1 包装秤的硬件组成
该称重机由两套完全相同的系统组成。即由A.B两个秤来进行工作,其能力最大为1200bags/hour/2sets,或者为30t/h。称重机的型号为FNL-302CC-02,其控制单元为FEC-500S。它主要由以下部分组成:
(1)伺服进料系统:
①进料机械装置;②伺服电机;③伺服电机控制单元。
(2)称重料斗及料门
(3)称重单元的防尘盖
(4)称重系统:传感器UHB61-100
(5)称重检测
(6)气源系统
(7)控制单元:伺服控制单元(厂家为OMRON),AC/DC单元,顺序控制单元(厂家为MITSUBISH),时间继电器。
FEC-500 S控制单元主要由:A/D转换模块,显示单元,输入模块,输出模块,D/A转换模块几部分组成。
其前面板主要包括:显示单元,运行状况指示,判断指示,单位指示,电池报警指示,监控键,设定键,具有标准的并行打印机接口,标准的422/485接口和RS232接口.在本文主要介绍一下控制单元FEC-500的工作原理及工作过程。
2 伺服进料系统工作原理及工作过程
在这个系统中,模拟信号由控制系统直接输出到伺服电机,通过改变螺杆转动速度来调节料门的开度,从而实现大投入,中投入,小投入等几个加料过程,保证加料的高速度,高精度,它的工作原理如图1。
2.1 工作原理
物料是由一个圆的筒体进入称重箱的,在筒体的底部是一个弧形的可绕固定轴转动的挡板,挡板的边缘有一个R15的半圆孔,这个圆弧挡板是由FEC-500控制系统控制伺服驱动器,由伺服驱动器控制伺服电机带动有关的齿轮传动来实现精确的开关位置。在初始状态时,弧形料门是完全关闭的,此时没有一粒料进入称重箱。当称重箱内无料时,FEC-500控制料门开到最大开度位置进料,同时称重箱的传感器也及时将每个动态的重量变化反馈到FEC-500控制系统。此时料门位置处于固定的最大开度,进料流量也是固定不变的,我们将该进料过程称为大投入进料。当重量达到预先设定的大投入重量Cn时,FEC-500立刻控制料门逐步关小,在这个过程中,料门是缓慢关小的,进料流量也是慢慢变小的,该过程称为中投入进料。当称重箱内物料重量达到预先设定的目标量前重量Bn时,弧形料门几乎关闭,物料只是通过弧形料门边缘的R15半圆孔进入称重箱。此时,弧形料门的位置是固定的,这一过程称为小投入进料。小投入后经过一个很短暂的稳定修正过程,称重箱内的重量达到设定的总重量An时,FEC-500控制弧形料门立刻完全关闭,此时没有任何物料能进入称重箱。接着进入下一个同样的称重循环过程。进料中每一步的准确称重都是由FEC-500根据所设定的参数值来控制伺服进料系统实现的。
根据前面的工作过程及原理,我们可得到它们之间的主要对应关系如图2。
①料门按进料率(Un)成比例打开下料,直到重量超过中投入设定值(Cn)停止。②当称重值超过中投入设定值(Cn)时,通过计算与最佳设定值一致时,料门可靠打开以中投入进料率(Yn)进料。③当称重值超过中投入(Bn)设定值,料门按(En)成比例打开进料。④当进料完成,关料门。
以上工作是依靠伺服控制系统和伺服电机以及FEC-500控制单元来实现的。
2.2 工作过程
物料进入分料箱后由分料箱分头向两个落料筒供料,当落料筒闸门处于打开状态时,物料落入称重箱(此时称重箱翻门应关闭),传感器开始采集重量信号,由伺服控制器发讯到伺服电机,通过伺服电机的转动带动曲柄及闸门回转轴将落料筒从大投入关闭至中投入状态继续落料。传感器继续采集重量信号,当传感器采集数据达到Bn时,伺服控制系统将控制料筒进行小投入直到关闭料门.此时由FEC-500发讯将称重箱翻门打开向包装机的料斗卸料,卸料结束后翻门关闭,落料闸门打开,完成一个称重循环。
3 特殊功能:模糊控制
伺服进料式的包装所确定的高性能是常规包装称不能实现的,但是,若错误调整设定参数可以使其高性能减弱。出于这种原因,FEC-500特别提供了许多功能,装料时,在目标时间内可以用模糊控制自动改变设定参数。
3.1 决定分配进料时间
例如:进料为600包/h1个循环:3600÷600= 6s;稳定时间:-1.0s;放料时间:-1.0s;进料时间:4s。
3.2 决定分配大、中、小投入流量与进料时间相一致
例如:当进料时间为4s时,小投入进料时间设定为1.5s,分配剩余时间给大投入,中投入。
大投入目标时间:1.25s;中投入目标时间:1.25s;小投入目标时间:1.5s。
3.3 模糊控制的增益调节
对型号为FNLFGL-302CC 增益为1时高 增益为4时低;对型号为FNL FGL-013AA 增益为5时高 增益为9时低。
在模糊控制功能关闭时,如果包装能力不是有意识的设定为600包/h,那么执行参数取决于使料门打开程度的大投入,小投入及预定值,它们的大小保证精度的要求。当模糊控制功能打开时,执行自动连续操作。可以通过控制面板上的键来检查一些初始设定值,如果初始设定值比模糊控制模式下低许多时,可以将地址44设定为1,那么模糊控制下的值在重起后自动作为初始值。模糊控制模式下的设定值还可以进行存储。
4 伺服电机控制系统与气动气缸控制称重系统比较
国内厂家生产的包装机所用的秤基本控制原理与FEC-500S类似,但是它的称重进料执行机构不同于FEC-500S的
伺服进料执行机构,它是由1个主气缸和1个副气缸在PLC程序的控制下相互配合来实现粗加料,精加料的过程的,其工作原理及工作过程如下,见图3。
物料进入分料箱后由分料箱分头向两个落料筒进料,当落料筒闸门处于打开状态时,物料落入称重箱,(此时称重箱翻门应关闭)传感器开始采集重量信号,当传感器采集数据达到某一规定重量值时,由控制器发讯通过汇流板上的电磁阀向闸门主气缸的右腔送气使活塞杆退回,通过闸门曲柄及闸门回转轴带动闸门将落料筒关闭至细流状态继续落料,传感器继续采集重量信号。当传感器采集数据达到另一规定重量值时,由控制器发讯通过汇流板上的电磁阀向闸门副气缸的右腔送气使活塞杆伸出,于是杠杆向左摆动并通过主气缸控制曲柄向左摆动将闸门完全关闭,由控制器发讯将称重箱翻门打开向包装机料斗卸料,卸料结束后翻门关闭,落料闸门打开,完成一个称重循环。当闸门关闭而计量的重量尚有欠缺,可在主气缸活塞杆不伸缩的情况下再一次快速启动副气缸,使其将闸门打开少许进行补称并迅速关闭,直至达到规定的重量值为止。由于闸门是由气缸动作带动闸门回转轴动作的,所以闸门动作的精确度是受气缸限制的,精度低,动作相对不稳定,整个执行机构的机械动作幅度大,噪音大。而伺服控制系统所控制的执行机构完全可以克服以上缺点,特别是在高速称重的过程中它的优势发挥的淋漓尽致。
5 自动称重机在聚丙烯装置中的应用效果
FEC-500S自动称重机是聚丙烯装置包装码垛生产线的一个重要设备,它直接影响到包装生产的质量和产量,其快速准确的包装过程是质量保证的一个重要环节。从应用效果来看,这一自动称重系统起到了至关重要的作用。与人工称重相比,它称重快速,准确,误差小,人工称重几乎无法与它相比。FEC-500S完全可以达到工艺生产单位的要求,如果按每袋误差控制在±50g范围内,即24950~25050g范围内,该自动称重系统完全可以使每袋误差控制在±10g范围内,使产品质量得到更可靠的保证。如果我们以现在装置七万吨/年的生产能力来计算,每袋为25kg,每吨聚丙烯平均价格5000元/t,包装允许误差范围为±50g,自动称重系统每年可以节约几十万元.若遇到销售形势好的年头,每年可节约上百万元。
本文作者：郑 龙
