应用广泛的工业衡器。在实际使用中，它不仅要满足衡器的基本性能要求，而且要满足生产过程的工艺要求。其计量性能可分为静态性能和动态性能。 

2．2．1  静态计量性能是电子配料秤处于非自动称量状态下的计量性能，实际上是电子配料秤本身的计量性能。电子配料秤的静态计量性能处于非自动称量状态时，与所有非自动衡器一样，须具有正确性、灵敏性、稳定性、重复性等基本计量性能。

但对于借助称重传感器实现自动称量的电子配料秤，上述性能的具体描述往往有许多不同之处。衡器的正确性是在力的传递与转换过程中，称量系统准确可靠的特性。对于电子配料秤，它指的是称量传感器的力电转换及测量显示仪表的结果处理的准确可靠。衡器的正确性用正确度表示，即称量结果的系统误差大小。电子配料秤的正确度通常是称重传感器和测量显示仪表的系统误差的综合。

2．2．2  动态计量性能是自动称量过程中所表现出的计量性能，即电子配料秤及其附属装置工作状态下的计量性能。对于工作状态下的电子配料秤，最重要的是自动称量过程的计量性能。但电子配料秤本身的基本性能往往以不同形式和不同程度影响计量性能，因此它是计量性能的基础。

电子配料秤的动态计量性能主要是以配料准确性集中体现的。配料准确性反映电子配料秤及其附属装置在配料称量时的准确灵敏、稳定可靠的特性。配料准确性用配料准确度表示。它指的是秤斗中被称物料的实际质量值与配料系统中对该种物料所设定的理论质量值之间的差。这两者数值之间的差也就是生产实际中所指的配料误差。

配料误差反映配料系统工作时的系统误差与随机误差之和。电子配料秤的配料准确性在自动称量过程中的反映主要是物料供给的稳定性、单次称量的准确性、称量累加的正确性和称量动作的可靠性。物料供给的稳定性是实现称量准确的前提，是动态计量过程的关键。电子配料秤的给料特点是：多种物料各自通过相应的给料器依次给料，每台给料器给料过程的运行和终止均受到计算机的控制，仪表上的称量显示值是随着给料量的变化而不断累计的。

给料称量过程是一种阶段连续给料、结果静态显示、多次交替累加的复杂动态过程，由此产生的"空中料柱"是配料误差的重要组成部分，而快、慢二次给料程序的执行是减少或消除这种随机误差的基本手段。 

    称量累加的正确性反映的是测量显示仪表的综合特性。这种累加可以是某一种物料在不同批次中称量结果的累加；可以是同一批物料中不同物料被称质量的累加；也可以是称量误差、配料误差的累加。称量累加的正确性不仅体现出测量显示仪表本身的准确、灵敏、稳定，同时还体现了它与称重传感器之间的协调联系。

这种协调联系反映了被称量的质量信号能够在排除各种外界干扰(如机械振动、电源波动、外界电磁场、环境温度等)的情况下给予正确的结果显示。称量动作的可靠性反映的是整个配料系统中结构配制的合理性，制造安装的正确性，称量动作的协调性等几方面的综合效应。

配料系统是由一整套机械电气装置组合而成的。给料器的结构形式及工作方式，秤斗的结构形式与容量大小，料底门控制机构的结构形式，给料、称量及卸料环节中的自锁机构与互锁机构等是设计过程中必须考虑的。各种机构的制造装配质量，秤斗、称重传感器的正确安装是配料系统能够运行的关键。给料器实现快、慢二次给料，给料速度可以调整，称量时间得以保证，配料称量过程控制有序等是提高配料称量精度的重要手段。
 
 3  提高配料系统精度基本思想及模型的建立

3. 1提高配料系统精度基本思想 

    为了提高生产效率和称量精度，系统应设有快称和慢称。快称料仓出料的流量大，慢称料仓出料的流量小。为了补偿传感器和前置放大器的零点漂移，需对电子秤进行零点跟踪。    

在配料称重时，实际称量值与要求的目标值往往会产生偏差。当正向偏差超过一定值时，就产生了超称。因此，在卸料时需进行减量卸料，使实际配比误差限制在允许的误差范围内。当负向偏差超过一定值时，就产生称量不足，系统要继续称量，以补足称量值。同时，采用线性误差跟踪法，自动修正下一次称量的提前量，以提高下一秤的称量精度。

    由于混料和出料时间均较长，为进一步提高生产率，当混合机进入混料的同时，便开始下一次称量。在存放有不同品种物料的料仓和秤斗里，物料容易结块，造成物料滞留。因此，系统要求对容易结块的物料进行流量监督，当流量不足时，发出破拱抖动，同时报警。

3. 2称量模型的建立

3．2．1增量型称重模型 

    系统的称量过程就是向秤斗里连续给料的过程，当各种物料称量值与关门值相等时，则停止给料，经过一段时间的延时，待落差全部进入秤斗之后，测出实际称重值，同时计算称重误差，供下一次称量时自动修正提前量所用。 3．2．2累计型称重模型由于各种物料公用一个秤斗，因此在每种物料称重结束时，根据下一种物料的称量值以及关门值修正继续称重的目标值和关门值，同时要计算每种物料的实际称重值及称量误差。 

  设某种饲料由8种物料混合而成，根据工艺要求先配第一种料到给定量后，第一种料喂料停止。接着配第二种料，……，直到最后一种料。待料全部配完后，计算机对混合机进行检测，接收到要料信号后，便指令电磁阀和输送机送料到饲料混合机，这时模拟屏相应指示灯亮，一个配料周期便告结束。计算机重复上述工作过程。如果配料中，由于意外情况某种物料超过给定范围，计算机可自动按比例补偿其他几种物料，保证配比不发生变化。

3．2．3减量型卸料称重模型 

    当物料称重结束后，首先计算出各种物料减量卸料的关门值，然后按一定的时间顺序，先后打开秤斗进行卸料，当留在秤斗里的物料重量与其关门值相等时，停止卸料，测出实际卸料值及卸料称重误差，根据误差范围再分别处理。某物料在称雷时有韶称存在．则在卸料时按减量型卸料，这样就形成了部分物料留在秤斗内，使实际卸料量限制在允许的误差范围内，这就是超称处理。留在秤斗内的物料作为下一次称量的预称值。上述三种称重模块中，增量型称重模块和减量型卸料称重模块适用于一仓一秤配料系统，累计型称重模块适用于多仓一秤配料系统。
 
 4  提高称量精度及可靠性的其他措施

4．1  采用变速称量法 

    减小物料流量是提高称量精度的有效方法之一，但这样将延长系统的称重时间，降低效率。因此采取变速称重法，既可提高生产效率，又可提高称量精度。变速称重法是开始时高速喂料，当秤斗里物料达到一定值时，设备转入低速喂料。

4．2  动态提前量跟踪 

    每次称量结束以后，实测秤斗中物料重量值，将其与要求的目标值相比较，计算出误差，将这个误差补偿到下一次测量的关门值上，供下一次称量使用，影响提前量的因素较多，它与称量装置的结构、料位高低、物料的流动性、气动关门装置的压力变化以及机电设备的疲劳程度都直接有关。但是只要上述各项因素的变化比较缓慢，采用提前量跟踪法仍是最有效的。

4．3  采样频率为工频的整数倍 

    每次采样的时间与工频电压保持同步关系，这样工频干扰的大小是固定的，并以此作为称量的零点值，就可有效地消除工频干扰。若采用精密稳压电源为前置放大器和A／D转换板单独供电，消除工频干扰的效果会更好。但要考虑性能价格比。

4．4  多电源供电 

    数字接口电路可以公用一组直流电源，前置放大器和A／D转换板各自单独供电，这样可以避免因电源负载的波动而产生的相互影响。

4．5 A／D转换功能充分利用A／D转换的电压范围，尽可能地提高前置放大器的电压放大倍数，使被转换的模拟电压尽可能的大，这样可以减小A／D转换的相对误差。

4．6  多次核实称量值当称量值大于或等于其关门值时反复核实其值大小，若连续三次且三次都是同一结果，则判断此次称重有效，这样可防止干扰而产生的误差。

4．7  断电保护措施系统应配有不间断电源，一旦电网断电，计算机将把主要参数存入磁盘，待来电之后，程序根据参数的特征自动执行。
 
 5  结束语 

    采用微机并建立称重配料控制模型，可以对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，监视称重配料的生产过程，发现故障及时报警。通过建立的模型自动完成对称重配料系统的控制。系统模型设计有自动补偿、提前量跟踪、零点跟踪、多次振动给料逐次逼近和超、少称处理等多种精度控制方法，可达到较高的控制精度，增强了系统对多变的工业现场的适应能力，提高了系统的可靠性。

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