【正文】 在皮帶秤進行稱重時恒定，因此可通過校準予以消除閉； 2．△ D是稱重時計量托輥的垂直下沉量 (位移 )，包含托輥徑向跳動和秤架系統(tǒng)機 械構(gòu)件的變形等因素。 (2)積分法 皮帶秤輸送物料時，其皮帶單位長度載荷值 q(t)與同一時刻皮帶運行速度 (f)的乘積為物料的瞬時流量。 圖 3． 2 雙托輥秤架 (杠桿式 )簡圖 考慮到精度問題，我采用控制精度比較高，而且在工業(yè)生產(chǎn)許多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的雙托輥秤架．也是卷煙生產(chǎn)制絲線皮帶秤的主要機型。最后，通過對 SIMATIC的硬件組態(tài)，實現(xiàn)了 PLC與觸摸屏和變頻控制器之間的通信，實現(xiàn)了系統(tǒng)各部分之間信息的高速交換。根據(jù)稱重原理、秤架受力及誤差來源的分析，結(jié)合卷煙制絲線生產(chǎn)工藝的特點和應(yīng)用技術(shù)，采用雙托輥雙傳感秤架結(jié)構(gòu)的皮帶秤，選用皮帶秤制絲線專用的無接縫皮帶，配置重力式皮帶張緊裝置和連續(xù)式自動糾偏裝置。 1)．數(shù)據(jù)采集功能 在中斷時，能采集物料的重量信號，皮帶的速度信號，從而算出物料的瞬時流 量和累計量。 ⑹ 系統(tǒng) 具有完善的故障診斷功能 。 ⑶ 煙機皮帶秤電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括主電路和控制電路的原理設(shè)計， PLC 的配置、變頻器的選型以及觸摸屏的設(shè)計等 。卷煙制絲線使用電子皮帶秤的計量精度從ｌ％左右提高到了目前最高的 ％，穩(wěn)定性也得到了增強。這些專利技術(shù)大多數(shù)涉及提高動態(tài)稱重的準確度和如何改善檢測方法，對提高皮帶秤設(shè)計、制造和維護水平起到了積極作用。隨著人民生活水平的提高以及推出的國家新的煙草制絲線工藝規(guī)范，對產(chǎn)品質(zhì)量提出了更加嚴格的要求，而電子皮帶秤作為卷煙制絲線中的關(guān)鍵設(shè)備，對其計量精度、控制性能、穩(wěn)定性及使用的方便性也提出可更高的要求。在此基礎(chǔ)上，針對原系統(tǒng)存在的操作不便、實時性 差等問題。使用ＰＬＣ、數(shù)據(jù)融合、脈沖測速、觸摸屏和變頻調(diào)速等技術(shù)對電子皮帶秤進行重新設(shè)計改造后，系統(tǒng)的準確性及穩(wěn)定性將得到穩(wěn)步增強，可靠性和可維護性將大大提高。通過研仿、消化、吸收和創(chuàng)新，國產(chǎn)皮帶秤設(shè)計、試驗和制造的整體技術(shù)有了長足的進步。 1987年，首條包括皮帶秤在內(nèi)的國產(chǎn)制絲生產(chǎn)線在許昌卷煙廠安裝、調(diào)試并投入試生產(chǎn)，標志著國產(chǎn)化煙草專用微機皮帶秤的研究、開發(fā)和制造技術(shù)已具備了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，并在我國煙草行業(yè)“七．五”技術(shù)改造期間幾乎全部使用了國產(chǎn)的 YT系列電子皮帶秤。 此外，控制系統(tǒng)還應(yīng)具有完善的故障診斷和保護功能。 2．可維護性能要好 系統(tǒng)設(shè)計不僅要能方便操作人員掌握和使用，還要使操作方便簡單并有較強的 人機對話能力。 系統(tǒng)設(shè)計的指導思想 1． 用西門子 PLC作為工業(yè)控制主機，改直流調(diào)速控制器為交流變頻調(diào)速控制器， 改普通電磁測速發(fā)電機為旋轉(zhuǎn)編碼器方式對皮帶進行測速，采用高精度數(shù)據(jù) 放大器和 16 位 A／ D／ A轉(zhuǎn)換模塊對稱重信號進行檢測。觸摸屏作為人機界面，能顯示整個系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)并能對主機發(fā)布相關(guān)命令。秤臺由傳感器、承重機構(gòu)和稱重托輥 (計量托輥 )及傳感器與稱重托輥的連接部件組成。 Mp和 Mv信號經(jīng)流量運算得實時流量 Q=Kn X Mp Mv，此流量一路送顯示器顯示，另一路輸送作為自動加水、加料、加香控制信號，還有一路經(jīng)積分運算得到累計產(chǎn)量? ?? dtQnW ， 并送顯示器顯示。根據(jù)以上分析，電子皮帶秤的計量誤差來源大致可分為四類即： (1)稱重誤差； (2)數(shù)據(jù)檢測與處理誤差最； (3)校準誤差 4； (4)環(huán)境誤差甌。要經(jīng)常檢查使用密封軸承的計量托輥狀況；滾筒軸承要及時加注潤滑油，這樣做有利于減小稱重誤差，同時還 可防止設(shè)備故障發(fā)生。 事實上，目前許 多皮帶秤生產(chǎn)廠家選用的 A／ D轉(zhuǎn)換模塊位數(shù)過少，影響了產(chǎn)品的精度。因此，就產(chǎn)生了校準過程中無法消除的誤差。因此，如果將給料方式納入環(huán)境因素的話，則成為引起誤差的來源之一。因此，首先應(yīng)從減少此環(huán)節(jié)的誤差入手。電阻應(yīng)變片式傳感器一般由受壓彈性元件 (膜片、膜盒或波紋管 )和應(yīng)變彈性元件 (如各種梁 )組成。實驗表明，使用同一皮帶秤和同一傳感器，但采用不同的連接裝置，在稱重準確度上差別很大。當使用單傳感器時，傳感器應(yīng)安裝在皮帶秤皮帶的中心線上，以最大限度地克服物料偏載對稱重準確度的影響。理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。此類傳感器在頻繁過載的情況下也能可靠地工作。根據(jù)配料過程中需要的每種物料的不同，結(jié)合上面的選型公式。在稱重系統(tǒng)中，傳感器的量程范圍蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 31 應(yīng)根據(jù)以下原則合理選擇，才能獲得滿意的準確度并具有足夠的靈敏度和過載保護可靠性。 A為傳感器中置及受力分析示意圖 B為傳感器偏置及受力示意圖 圖 傳感器受力分析圖 傳感器中置時的受力響應(yīng)曲線明顯較偏置時好，此時準確度高且穩(wěn)定性好。據(jù)資料記載，同一類型傳感器僅僅是連接裝置的加工和安裝精度差別，可使稱重準確度從 ％～％降為 ％～ ％。因為壓力的大小與應(yīng)變成正比，應(yīng)變大小與電阻的變化成正比，電阻的變化率與輸出電壓變化率成正比。它包括來自于稱重和數(shù)據(jù)檢測與處理過程的誤差、來自于校準時引入的間接誤差和來自于環(huán)境因素對皮帶秤稱重的各個環(huán)節(jié)的綜合影響。所以，減少給料方式的影響應(yīng)綜合各種因 素進行。根據(jù)電子皮帶秤的工作原理，實物校準的實質(zhì)是化動態(tài)為靜態(tài)的校準方法。因此，在低量程段的重量轉(zhuǎn)換精度大多只能達到 ％。皮帶秤的誤差不僅來自于稱重環(huán)節(jié)，還與數(shù)據(jù)檢測與處理等過程有較大關(guān)系。因此，在分析時，應(yīng)該理清條理，分清主次。當設(shè)定有給定流量 Qp時，比較器將和實時流量 Qn作比較得出誤差 E=QpQn，經(jīng) PID運算后輸出一個增量控制信號到變頻器改變電機轉(zhuǎn)速，達到定量給料目的。 單托輥秤架見圖 3． 1是指皮帶輸送機的計量段上只有一組計量托輥進行稱量，其前后相鄰的兩組托輥為固定托輥。 軟件設(shè)計 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計方面主要包括兩大部分： PLC控制程序的設(shè)計、觸摸屏組態(tài)界面的設(shè)計。 2．采用雙托輥方式，以提高稱量精度，從而減小誤差，提高控制精度。為了在發(fā)生故障時， 能盡快排除其故障，軟件的設(shè)計應(yīng)配置查錯和診斷程序。 ⑵ 充分認知控制對象，提取出被控量，以及控制目標，運用已學的知識提出控制方案，并論證控制方案的正確性。 根據(jù)電子皮帶秤在卷煙制絲工藝生產(chǎn)中所起的作用，結(jié)合卷煙制絲工藝改進、設(shè)備更新?lián)Q代和質(zhì)量提升的需要，電子皮帶秤以高可靠、高穩(wěn)定和高精度為發(fā)展目標。已建立了多套皮帶秤試驗裝置，為新產(chǎn)品開發(fā)和計量性能的檢測提供了試驗研究條件。因此追求更加卓越的性能和完備的功能，以高可靠、高穩(wěn)定、高精度為目標，向多功能、多用途、集控化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展是擺在我們面前的重要課題。實踐證明，新方案解決了原有系統(tǒng)存在的問題，有廣闊的推廣價值。 它在輸送物料的同時進行計量和控制，直接影響著 生產(chǎn)的工藝和技術(shù)，對生產(chǎn)經(jīng)營和產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用。隨著皮帶秤適用領(lǐng)域的擴大，人們對其相關(guān)技術(shù)日益關(guān)注，英國等西方一批發(fā)達國家先后成立了專門的皮帶秤研究試驗基地， 集聚了一批學者和技術(shù)人員從事這方面的研究。同時，皮帶的 速度檢測和動態(tài)參數(shù)跟蹤自校技術(shù)得以突破并獲國家專利。 1． 4 本文研究內(nèi)容 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 9 ⑴ 搞清楚煙機生產(chǎn)線的設(shè)備組成和工作原理，尤其是煙機皮帶 秤的控制方法。 ⑷ 電子皮帶秤控制設(shè)計：包括電子皮帶秤基本計量原理和動態(tài)計量數(shù)學模 型，控制系統(tǒng)的構(gòu)成、控制程序的設(shè)計等。因此，還要考慮選配硬件 的可擴展性，只有當系統(tǒng)可擴性好時，才能使控制對象改變時不必做大的改動 就能滿足工藝改進等不同需求。 系統(tǒng)的組成及總體方案設(shè)計 電子皮帶秤是一種高精度的動態(tài)計量控制系統(tǒng)，由稱重秤架和測控系統(tǒng)兩部分組成。采用自動時，需要先選擇設(shè)置好控制參數(shù)并確認無誤后，運行系統(tǒng)即可進入自動控制運行狀態(tài)，這樣設(shè)備就可以自動完成稱重過程。目前，在工業(yè)生產(chǎn)許多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛．也是卷煙生產(chǎn)制絲線皮帶秤的主要機型。則在一段時間內(nèi)即皮帶運行了 n倍，的距離時，物料重量就進行了 n次累加 Q。在理想情況下，通過對單托輥皮帶秤稱重力測量模型的簡化，可得到如圖 3． 4所示的稱重力測量模型： 圖 稱重力測 量模型 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 21 稱重誤差由三項誤差組成。在稱重誤差一定，稱重傳感器選用、放大器配置及連接和使用方法確定后，重量信號采樣的誤差主 要由傳感器和放大器精度來決定，同時受測蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 22 控系統(tǒng)采樣頻率的影響。因此，在選擇 A／ D轉(zhuǎn)換模塊時一定要注意轉(zhuǎn)換位數(shù)這個重要因素。因此，校準誤差的存在不可避免。電磁干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。硬件設(shè)計在數(shù)據(jù)檢測部分主要由雙托輥雙稱重傳感器、和旋轉(zhuǎn)編碼器組成。根據(jù)電子皮帶秤采用的重力式線性稱重的基本原理，電阻應(yīng)變片式傳感器更適合用于皮帶秤稱重。在正常工作時，傳感器受力在其受力垂線四周一定范圍內(nèi)游移，其分布規(guī)律呈正態(tài)分布特性。如圖 4． 8，使用雙傳感器時，兩個計量托輥兩側(cè)可各設(shè)有傳感器 A和 B，物料的重量由 A和 B共同稱量，傳感器的總負荷 P=PA+PB。傳感器準確度的選擇以滿足稱量系統(tǒng)的準確度要求為準，不必片面追求過高的傳感器靈敏度。它的主要作用是將傳感器傳來的重量信號經(jīng)過處理后傳到 CPU。一般傳感器的允許過負荷為 150％，極限過負荷在 200％～ 300％之間。一般來說，秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，煙草皮帶秤秤通常采用電子吊鉤秤，只能采用一個傳感器。同時，要及時進行保養(yǎng)。我們選擇英國 TEDEA公司 355型波紋管式傳感器，性能參數(shù)是：拉桿式傳 力，量程 5,一 50kg，滿載變形 ，綜合誤差 0． 02％，安全過載 150％，極限過載 200％ [11]。 總的控制過程為，各種測量的信號傳入 PLC，由 PLC接收到這些信號，在發(fā)出控制命令，控制電機轉(zhuǎn)速，完成各種控制功能。所以，在設(shè)計電子皮帶秤時，將環(huán)境因素做 為依據(jù)或主要因素之一。 環(huán)境誤差 根據(jù)對皮帶秤皮帶測速誤差的分析，物料的流量波動是一個不可忽視的問題。這一方面是由于校準的方法問題，另一方面則歸根到底，是由于皮帶秤校準時的狀態(tài)與正常工作狀態(tài)的區(qū)別即其動態(tài)誤差校正難度大。測速誤差除由旋轉(zhuǎn)編碼器的速度和安裝方式引起外，還與傳動方式有關(guān)。但其中有一個問題常常讓人忽視即系統(tǒng)部件、結(jié)構(gòu)及維護保養(yǎng)的問題。在實際稱量過程中，由于計量托輥的非準直度、皮帶張力及皮帶運行阻力等被稱為“皮帶效應(yīng)”的因素影響，使皮帶秤具有由其組成、結(jié)構(gòu)及工作方式?jīng)Q定的稱重誤差 例；由于傳感器本身精度、通道設(shè)置及工作方法的影響，使皮帶秤具有主要由測量控制系統(tǒng)硬件配置、軟件設(shè)置及工作模式?jīng)Q定的數(shù)據(jù)檢測與處理誤差；由于校準方法與實際工作狀況的差別影響，使皮帶秤具有由枝準方式?jīng)Q定的校準誤差；由于電磁干擾、振動、溫度和濕度變化等因素影響，使皮帶秤具有由皮帶秤整體與環(huán)境條件共同決定的環(huán)境誤差。 式中： Qn表示瞬時流量； Qp表示設(shè)定流量； MV和 MP分別表示速度信號和重量信號轉(zhuǎn)換的碼值： ? 表示累計流量。同時，電子皮帶秤的控制誤差受系統(tǒng)計量精度、控制及執(zhí)行機構(gòu)的影響，因此分析時應(yīng)該理清條理，分清主次。 PLC采用西門子公司高性能的 PLC產(chǎn)品 S7300系列，該模塊上有以太網(wǎng)接口、 MPI接口、遠程 I／ O接口、串行口等，可根據(jù)不同的需要，串入不同的通信網(wǎng)絡(luò)，通過 Prefibus． DP現(xiàn)場總線可實現(xiàn)各PLC系統(tǒng)間的可靠通訊。 ：在線計量流過皮帶物料的總累計量，并實時顯示流量。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障將造成整個生產(chǎn)過程的混亂，引起嚴重后 果。所謂在線計量就是在物料運動過程中，實現(xiàn)以下幾個方面的功能： （ 1） 計量功能：在線計量流過皮帶物料的總累計量，并實時顯示流量。自 1986年起，我們在國內(nèi)首次對 Hauni公司的稱重系統(tǒng)進行了國產(chǎn)化研仿，并進行了一些改進。 我國大約從五十年代開始設(shè)計、研制滾輪式機械皮帶秤。并且卷煙制絲工藝過程中，煙絲流量是重要的參 數(shù)，對煙絲流量的控制精度優(yōu)劣是由電子皮帶秤的精度決定的。選擇了適合于煙草行業(yè)的皮帶秤秤架系統(tǒng)。二是有些企業(yè)雖然更換的新型的皮帶秤，但在選配控制系統(tǒng)的模塊，旋轉(zhuǎn)編碼器及現(xiàn)場調(diào)試及使用方面還存在很多問題。隨后，英國的Ｅ．Ｈ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ、德國的ＧＪｏｓｔ等學者又先后建立了不同的皮帶秤稱重力測量模型，在理論上對它的數(shù)學模型進行了研究分析。同時，電子皮帶秤記錄的有關(guān)數(shù)據(jù)還為內(nèi)部管理和財務(wù)核算提供了依據(jù)。 ⑸ PLC控制器的軟件設(shè)計、變頻器的參數(shù)設(shè)置、觸摸屏的畫面設(shè)計等。由于卷煙制絲線設(shè)備的技術(shù)改進、設(shè) 備的調(diào)整和增減頻繁，系統(tǒng)控制對象可能要經(jīng)常更新和變更。 4)．圖文信息顯示功能 如工況流程、工藝參數(shù)、生產(chǎn)報表、過程趨勢、故障診斷等，使操作者可方便 直觀地、在操作屏幕上進行性能調(diào)節(jié)、故障查詢、比例設(shè)置等操作，以掌握系 統(tǒng)工作的全貌。 硬件配置 系統(tǒng)采用了雙傳感器配置在皮帶兩側(cè)，以減小物料偏載，增強了稱重采樣穩(wěn)定性。但其基本組成和稱重的基本原理并未發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。但其基本組成和稱重的基本原理并未發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。稱重流程即當物料輸送至電子皮帶秤有效稱量段上時，安裝在秤架上的稱重傳感器受到負荷壓力產(chǎn)生重量信號，經(jīng)過