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1自動(dòng)配料控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介和要求
在配料生產(chǎn)過(guò)程中，原料稱重是最重要的環(huán)節(jié)。因此原料稱重控制的精度及可靠性是整個(gè)配料控制過(guò)程的關(guān)鍵部分，其影響了全過(guò)程的自動(dòng)化程度和性能的高低。目前市場(chǎng)上同類產(chǎn)品最突出的缺點(diǎn)就是計(jì)量誤差較大，無(wú)法保證生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)物料計(jì)量誤差的要求。大部分產(chǎn)品說(shuō)明書標(biāo)注的計(jì)量誤差多是±1%~2%,在實(shí)際的使用環(huán)境中，檢定誤差大甚至更高。配料系統(tǒng)釆用的稱量裝置是釆用傳感技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子秤。
電子正秤和電子負(fù)秤是電子稱的兩種不同類型。所謂正秤就是一般習(xí)慣的稱量方法，隨著被秤対象重量的增加，秤的讀數(shù)增加；負(fù)秤則隨被稱對(duì)象重量的減少,秤的讀書增加，它常用于排料時(shí)指示拝料量，因此也可稱之為卸料秤。電子正秤型自動(dòng)配料機(jī)采用的是物料進(jìn)入秤體計(jì)量，而其它配料機(jī)采用的龜子負(fù)秤是物料離開(kāi)秤體計(jì)量。

圖1配料正秤計(jì)量示意圖
在國(guó)內(nèi)研發(fā)的配料機(jī)多數(shù)沿用“提升上料，自落配料”的設(shè)計(jì)模型;在計(jì)量原理上都釆用正秤計(jì)量。在整個(gè)生產(chǎn)工藝中，配料最為重要。這就對(duì)稱量精度提出了更高的要求。
筆者曾開(kāi)發(fā)研制了一套適用于混凝土生產(chǎn)的自動(dòng)配料系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)線的改進(jìn),并對(duì)稱量工藝的綜合改進(jìn)，取得一定經(jīng)驗(yàn)。本文對(duì)計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因做出較為透徹的分析，井提出了一套有效可行的辦法來(lái)解決這些誤差，提高自動(dòng)稱量的控制精度。
2動(dòng)態(tài)誤差
2.1原因分析
首先，我們來(lái)看一下基于正秤的自動(dòng)配料系統(tǒng)計(jì)量示意圖（圖1）。首先將物料裝入料會(huì)，然后將物料投入到秤斗送行稱量，秤斗中的物料不斷增加直到正秤指示到所要求的重量才控制下料閥門停止投料，然后將物料卸入攪拌箱C
由于基于正秤的配料控制系統(tǒng)其加料口和稱斗容器之間有一定的距離，物料重量達(dá)到額定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)生關(guān)閉料門的命令,加料器關(guān)門。但此時(shí)有一段已離開(kāi)加料口還未到達(dá)稱斗容器的“自由”料柱，當(dāng)這段料柱到達(dá)稱斗后,被稱量的物料必然超過(guò)額定值，這種因料柱滯后而產(chǎn)生的超差，成為“落差”。此外，由于物料形狀不規(guī)則,粒徑差異較大,加上生產(chǎn)過(guò)程中不定期的向料倉(cāng)加料,使得料倉(cāng)的料位變化不定，因此，每一瞬間物料流的流速隨機(jī)變化，使每次因滯后所造成的物料稱量偏差都不相同。這種由于料位變化和落差引起的稱量偏差必須進(jìn)行修正a在單料稱量中，影響稱料精度的主要因素是加料速度和停止加料信號(hào)發(fā)出后的物料繼續(xù)下落的過(guò)沖量。
由于料倉(cāng)與秤斗之間具有一定的落差，物料投入到秤斗時(shí)總有一定的速度，因而會(huì)對(duì)秤斗產(chǎn)生一定的沖擊力。另外，料倉(cāng)每次卸料可能會(huì)殘留一部分，秤斗的皮重在每次稱量時(shí)也有所不同。物料動(dòng)態(tài)計(jì)量誤差來(lái)自物料沖擊力、秤斗皮重變化以及秤斗未卸空量變化。
2.2解決措施
（1）配比修正法
配比修正法是調(diào)整計(jì)量誤差的一種最簡(jiǎn)單的方式。為保證各配料間的嚴(yán)格配比，分兩次稱量，第二次稱量對(duì)物料超量做動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高稱量系統(tǒng)百分比的正確性。
（2）雙速給料（雙料門）控制方式'雙速給料即稱重配料控制器釆用快慢速配料的過(guò)程1
具體方法是以雙門法實(shí)現(xiàn)粗稱、精稱?？刂葡到y(tǒng)輸出兩個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)控制一種物料的兩個(gè)配料門。開(kāi)始時(shí)，兩個(gè)配料門同時(shí)打開(kāi)，當(dāng)物料加到了低于額定值（自設(shè)定）時(shí)關(guān)閉粗稱門，對(duì)精稱門則釆用謹(jǐn)慎補(bǔ)償法來(lái)進(jìn)行配料。
配料工作過(guò)程如下:當(dāng)啟動(dòng)配料生產(chǎn)后，儀表輸出第一個(gè)非零目標(biāo)量（目標(biāo)量就是要求該物料達(dá)到的最終準(zhǔn)確的重量。）物料的開(kāi)門控制信號(hào)，并同時(shí)輸出快慢速控制信號(hào)。如用戶系統(tǒng)每種物料都設(shè)計(jì)快慢兩個(gè)投料門，則一開(kāi)始這兩個(gè)門同時(shí)都打開(kāi)，以高速投放物料。當(dāng)儀表檢測(cè)到稱重料斗中的物料重量已達(dá)到預(yù)先設(shè)定的粗計(jì)量值（粗計(jì)量就是在配料過(guò)程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)確定的重量時(shí)立即關(guān)閉快速進(jìn)料門。）時(shí)，快速投料門關(guān)閉，慢速投料門仍維持打開(kāi)狀態(tài),這時(shí)以低速投放物料，以便精確計(jì)量。當(dāng)儀表檢測(cè)到稱重料斗中的物料重量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的精計(jì)量值《精計(jì)量即配料過(guò)程中，到達(dá)確定的重量時(shí)立即關(guān)閉慢速進(jìn)料門。）時(shí)，慢速投料門關(guān)閉,停止繼續(xù)投料。然后以同樣的流程處理下一個(gè)非零目標(biāo)量物料的投料過(guò)程，直至所有待配物料全部投配結(jié)束。
（3）基于給料速度控制方案
將基于正秤的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)建立在物料下料速度的模型基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)線中,物料加料速度很高，料倉(cāng)中的物料是動(dòng)態(tài)值，這個(gè)量是影響系統(tǒng)物料配比的主要因素，并且是與物料速度相關(guān)的變量。
在控制器中實(shí)現(xiàn)以下料速度為調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)方式，改變了以前只控制重量的方法，提高了自動(dòng)稱量控制精度，并建立了基于物料，料速度的模型，按設(shè)定的下料速度進(jìn)行給料.

圖3給料速度控制方法方框圖
（4）過(guò)沖量自動(dòng)修正法
在配料生產(chǎn)過(guò)稈中，由于料倉(cāng)與稱斗之間有一段距離，儀表在關(guān)閉料倉(cāng)的投料門后，仍有一些物料正在電落的過(guò)程中。當(dāng)這些物料抻進(jìn)料斗后，會(huì)便最終斗中物料的重量與關(guān)閉投料門時(shí)檢測(cè)到的車量有差別。我們把進(jìn)料門關(guān)閉時(shí)一瞬間還在空中的那部分物料叫做過(guò)沖量或提前量C在設(shè)定各物料的配料份量時(shí)，必須考慮此過(guò)沖量G過(guò)沖髯的設(shè)定需要試驗(yàn)才能決定，它受物料的濕度、粘附性、塊狀大小等等因數(shù)影響,隨機(jī)性很大。分別設(shè)兩個(gè)參數(shù)COARSE和FINE。COARSE是控制快速進(jìn)料門的過(guò)沖量,FINE是控制慢速進(jìn)料門的過(guò)沖量，當(dāng)只用…-個(gè)進(jìn)料門控制進(jìn)料時(shí)，就只考慮FINE的設(shè)置。
由于過(guò)沖量:的設(shè)置比較麻煩，一開(kāi)始不容易獲得合適的值，所以儀表提供了自動(dòng)過(guò)沖量修正功能。過(guò)沖量修正公式如下：
FINE新值=FINE舊值-（絕對(duì)誤差/2）（3）
按此公式修正的結(jié)果是；當(dāng)實(shí)際配料結(jié)果值小于預(yù)定目標(biāo)量值時(shí)（即絕對(duì)誤差為負(fù)值），新過(guò)沖量值FINE將減少本次配料誤差的二分之f當(dāng)實(shí)際配料結(jié)果值大于預(yù)定目標(biāo)量值時(shí)（即絕對(duì)誤差為正值），新過(guò)沖量值FINE將加大誤差的二分之〉如計(jì)算結(jié)果過(guò)沖量新值成了負(fù)值，則將FINE賦零值（即不設(shè)過(guò)沖量爲(wèi)如計(jì)算結(jié)果FINE新值大•于物料設(shè)定的快速進(jìn)料提前量COARSE時(shí)，則將COARSE設(shè)置成等于FINE.
控制過(guò)沖量自動(dòng)修lF.的功能參數(shù)是Auto.n.Auto.n參數(shù)若選OFF,系統(tǒng)不進(jìn)行過(guò)沖量修正；Auto.n的值若取1,.系統(tǒng)則在每次配料結(jié)束時(shí)根據(jù)本次配料結(jié)果對(duì)FINE泳行修正；若Auto,n取值大于1（l FINE新值=FINE舊值-（n次累計(jì)絕對(duì)誤差Z2n）（4）
其它處理同n=l°
由于物料投入稱斗時(shí)會(huì)對(duì)稱斗產(chǎn)生定的汗擊力,也造成了誤差。設(shè)起始禁止比較時(shí)間Sl.d和結(jié)束禁止比較時(shí)間CPr.d:當(dāng)開(kāi)始向稱斗投料或結(jié)束投料時(shí)，由丁.物料重力的沖擊和驟停，稱斗會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)振蕩，這時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)到的重量數(shù)據(jù)會(huì)大丁實(shí)際車量。為了避開(kāi)這一段不穩(wěn)定時(shí)間，所以設(shè)計(jì)一個(gè)起始禁止比較時(shí)間St,d和結(jié)束禁止比較時(shí)間CPr.d。兩者均可設(shè)定為0.1-9.9S,這段時(shí)間里系統(tǒng)不進(jìn)行測(cè)量值與預(yù)設(shè)冃標(biāo)值的比較，以避免發(fā)生錯(cuò)誤判斷（圖4）

用戶系統(tǒng)中，如發(fā)現(xiàn)即使將過(guò)沖量（FINE）設(shè)置成零，配料結(jié)果仍小丁目標(biāo)量,說(shuō)明物料的沖擊干擾很大，應(yīng)考慮設(shè)置或加長(zhǎng)結(jié)束禁止比較時(shí)間CPr.d。而起始禁止比較時(shí)間St.d-般在稱斗重量很輕，開(kāi)始投料沖擊力影響很大時(shí)才使用。
延遲檢査超差時(shí)間wl.d；在每種物料投配結(jié)朿后，儀表能自動(dòng)檢査實(shí)際配料量與目標(biāo)量之間的誤差，儀表能通過(guò)中口輸出配料的實(shí)際掙値和百分比誤差。與上述的原因一樣，為了獲得穩(wěn)定精確的最終物料投配值，設(shè)計(jì)了延退檢査超差時(shí)間loLd,toLd的時(shí)間可設(shè)定為0.1-9.9S,儀表在等待這段時(shí)間結(jié)束后再重新測(cè)量的配料結(jié)果。誤差檢査的結(jié)果將用于計(jì)算誤差和過(guò)沖量FINE的自動(dòng)修正，用戶應(yīng)選擇合適的tol.d時(shí)間（圖5）。以Ml,M2兩種物料作例子的配料控制時(shí)序圖略町向者索?。?br /> 3靜態(tài)誤差解決方法
靜態(tài)誤差是指配料系統(tǒng)中的稱重部分在非生產(chǎn)狀態(tài)下的稱重精度。它取決于稱斗的設(shè)計(jì)，傳感器的精度和線性，同一個(gè)稱斗上所有傳感器的一致性以及傳感器安裝是否合理等等因數(shù)。

圖6傳感器電路圖
一般情況下，都用3個(gè)或4個(gè)拉力（或壓力）傳感器懸掛（或支撐）稱斗。在設(shè)計(jì)和安裝稱斗時(shí)應(yīng)盡量讓每個(gè)傳感器受力均勻。傳感器的額定荷重應(yīng)大于系統(tǒng)最大荷重的50%。例如以3個(gè)拉力傳感器懸掛一個(gè)自重加物料600Kg的稱斗為例，那么每個(gè)傳感器的額定荷重不得小于300KgB如果投料時(shí)稱斗各支撐點(diǎn)受力均勻度較差時(shí),傳感器的額定荷重應(yīng)選用更大一些。當(dāng)同-個(gè)稱斗上的3個(gè)傳感器的靈敏度、內(nèi)阻、線性都一致，而且每個(gè)傳感器受力均勻的理想情況下,每個(gè)傳感器平均承重200Kg,相當(dāng)于最大荷重的1/3。實(shí)際生產(chǎn)中鋪放在稱斗中的物料不可能完全均勻，如圖6中2是傳感器的內(nèi)阻,u是傳感器受力后的輸岀電壓,Au是其中某個(gè)傳感器因受力不均而產(chǎn)生的變化量,ri是稱重儀表的模擬部分輸入電阻，運(yùn)用迭加法計(jì)算儀表獲得的a、b兩點(diǎn)（之間的信號(hào)電壓是（u+Au/3）O因?yàn)樵诜Q量校準(zhǔn)時(shí)是按3倍標(biāo)定的,所以總重量是3u+Auo
所以弁聯(lián)使用傳感器時(shí)，只要3個(gè)傳感器的靈敏度、內(nèi)阻、線性等性能一致,即使傳感器受力稍許不均，稱重結(jié)果仍是準(zhǔn)確的。
拉力傳感器在安裝時(shí)上下都應(yīng)用勾環(huán)連接，讓其自由忌掛，不受任何水平扭力及側(cè)向力約束，否則將影響精度。如用戶對(duì)稱重精度要求很高，可考慮釆用萬(wàn)向掛勾。
選購(gòu)傳感器時(shí)不一定能買到性能完全一致的，這時(shí)需要加以補(bǔ)償。補(bǔ)償方法如下，在稱斗（空斗）安裝好后,先行細(xì)調(diào)整各傳感器的受力情況，盡量使其均勻,然后分別測(cè)量各傳感器的輸出。如某個(gè)傳感器輸出低，就在該傳感器的輸出和輸入之間加一只數(shù)百KJ2電阻，阻值應(yīng)仔細(xì)調(diào)整,使該傳感器的輸出與其它傳感器相同。相反，如輸出過(guò)高則在輸出和輸入之間加一只電阻，調(diào)整方法與前相同。,
傳感器的線性對(duì)靜態(tài)精度影響很大，在采購(gòu)傳感器時(shí)必須加以注意,傳感器的線性誤差應(yīng)比要求的靜態(tài)精度小。但是隨著傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，由稱重傳感器引起的誤差可降低到很小的程度。
4結(jié)束語(yǔ)
以上改進(jìn)措施對(duì)消除計(jì)量誤差都是行之有效的，適應(yīng)高效率生產(chǎn)，可靠性強(qiáng)。此外，在設(shè)計(jì)中必要釆取如下措施保證穩(wěn)定性:強(qiáng)電設(shè)備與弱電設(shè)備之間釆用光電耦隔離，以提髙抗干擾措施;交流接觸器全部安裝阻容吸收；中間繼電器線包全部安裝二極管吸收回路及數(shù)字濾波。

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