| 在線防爆電子秤配料系統 | 2020-01-13 |
| 摘要：介紹了一種新型的高精度電子秤配料系統，其特點是能快速準確地對生產線產品進行實時稱重，實時計算、存儲和顯示數據，并根據數據對產品進行分揀、分級篩選和剔除。硬件上采用PLC控制、觸摸屏操作，軟件上設置限幅斜率濾波的軟件算法，設計了對應的軟件濾波程序，提高數據處理精度和效率。實驗結果表明，該配料系統運行精確可靠。該設備具有精度高，成本低，運行可靠，界面顯示大方，操作簡便以及拓展功能多等特點，簡單易用，工作穩定，大大降低勞動強度和產品成本。 關鍵詞：電子秤；濾波；PLC控制 目前包裝、灌裝自動生產線為防止灌裝重量不夠的液位檢測、裝箱缺瓶等崗位上，仍然沿用人工檢測的老辦法，要求員工每小時盯住幾萬瓶產品從眼前晃過，眼睛非常容易疲勞；或包裝裝瓶時要駐守包裝機，防止缺瓶。為了減少企業的人力投入，提高生產效率，開發自動在線監測分揀裝置的是的。王憲菊開發了基于ADuC7026的電子秤稱重模塊的配料系統，該設計大大提高了配料系統響應速度，能快速稱重，但需要上下機的配置才能實現，所需要的設備較多，配料系統獨立性較差[1]。王偉強利用PID采樣、湯建斌采用ARM嵌入式配料系統來研制的電子秤配料系統，但其稱重效率和速度要比王憲菊設計的配料系統要慢，并且都是上下位機配置，與生產線的其他設備不能直接連接。因此，開發出自動生產線的在線電子秤配料系統，實時對產品進行分揀、分級篩選和剔除，直接與前后的灌裝機和貼標機通信，減少人的勞動強度和降低生產成本就顯得非常重要。 1配料系統功能介紹、硬件設計 1．1結構設計 生產線對自動稱重的要求是配料系統能對流經稱重部件的連續或者離散物料進行實時的稱量，根據不同的要求顯示、存儲，并實現必要的控制。對于離散物料的流速則根據不同的應用場合和配料系統精度而不同，一般60-200個/min。如本配料系統針對啤酒生產線上灌裝好的啤酒進行在線稱重分揀，擬定稱重量為5kg,產品尺寸為寬＜120mm,長＜120mm,按照流速240個/min情況下精度要求達到0.05%。稱重模塊排在貼標機后面，包裝機前面的位置上，安放在輸送鏈中間從左到右進行稱重，如圖1所示。入口稱重模塊與稱重平臺之間的間隔剛好是一個產品的寬度，當該個產品稱重快結束時，下一個產品剛好到達入口位置，上一個產品到達分揀氣缸位置，以此依次記錄數據。 1．2配料系統硬件設計 硬件設計主要包括稱重儀表、稱重模塊、稱重顯示器和模擬量模塊。稱重儀表選用某公司的FX系列的FX2n．32MR．001，該PLC具有16輸入點和16點繼電器輸出端，能滿足控制端口要求，而且價格較低，性能穩定。再配以FX2n．4AD模擬量輸入模塊，該模塊有CH1至CH4四個通道，每個通道都可進行AD轉換，分辨率為12位，符號1位，采集信號電壓為一10V到+10v，分辨率為5mV。電流輸入時為4～20mA，分辨率為20uA，FX2n．4AD內部有32個16位的緩沖寄存器BMF，用于與主機交換數據。FX2n-4AD占用FX2n擴展總線的8個點。 稱重模塊和稱重顯示器采用某公司的JHBT稱重模塊，其為模盒系列荷重稱重模塊，采用了箔式應變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、溫污小、過載能力強等特點。稱重顯示器選擇配套的HSQ2放大器(可以選擇數字顯示儀器)。標準信號0～10mA、4～20mA或0～10V輸出。 由彈性測量元件和應變片組成的模擬稱重模塊采集到被測重物的模擬信號，稱重顯示器將微弱的模擬信號(mV級信號)放大轉換為標準模擬信號(0～10V)，標準信號被送入模擬量模塊的電壓輸入端，利用CPU內部集成高達1MSPS采樣率的12位ADC對信號進行采樣，CPU對采樣后的信號進行濾波和數據處理，將處理后的數據通過RS．485發送至上級控制PLC。PLC可以隨時向CPU發送瞬時數據或均值數據命令，并對CPU內部的參數進行讀寫操作；PLC可以通過判斷稱重模塊輸送過來的數值進行進一步的后續處理，硬件配料系統圖如圖2所不。 本配料系統采用的稱重顯示器將稱重模塊的微弱信號(mv)轉換為標準模擬信號(如0～l0V)，稱重顯示器的外部輸入電壓只要將信號的+、一極分別接模塊的Ⅵ+和Ⅵ一端。由于模擬量模塊是12位的，其電壓和數字量轉換公式為：電壓0．00049x，為輸出的數字信號，Y為信號輸入電壓V。 1．3配料系統軟件濾波 由于生產線上瓶子的輸送速度是快速并且是固定的，約為0．5m／s的速度。瓶子以一個沖擊形式進入和離開稱重臺，剩下平穩的稱重時間是非常短的，在這大約20ms時間內完成測量，在軟件設計上除了考慮靜態因素以外，更重要的是要解決電子秤外界干擾大和測重間隔短所造成的稱重誤差較大的問題。對于瓶子進入和離開時對稱重平臺的直接和間接沖擊會對配料系統產生一個超調量，該量處理不好會產生很大的稱重誤差。因此，本配料系統應用斜率濾波法對采樣數據進行濾波。其原理為：在兩個連續的固定采樣時間間隔信號之間比較其數值，數值的大小即為其斜率，設置該比值的閾值點，對超過該閥值的采樣數據進行過濾，對剩下斜率變化不大的數據點進行均值濾波，從而消除振動和高頻所引起的干擾，程序控制圖如圖3所示。 另外，為了提高配料系統的采樣響應速度，本配料系統同時設置一個的響應閥值100，即空瓶重量的一半。當信號低于該閥值時，配料系統不采樣，以此來減少空載高頻振動對配料系統的負擔，提高響應速度和抗于擾能力。到的點數是視傳輸速度而定的，因此根實驗選擇固定點數據作為最終數據的方式也不行。所以筆者提出斜率濾波法，有效的解決了重響應的數據處理問題，并且大大提高了配料系統干擾能力。 實驗在配料系統流量是240個／min的情況下多次動態檢測和靜態測量的數據比較。結果表明該配料系統測量精度高，測量誤差為7g，且測量一致性好，分選動作準確，達到了配料系統的設計初衷。 2結語 本項目基于PLC控制配料系統開發德國HBM高精度稱重模塊，實現自動生產線的在線電子秤配料系統，稱出的重量作為產品合格與否的參照值并自動剔除，統計和反饋給灌裝配料系統作為灌裝液位調整依據。整個配料系統設計無須再選擇接口、AZD等器件，節約了成本和元器件，且通過總線直接與生產線上其他機器通信，實現全自動化生產和檢測。 而且，該配料系統具有測量速度快、測量精度高，成本低，運行可靠，界面顯示大方，操作簡便以及拓展功能多等特點，適合大多數自動稱重行業，且升級方便。不僅減少了企業的人力投入，而且效率高，不受外界干擾，可實現生產線全自動化運行和檢測，符合我國國情的驗瓶機的國產化具有重要的社會效益和經濟效益，該技術在食品飲料、醫藥以及包裝等其他相關行業中也具有廣闊的應用市場。 | |
