【正文】 [13] 本設(shè)計(jì)采用單科單秤的方案，即單獨(dú)一套稱量系統(tǒng)。但在實(shí)際使用 時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。此時(shí)，雖佳安裝位置應(yīng)當(dāng)是中置即在皮帶中心線有效稱量段的中間。同理，連接裝置的加工、安裝和調(diào)試的差異，也會(huì)影響準(zhǔn)確度。工作過程是被測(cè)壓力通過受壓彈性元件轉(zhuǎn)換成集中力作用于應(yīng)變彈性元件，應(yīng)變彈性元件變形帶動(dòng)粘貼的應(yīng)變片隨之變形產(chǎn)生電阻差動(dòng)變化 ，然后通過全橋接線輸出瞵 J。 本章闡述了皮帶秤的稱重原理并分析了稱重受力情況，還分析了引起電子皮帶秤的計(jì)量誤差的主要來源。但在卷煙制絲線設(shè)置過多的喂料機(jī)，易使物料 (煙絲等 )在輸送過程中形成沖擊造碎，從而影響卷煙產(chǎn)品的填充值等工藝指標(biāo)，在這方面已有很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)從反面驗(yàn)證了這一點(diǎn)。同時(shí)，掛碼校準(zhǔn)與鏈碼校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)值是依據(jù)理論計(jì)算出的值，而不是量值傳遞的計(jì)量值。如：選用 12位 A／ D轉(zhuǎn)換模塊，考慮到皮重和量程的富余量，取全量程的 50％做負(fù)荷值，但皮帶秤又必須保證從 20100％的量程范圍的精度。 綜合分析稱重誤差的來源，皮帶張力幾乎涉及和干擾了其它各種因素，無疑是其中最活躍和最具影響力的因素。 實(shí)際上，根據(jù)電子皮帶秤的工作流程，其稱重計(jì)量時(shí)的影響因素互相作用和制約，各類誤差之間互相影響。 (2)控制秤系統(tǒng)工作原理 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 控制秤實(shí)質(zhì)上是計(jì)量秤功能和皮帶調(diào) 速功能的結(jié)合，其計(jì)量工作原理與計(jì)量秤相同，在這一基礎(chǔ)上，我們可以通過調(diào)節(jié)帶速 V改變 Mv值，就可以輸送流量。傳感器、稱重托輥數(shù)量及連接方式的組合構(gòu)成了秤架的多樣性。觸摸屏和主機(jī)間采用 RS． 232通訊，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，數(shù)據(jù)接口豐富。從而確保電子秤的 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 高精度。在人機(jī)會(huì)話中，應(yīng)采用全漢化的中文系統(tǒng)。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的任務(wù) ⑴ 熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn) ⑵ 熟悉西門子 PLC、 觸摸屏和變頻器 ⑶ 熟悉 電子皮帶秤控制方法 ⑷ 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（包括理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、設(shè)備及元器件選擇等） ⑸ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ⑹ 撰寫設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文），繪制圖紙 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 ⑺ 指定內(nèi)容的外文資料翻譯 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo) ⑴ 搞清楚煙機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)備組成和工作原理，尤其是煙機(jī)皮帶 秤的控制方法。 九十年代初期，隨著煙草行業(yè)制絲工藝改進(jìn)和質(zhì)量控制的要求不斷提高和PLC(Programmable Logic Controller)技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)皮帶秤可靠性、穩(wěn)定性和維護(hù)性等方面存在的問題已滿足不了需要，我們開始了以可編程序控制器為主機(jī)，以變頻器作為調(diào)速功能的電子皮帶秤研制，最早的產(chǎn)品于 1994年制造、安裝和調(diào)試成功。一是設(shè)計(jì)、研究的能力增強(qiáng)。可在現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)不做大調(diào)整的情況下，通過ＰＬＣ軟件的修改來改變控制范圍和控制參數(shù)，很方便地進(jìn)行設(shè)備布局變更， 從而適應(yīng)制絲線頻繁的工藝改造，提高制絲線的產(chǎn)品質(zhì)量。提出了改進(jìn)方案。電子皮帶秤作為卷煙生產(chǎn)線中重要的計(jì)量、控制設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)線上的各個(gè)環(huán)節(jié)分別起著流量計(jì)量、流量控制、精確摻兌配比，投入產(chǎn)出統(tǒng)計(jì)等重要作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅１９８０年至１９９０年的十年間，國外公布的有關(guān)皮帶秤的技術(shù)發(fā)明專利就達(dá)七十多項(xiàng)，其中以前蘇聯(lián)最多，其次是日本。三是國產(chǎn)皮帶秤的重要蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 技術(shù)指標(biāo)提高了許多。 ⑵ 充分認(rèn)知控制對(duì)象，提取出被控量，以及控制目標(biāo)，運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 ⑸ PLC控制器的軟件設(shè)計(jì)、變頻器的參數(shù)設(shè)置、觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)等。 4．電子皮帶秤系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能。其中：測(cè)控部分包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。通過觸摸屏與 PLC之間通過 RS232進(jìn)行通訊，操作人員可以通過觸摸屏向 PLC發(fā)出各種控制命令，同時(shí)還可將現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)通過 PLC傳送給觸摸屏，在觸摸屏界面上顯示出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖中秤架部件與圖 3． 1相同。 即：???? nss sqQ 0 )( 。結(jié)合皮帶秤的結(jié)構(gòu)、稱重原理和秤架的受力情況，相關(guān)誤差分析如下： 1．第一項(xiàng)誤差由皮帶的恒定張力、計(jì)量托輥的靜非準(zhǔn)直度及托輥間距組成。由于測(cè)控系統(tǒng)的主機(jī)、硬件及軟件設(shè)置等固有模式約束了采樣時(shí)間、采樣周期的選擇。同時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算盡可能采用浮點(diǎn)運(yùn)算，以減小計(jì)算誤差。只有當(dāng)皮帶秤的工 作流量比較恒定，而且只在此流量下校準(zhǔn)時(shí)，其誤差才可以基本忽略。電磁干擾除外受部大功率設(shè)備啟停的影響外，還有來自于皮帶秤測(cè)控系統(tǒng)的自身干擾，其中變頻調(diào)速器是一個(gè)主要的干擾源。電子皮帶秤使用兩種傳感器即稱重傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。在傳感器的選用上，除了考慮精度、線性度等性能 外，為確保皮帶秤稱重的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性差的缺點(diǎn)，選用傳感器的量程應(yīng)按照皮帶秤最大工藝流量來選擇。如圖 4． 4所示：氟表示正常稱重時(shí)稱重力作用點(diǎn)的分布； F、 F1等力圍繞某點(diǎn)在傳感器受力垂直線武范圍內(nèi)自如游移，并不影響皮帶秤的準(zhǔn)確度。假設(shè)物料中心自中點(diǎn) O偏向 q，則 B上升，只下降，但總負(fù)荷 P仍然不變，這樣就消除了物料中心隨機(jī)變化產(chǎn)生的偏載誤差。 [11] 煙草皮帶秤中煙草對(duì)稱重傳感器的沖擊最大，稱重傳感器稱重過程中過載情況最容易發(fā)生。 總體信息 SIWAREX U 是靈活的多功能電子稱重模塊，可用于 SIMATIC S7 自動(dòng)化系統(tǒng)中，適用于電子秤的任何場(chǎng)合。極限過負(fù)荷是指在這一負(fù)荷下傳感器不會(huì)產(chǎn)生有害的永久性機(jī)械變形。 [12] 傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù) (支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí)際中心重合的原則而確定 )而定。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 圖 傳感器與秤臺(tái)的聯(lián)結(jié)裝置圖 在設(shè)計(jì)、加工和制作傳力連接裝置時(shí)，還要考慮標(biāo)準(zhǔn)化和整體性問題，以方便維修。 基于以上原因，國內(nèi)煙草行業(yè)采用不銹鋼波紋管拉力式傳感器的居多。在接下來我將對(duì)各種設(shè)計(jì)中需要的期間進(jìn)行選型和具體分析。但當(dāng)某些因素如皮帶秤相鄰設(shè)備異常振動(dòng)時(shí)，環(huán)境影響就成為絕不可忽視的問題。因此，掛碼與砝碼校準(zhǔn)方便、實(shí)用，雖不能完全替代實(shí)物校準(zhǔn)，但可 以在一定程度上校正計(jì)量誤差，仍不失為一種好 方法。但相對(duì)而言，校準(zhǔn)并不能完全消除誤差，相反，校準(zhǔn)時(shí)還可能帶來新的誤差。通常情況下，在物料流量較小時(shí)，其波動(dòng)變化率較大。 綜上所述，稱重誤差同時(shí)受到秤架系統(tǒng)、所用材料、使用狀況和制造工藝等綜合因素的影響。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 電子皮帶秤的誤差來源分析 [1] 由電子皮帶秤的組成結(jié)構(gòu)、稱重原理和秤架受力情況的分析可知，其計(jì)量準(zhǔn)確度是由稱重傳感器與測(cè)速傳感器所檢測(cè)到的單位長(zhǎng)度上的物料重量以及皮帶運(yùn)行速度決定的。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 圖 3． 3電子皮帶秤組成 (結(jié)構(gòu) )示意圖 高穩(wěn)定放大器； 重量傳感器； 固定托輥； 計(jì)量托輥； 交流電機(jī)： 旋轉(zhuǎn)編碼器； 秤重裝置 (秤臺(tái) )； 圖 3． 3所示的是一臺(tái)在煙草行業(yè)使用的，既可進(jìn)行稱重計(jì)量，又 可對(duì)輸送物料的流量進(jìn)行控制的電子皮帶秤。在實(shí)際稱量過程中，由于計(jì)量托輥的非準(zhǔn)直度、皮帶張力及皮帶運(yùn)行阻力等被稱為“皮帶效應(yīng)”的因素影響 ，傳感器本身精度、通道設(shè)置及工作方法的影響，校準(zhǔn)方法與實(shí)際工作狀況的差別影響，電磁干擾、振動(dòng)、溫度和濕度變化等因素影響，造成的計(jì)量誤差從而影響計(jì)量精度。將高速旋轉(zhuǎn)編碼器用于皮帶測(cè)速配套使用高速計(jì)數(shù)器模塊，以減小皮帶測(cè)速誤差，降低整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)誤差。 6)．計(jì)量誤差自動(dòng)標(biāo)碼校正功能 5．性 能參數(shù)要求： 精度：計(jì)量精度優(yōu)于 0． 25％ 控制精度優(yōu)于 0． 5％ 流量范圍： 80— 14000Kg／ h 速度范圍： 0． 01— 0． 5rn／ s 皮帶寬度： 600mm、 800mm、 1000mm、 1200mm等 :在完成計(jì)量的同時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的“包重值”自動(dòng)完成定量 包裝。應(yīng)在追求高精度和多功能等要求的前提下，選用可靠性及穩(wěn)定性 具佳的硬件產(chǎn)品。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 第 2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目的確定 設(shè)計(jì)題目要求 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) 煙機(jī)皮帶秤是煙草機(jī)械中用于實(shí)現(xiàn)在線計(jì)量稱重、定量打包、流量配比等功 能的設(shè)備，具有精度要求高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制內(nèi)容多等特點(diǎn)。產(chǎn)品類型主要有德國 Hauni公司的刀口支承式、意大利 Comas公司的十字簧片式和英 Leeg公司的內(nèi)十字簧片式單或雙托輥皮帶秤，其中以 Hauni公司和 Comas公司的產(chǎn)品為主。這些年在科技工作者的共同努力下，皮帶秤在計(jì)量準(zhǔn)確度和現(xiàn)場(chǎng)使用的穩(wěn)定性方面有了很大提高。四是目前在卷煙企業(yè)中使用的電子皮帶秤大多屬于托輥式電子皮帶秤，所以無法避免 “ 皮帶效應(yīng) ” 對(duì)稱重過程產(chǎn)生的不良影響，從而使得皮帶秤在使用過程中暴露出穩(wěn)定性和可靠性問題。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 摘 要 本文介紹了國內(nèi)外電子皮帶秤的發(fā)展情況及其在煙草 、冶金、礦業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)的應(yīng)用狀況及最新動(dòng)態(tài)，分析了電子皮帶秤的稱重原理，指出了各種皮帶秤的優(yōu)點(diǎn)和不足，闡述了誤差的來源及減少誤差的方法。三是由于溫度濕度等環(huán)境的影響使得物料及灰塵粘連在皮帶上造成皮重的變化，從而引起計(jì)量誤差。 近幾十年，北歐的瑞典、挪威等國在皮帶秤的現(xiàn)場(chǎng)使用和維護(hù)上取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，使其在實(shí)際使用中的計(jì)量準(zhǔn)確度保持在士 0．２％以內(nèi)，成為散料進(jìn)出口貿(mào)易結(jié)算的公證秤。 1985年以前，國內(nèi)卷煙制絲生產(chǎn)線所裝備的電子皮帶秤全部依賴進(jìn)口。 ⑹ 系統(tǒng) 具有完善的故障診斷功能 。因此，還要考慮 選配硬件的可擴(kuò)展性，滿足工藝改進(jìn)等不同需書對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)最基本的要求 是高可靠性。 5)皮帶自動(dòng)糾偏功能 因維護(hù)人員需要經(jīng)常檢查皮帶的運(yùn)行位置，以保證計(jì)量的精度，而校正工作是 一項(xiàng)該做但很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情，因此，增加皮帶自動(dòng)糾偏功能，就可給用戶帶 來極大的方便。配置高精度 A／ D轉(zhuǎn)換模塊，同時(shí)配備自動(dòng)校準(zhǔn)砝碼，克服重量傳感器的疲勞及放大器的溫漂和時(shí)漂，以確保 A／ D轉(zhuǎn)換的精度。由電子皮帶秤的組成結(jié)構(gòu)、稱重原理和秤架受力情況的分析可知，其計(jì)量準(zhǔn)確度是由稱重傳感器與測(cè)速傳感器所檢測(cè)到的單位長(zhǎng)度上的物料重量以及皮帶運(yùn)行速度決定的。無論采用的秤架結(jié)構(gòu)和控制方式如何，電子皮帶秤都可分為由七大部件組成。其流量的控制是依據(jù)現(xiàn)代控制原理，通過瞬時(shí)流量 g跟蹤設(shè)定流量 QP來實(shí)現(xiàn)皮帶秤連續(xù)、自動(dòng)累計(jì)稱重和控制的過程。這個(gè)分析也印證了秤架受力分析時(shí)得出的結(jié)論。在數(shù)值上由采樣計(jì)算周期內(nèi)重量信號(hào)的變化率和測(cè)速分辨率決定。 校準(zhǔn)誤差 皮帶秤的準(zhǔn)確度在很大程度上要依賴于日常的校準(zhǔn)工作。從各行業(yè)皮帶秤校準(zhǔn)方法的使用情況看，目前主要使用掛碼校準(zhǔn)與砝碼校準(zhǔn)結(jié)合的方法，而且效果較好。粉塵、殘料等可通過保養(yǎng)清除，制絲工藝對(duì)環(huán)境溫度、濕度的又有嚴(yán)格的控制范圍要求，因此，環(huán)境因素不是皮帶秤的主要誤差來源。 硬件設(shè)計(jì)總體分析 經(jīng)過上述一系列的分析，我得到了如下工藝流程圖： 稱重 傳感器秤架變頻電機(jī)變頻器測(cè)速信號(hào)接口稱重信號(hào)接口開關(guān)控制信號(hào)運(yùn)輸皮帶旋轉(zhuǎn) 編碼器PLC 圖 工藝流程圖 我們分析可知，設(shè)計(jì)中我們要選擇一臺(tái)電機(jī)，用于帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)；一臺(tái)變頻器用于瞬時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，形成均流量控制；還 有稱重傳感器及稱重模塊的選擇；測(cè)速傳感器蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 的選擇；并將各種測(cè)量信號(hào)送入 CPU進(jìn)行控制傳送。同時(shí)，還要考慮卷煙制絲線積塵多、濕度大等環(huán)境因素。連接方式如圖 。因 此我們選用雙傳感器設(shè)計(jì)。允許過負(fù)荷是指卸去這一負(fù)荷后，傳感器的線性性能保持不變。該功能模塊 (FM) SIWAREX U 擁有自動(dòng)化系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)，全集成通訊、自診斷系統(tǒng)和組態(tài)工具。從調(diào)查的情況來看，傳感器因過載而損壞的情況時(shí)有發(fā)生。同理，假設(shè)皮重易也是由只 n和％組成，則皮帶偏移也不會(huì)引起皮重值的變化。當(dāng)作用力 F2偏移出氟 (例如：進(jìn)入非正常區(qū)域晚 )時(shí)，此時(shí)分布區(qū)域就產(chǎn)生了變化。在實(shí)際工作中，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 要求傳感器的有效量程在 2080％之間。其中稱重傳感器是皮帶秤進(jìn)行非電量到電量轉(zhuǎn)換的核心元件，它的性能指標(biāo)在很大程度上決定了電子皮帶秤的精度和穩(wěn)定性。在其它影響因素中，強(qiáng)烈振動(dòng)可傳遞給皮帶秤秤架系統(tǒng)，其影響程度與系統(tǒng)的固有頻率有關(guān)。但要從根本上消除校準(zhǔn)誤差需采用全量程動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，在這方面已有學(xué)者正在進(jìn)行研究和嘗試。根據(jù)以上分析，數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理的誤差一般來 自于稱重傳感器與放大器本身及皮帶測(cè)速過程。因此，從使用角度看，重量信號(hào)采樣誤差主要來自于傳感器和放大器的誤差。