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1引言

配料工序是飼料廠生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。配料是采用特定的配料裝置,按照飼料配方的要求,對(duì)多種不同品種的飼料原料進(jìn)行準(zhǔn)確稱(chēng)量的過(guò)程。配料裝置的核心設(shè)備是配料秤。配料秤性能的好壞,將直接影響配料質(zhì)量的優(yōu)劣。

在配料秤的使用當(dāng)中,人們常用配料精度來(lái)評(píng)定配料秤的性能好壞。配料精度實(shí)際上是對(duì)稱(chēng)量結(jié)果與真值的接近程度的一種描述,也就是對(duì)配料系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的一種反映。

用微機(jī)代替控制儀表進(jìn)行稱(chēng)重配料,可以對(duì)稱(chēng)量誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償,保證配料的準(zhǔn)確性,還可以通過(guò)微機(jī)的鍵盤(pán)和顯示器方便地進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà),完成參數(shù)設(shè)置,檢查和修改工藝設(shè)定值,并監(jiān)視稱(chēng)重配料的生產(chǎn)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警。使用微機(jī)還可以調(diào)用管理程序通過(guò)打印機(jī)及時(shí)打印生產(chǎn)報(bào)表,自動(dòng)完成統(tǒng)計(jì)工作。因此,采用微機(jī)控制稱(chēng)重配料系統(tǒng),可降低原料消耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的科學(xué)管理。本文介紹采用IBMPC/AT及各種型號(hào)的兼容機(jī)控制飼料稱(chēng)重配料系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)方法。

2工藝要求及設(shè)計(jì)思想

2.1工藝要求

為了保證良好的配料效果,在設(shè)計(jì)和使用中,對(duì)配料裝置總的要求是:

2.1.1具有良好的穩(wěn)定性能,實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的稱(chēng)量。

2.1.2在保證配料精度的前提下,應(yīng)當(dāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用可靠,維修方便。

2.1.3具有較好的適應(yīng)性,不但能夠適應(yīng)多品種、多配比的變化,而且能夠適應(yīng)環(huán)境及工藝形式的不同要求。

2.2來(lái)統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

2.2.1為了提高生產(chǎn)效率和稱(chēng)量精度,本系統(tǒng)設(shè)有快稱(chēng)和慢稱(chēng)?？旆Q(chēng)料倉(cāng)出料的流量大,慢稱(chēng)料倉(cāng)出料的流量小。為了補(bǔ)償傳感器和前置放大器的零點(diǎn)漂移,需對(duì)電子秤進(jìn)行零點(diǎn)跟蹤。

2.2.2在配料稱(chēng)重時(shí),實(shí)際稱(chēng)量值與要求的目標(biāo)值往往會(huì)產(chǎn)生偏差。當(dāng)正向偏差超過(guò)一定值時(shí),就產(chǎn)生了超稱(chēng)。因此,在卸料時(shí)需進(jìn)行減量卸料,使實(shí)際配比誤差限制在允許的誤差范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)向偏差超過(guò)一定值時(shí),就產(chǎn)生稱(chēng)量不足,系統(tǒng)要繼續(xù)稱(chēng)量,以補(bǔ)足稱(chēng)量值。同時(shí),采用線(xiàn)性誤差跟蹤法,自動(dòng)修正下一次稱(chēng)量的提前量,以提高下一秤的稱(chēng)量精度。

2.2.3由于混料和出料時(shí)間均較長(zhǎng),為進(jìn)一步提高生產(chǎn)率,當(dāng)混合機(jī)進(jìn)入混料的同時(shí),便開(kāi)始下一次稱(chēng)量。

2.2.4在存放有不同品種物料的料倉(cāng)和秤斗里,物料容易結(jié)塊,造成物料滯留。因此,系統(tǒng)要求對(duì)容易結(jié)塊的物料進(jìn)行流量監(jiān)督,當(dāng)流量不足時(shí),發(fā)出破空抖動(dòng),同時(shí)報(bào)警。

2.3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)主機(jī)采用IBMPC/AT微型計(jì)算機(jī)或兼容機(jī),用戶(hù)區(qū)內(nèi)存為640K,允許多任務(wù)操作,機(jī)上帶有8個(gè)擴(kuò)充槽,可以插入PC選件板和PC/AT選件板。擴(kuò)充槽采用AT總線(xiàn)結(jié)構(gòu),可互換使用。8個(gè)擴(kuò)充槽當(dāng)中有2個(gè)被主機(jī)本身使用,其余6個(gè)槽供用戶(hù)使用,可接A/D轉(zhuǎn)換板及其他1/0卡等,整個(gè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為中心,組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.4系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)

2.4.1A/D轉(zhuǎn)換接口

A/D轉(zhuǎn)換板為16路模擬通道,12位數(shù)字量輸出。A/D轉(zhuǎn)換采用高精度的12位A/D片子ADC121O,它有一個(gè)模擬輸入通道,能將輸入通道上的模擬量轉(zhuǎn)換成12位的二進(jìn)制數(shù)字量。ADC1210僅有一個(gè)輸入通道,為解決16個(gè)模擬量的輸入,可采用多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)解決,采用2片CD45ol八路模擬開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成16路模擬通道。16路A/D轉(zhuǎn)換電路見(jiàn)圖2。

與A/D轉(zhuǎn)換板相連接的前置放大器采用接近理想運(yùn)算放大器的IC

7652構(gòu)成,其特點(diǎn)是具有極低的輸入失調(diào)電壓和極高的溫度穩(wěn)定J性。稱(chēng)重傳感器,采用BHR型電阻應(yīng)變式拉壓傳感器。

2.4.2輸入、輸出接口

輸入、輸出接口采用北京計(jì)算機(jī)配件五廠為IBMPC/XT微機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MS一4201型120路開(kāi)關(guān)量1/0接口板。系統(tǒng)輸入接口可容40個(gè)開(kāi)關(guān)量回答信號(hào),用于判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。輸出接口有80路開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào),通過(guò)光電隔離電路連接固態(tài)繼電器,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。各路控制信號(hào)通過(guò)光電隔離做遠(yuǎn)距離控制,特點(diǎn)是無(wú)噪聲、抗干擾。整個(gè)配料過(guò)程可由顯示器和模擬屏直接顯示,使操作人員一目了然。

為使系統(tǒng)在粉塵較大的環(huán)境下也能可靠地工作,接線(xiàn)采用密封插件焊接結(jié)構(gòu),控制線(xiàn)采用雙屏蔽控制電纜,以適應(yīng)遠(yuǎn)距離控制。

2.4.3定時(shí)電路

混合、出料定時(shí)電路主要由可編程計(jì)數(shù)器74LS161和雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153構(gòu)成。定時(shí)時(shí)間范圍在10一1605之間,四種混合時(shí)間和出料時(shí)間可任意搭配,由編程確定。

2.5系統(tǒng)軟件框圖(軟件總體框圖如圖3示)

系統(tǒng)軟件包括管理軟件和控制軟件,其中管理軟件采用BAISC語(yǔ)言編制,其特點(diǎn)是編程容易,便于人機(jī)對(duì)話(huà)。管理軟件的主要功能是進(jìn)行系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)計(jì)算及表格處理;控制軟件采用80286匯編語(yǔ)言編制,特點(diǎn)是執(zhí)行速度快,兩種語(yǔ)言相互嵌套,互相調(diào)用。

2.5.1初始化模塊

由人機(jī)對(duì)話(huà)選擇配方、混合容量、混合時(shí)間、出料時(shí)間等各種初始設(shè)定值。同時(shí),還要對(duì)初始配方進(jìn)行容量修正,計(jì)算出各種物料稱(chēng)量的關(guān)門(mén)值和稱(chēng)量的目標(biāo)值。

2.5.2增量型稱(chēng)重模塊

系統(tǒng)的稱(chēng)量過(guò)程就是向秤斗里連續(xù)給料的過(guò)程,當(dāng)各種物料稱(chēng)量值與關(guān)門(mén)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)入秤斗之后,測(cè)出實(shí)際稱(chēng)重值,同時(shí)計(jì)算稱(chēng)重誤差,供下一次稱(chēng)量時(shí)自動(dòng)修正提前量所用,其控制曲線(xiàn)如圖4所示。

2.5.3累計(jì)型稱(chēng)重模塊

由于各種物料公用一個(gè)秤斗,因此在每種物料稱(chēng)重結(jié)束時(shí),根據(jù)下一種物料的稱(chēng)量值以及關(guān)門(mén)值修正繼續(xù)稱(chēng)重的目標(biāo)值和關(guān)門(mén)值,同時(shí)要計(jì)算每種物料的實(shí)際稱(chēng)重值及稱(chēng)量誤差。其控制曲線(xiàn)如圖5所示。

設(shè)某種飼料由8種物料混合而成,根據(jù)工藝要求先配第一種料到給定量后,第一種料喂料停止。接著配第二種料,…,直到最后一種料。待料全部配完后,計(jì)算機(jī)對(duì)混合機(jī)進(jìn)行檢測(cè),接收到要料信號(hào)后,便指令電磁閥和輸送機(jī)送料到飼料混合機(jī),這時(shí)模擬屏相應(yīng)指示燈亮,一個(gè)配料周期便告結(jié)束。計(jì)算機(jī)重復(fù)上述工作過(guò)程。如果配料中,由于意外情況某種物料超過(guò)給定范圍,計(jì)算機(jī)可自動(dòng)按比例補(bǔ)償其他幾種物料,保證配比不發(fā)生變化。

2.5.4減量型卸料稱(chēng)重模塊

當(dāng)物料稱(chēng)重結(jié)束后,首先計(jì)算出各種物料減量卸料的關(guān)門(mén)值,然后按一定的時(shí)間順序,先后打開(kāi)秤斗進(jìn)行卸料,當(dāng)留在秤斗里的物料重量與其關(guān)門(mén)值相等時(shí),停止卸料,測(cè)出實(shí)際卸料值及卸料稱(chēng)重誤差,根據(jù)誤差范圍再分別處理。其控制曲線(xiàn)如圖6所示。

若某物料在稱(chēng)重時(shí)有超稱(chēng)存在,則在卸料時(shí)按減量型卸料,這樣就形成了部分物料留在秤斗內(nèi),使實(shí)際卸料量限制在允許的誤差范圍內(nèi),這就是超稱(chēng)處理。留在秤斗內(nèi)的物料作為下一次稱(chēng)量的預(yù)稱(chēng)值。上述三種稱(chēng)重模塊中,增量型稱(chēng)重模塊和減量型卸料稱(chēng)重模塊適用于一倉(cāng)一秤配料系統(tǒng),累計(jì)型稱(chēng)重模塊適用于多倉(cāng)一秤配料系統(tǒng)。

3提高稱(chēng)量精度及可靠性措施

3.1采用變速稱(chēng)童法

減小物料流量是提高稱(chēng)量精度的有效方法之一,但這樣將延長(zhǎng)系統(tǒng)的稱(chēng)重時(shí)間,降低效率。因此采取變速稱(chēng)重法,既可提高生產(chǎn)效率,又可提高稱(chēng)量精度。變速稱(chēng)重法是開(kāi)始時(shí)高速喂料,當(dāng)秤斗里物料達(dá)到一定值時(shí),設(shè)備轉(zhuǎn)入低速喂料。

3.2動(dòng)態(tài)提前量跟蹤

每次稱(chēng)量結(jié)束以后,實(shí)測(cè)秤斗中物料重,將其與要求的目標(biāo)值相比較,計(jì)算出誤差,將這個(gè)誤差補(bǔ)償?shù)较乱淮螠y(cè)量的關(guān)門(mén)值上,供下一次稱(chēng)量使用。影響提前量的因素較多,它與稱(chēng)量裝置的結(jié)構(gòu)、料位高低、物料的流動(dòng)性、氣動(dòng)關(guān)門(mén)裝置的壓力變化以及機(jī)電設(shè)備的疲勞程度都直接有關(guān)。但是只要上述各項(xiàng)因素的變化比較緩慢,采用提前量跟蹤法仍是最有效的。

3.3采樣頻率為工預(yù)的整數(shù)倍

每次采樣的時(shí)間與工頻電壓保持同步關(guān)系,這樣工頻干擾的大小是固定的,并以此作為稱(chēng)量的零點(diǎn)值,就可有效地消除工頻干擾。若采用精密穩(wěn)壓電源為前置放大器和A/D轉(zhuǎn)換板單獨(dú)供電,消除工頻干擾的效果會(huì)更好。但要考慮性能價(jià)格比。

3.4多電源供電

數(shù)字接口電路可以公用一組直流電源,前置放大器和A/D轉(zhuǎn)換板各自單獨(dú)供電,這樣可以避免因電源負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生的相互影響。

3.5充分利用A/D轉(zhuǎn)換的電壓范圍

盡可能地提高前置放大器的電壓放大倍數(shù),使被轉(zhuǎn)換的模擬電壓盡可能的大,這樣可以減小A/D轉(zhuǎn)換的相對(duì)誤差。

3.6多次核實(shí)稱(chēng)量值

當(dāng)稱(chēng)量值大于或等于其關(guān)門(mén)值時(shí),程序反復(fù)核實(shí)其值大小,若連續(xù)三次進(jìn)入程序,且三次都是同一結(jié)果,則判斷此次稱(chēng)重有效,這樣可防止干擾而產(chǎn)生的誤差。

3.7自檢電路

3.7.1每次稱(chēng)重采樣時(shí)首先采樣A/D板上的標(biāo)準(zhǔn)電壓源,若其電壓值不在允許范圍內(nèi),則判斷A/D板出現(xiàn)故障,同時(shí)停止一切稱(chēng)重。

3.7.2當(dāng)計(jì)算機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)一定要及時(shí)返回信息,以防止動(dòng)作失控而產(chǎn)生事故。出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)及時(shí)報(bào)警,當(dāng)故障在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法排除時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)。

3.8斷電保護(hù)措施

系統(tǒng)配有不間斷電源,一旦電網(wǎng)斷電,計(jì)算機(jī)將把主要參數(shù)存入磁盤(pán),待來(lái)電之后,程序根據(jù)參數(shù)的特征自動(dòng)執(zhí)行。

4結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想明確,具有以下特點(diǎn):

4.1系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的調(diào)試、開(kāi)發(fā)以及功能的擴(kuò)展比較方便。

4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)補(bǔ)償、提前量跟蹤、零點(diǎn)跟蹤、多次振動(dòng)給料逐次逼近和超、少稱(chēng)處理等多種精度控制方法,可達(dá)到較高的控制精度。

4.3系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)并行或串行稱(chēng)重管理,稱(chēng)重與攪拌過(guò)程獨(dú)立進(jìn)行,提高了生產(chǎn)率。

4.4系統(tǒng)具有故障診斷、故障處理功能,增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)多變的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)能力,提高系統(tǒng)的可靠性。

 

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