关于工业配料系统控制精度的探讨

放 射 线 的吸 收情 况 为原 理 进 行 称重 的 ， 一 种高 技术 高 精度 的称 量设 备 。 因其 造价 高 且对 环 境 污 是 但
染 严 重而 仅在 少 数 场合 采 用 。皮带 秤 由压 力 传感 器 对 流经 称体 皮 带 机 上料 重 的感 受 而 获得 物 料 的 流量 ， 造价 低廉 ， 是 由 于皮 带 电机 振动 的影 响 ， 度很 低 ， 般很 难 达 到 １ 以上 的精 度 。 但 精 一 ％ 此类 秤 多
合 ， 过 物 理或 化 学加 工 而 获 得 的 。所 以在 这类 产 品 的生 产 过程 中 ， 各 物料 的配 比精 度 就不 仅 成 通 对
了影响产品质量的重要 因素之一， 同时 ， 也是避免浪费 ， 提高生产效益的重要因素。因此如何提高工
业 配 料系 统 的控制 精度 就 显 得非 常 重要 。 最 近 十几 年我 国在 配 料控 制 方 面发 展迅 速 ， 其应 用 也非 常广 泛 。 目前 所 有 的配料 系 统都是 由微 机 控 制 ， 称重 方 式 ， 按 大体 上 可 以分 为核 子秤 、 皮带秤 、 斗秤 、 失重 秤 等几 类 。核 子秤 是 以被测 物料对
４ 采 用 多 ＡＤ 转 换 系 数 对 物 料 进 行 检 测
如 果没 有 精度 的 测量 ， 无 从谈 起控 制 精度 ， 提高测 量 精度 ， 方 面要 从 硬件 人手 。首 先要选 则 而 一
择性能优 良稳定 的测量仪表 ， 要求检测仪表的精度要高 ， 线性要好 。但是任何测量仪表都存在一定
秤 配料 系统提 出 变流 量 控 制 算 法 和 多 Ａ Ｄ转 换 系统 检 测 方 法 ， 应 用 中取 得 了 良好 的效 果 。 在
关 键词 ： 业配料 系统 ： 制精 度 工 控
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在化 工 、 金 、 材 、 瓷 、 品 、 料 等工 业领 域 里 。 冶 建 陶 食 饲 有许 多 产 品是 由多 种原 料 按 一定 的配 比混
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生 产 工 艺
甘 肃 石 油 和 化 工
２ １ 年第 ２ ０１ 期
假定 采样 周期 为 ２ ｓ 设定 粗 流 流量 为每 个采样 周 期 个 Ａ ０ｍ ， Ｄ码 （ 取 ２ ） 细流 流量 为每 个 ～３ ， 采样 周期 ）个 Ａ ， Ｄ码 （ 般 取 ０２ 。粗流 下 料设 定 为 Ｐ一 Ｘ 以保 证 粗 流下 料 量 不 超 过给 定 配料 量 ｙ一 ．） ３ 尸， 由于存 在控 制 误差 ， 流下 料 过程 停 止后 经 静 态测 量 ， 际下 料 量 的测 量 值 为 ， 一 大约 等 粗 实 Ｐ 于 ， Ｐ 一１ 为 细流 下料 。细流 下料 结束 后 ， 用 一 作 经静 态 检测 ， 果下 料 量 小 于 Ｐ， 如 则再 以细流 流 量进 行 １ｙ 采 用周 期 的细 流 补偿 ， ，个 以提高 最终 配 料量 的精 度 。 过分 析 ， 践也 证 明其 控制 精度 可 通 实
成的测量干扰 ， 从而获得一个精确的上料测量值。 下料过程是影响配料精度的重要 因素。如下料流量太大 ， 容易引起较大 的误差 ； 流量太小， 虽然
会满足精度要求 ， 但又会增加配料时间 ， 生产不允许。为了解决这一矛盾 ， 应采用粗细流结合的下料 方式 ， 粗流用以提高配料速度 ， 细流用 以保证精度。
制越及时 ， 因而控制精度也就越高。但是采样周期不可能任意短 ， 因为为 了克服随机测量误差， 对每
种 物 料 的每次 采样 都 进 行若 干次 Ａ Ｄ转 换 ， 以进行 数 字滤 波 ， Ａ 而 Ｄ转 换 很 费 时间 。 因此 ， 不超 过 对 １ ６种物 料 的配料 系 统采 样 时 间取 １￣２ ｓ 为合适 。 ０ ５ｍ 较
精度很高 ， 可达到 ０１ 以上。 目 ， ． ％ 前 这种称量方法在国际上应用广泛 ， 特别是在玻璃行业 中。
本 文 主要 讨 论如 何 提 高失 重 秤 配料 控 制 的精 度 ， 中第 一 部分 简 述失 重 秤 配 料控 制 的原 理 。 其 第
二 部分 描述 如何 从 软件 上 提 高控 制 精度 ， 三部 分叙 述 如何 采用 多 Ａ 第 Ｄ转 换 系数 的 方法 提 高在 线称 重精 度 ， 四部 分 给 出 了控制 实例 及 其 运用效 果 。 第
数 。在 Ａ Ｄ转换 计算 时 ， 靠 近 Ｐ＋ 的点选 用 Ｐ＋ 在 Ｒ Ｒ点 的 Ａ Ｄ转换 系数 ， 则取 尺点 的 Ａ 否 Ｄ转 换 系数 值 。加之 在上 下料 断 料 点进 行 的是 静态 检 测 ， 样做 无 疑最 大 限度 地提 高 了这 两点 充 分近 的 区间的 这
测量计算精度。
２ 失 重 配 料 控 制 系统 的 基 本 原 理
图 ｌ为工 作 在 配料 线 上 失重 秤 的 示 意 图 ， 由料 仓 、 料 电振 机 、 量 斗 、 它 上 称 下料 电振 机及 三 只拉
力传感器组成 。配料过程为 ： 先通过上料 电振机向称量斗供料 ， 同时 ， 失重秤对上料进行在线计量 ， 直至达到某给定值 。 停止上料过程 。然而进行放料失重计量 ， 即通过 电振机把物料连续地排放到皮 带输送机上。在放料过程 中， 计算机按一定的采样周期对卸料量进行采样计算 当达到给定放料量
在失重配料中 。 际上只有上料量 Ｐ Ｒ， 实 ＋ 及放料后料斗内的剩余料量 的测量精度是影响配料
精度 的决 定 因素 ， 而从 到 Ｐ＋ Ｒ之 间 的数 值 变 化 只作 为对 电振 机 进 行控 制 的参 考 值 ， 不对 配 料 并
量产 生影 响 。所 以 。 果 在 Ｐ Ｒ及 Ｒ点 对检 测 系统进 行标 定 ， 获得 失重 秤 在 这两 点 的 Ａ 如 ＋ 可 Ｄ转换 系
的非 线性 ， 都存 在 一定 的非线 性 误差 。 但是 现 在对 检测 仪表 的输 出量进 行 Ａ Ｄ转换 时 ， 往选 取单一 往 的Ａ Ｄ转 换 系数进 行 数 据处 理 。实 际上 是 把检 测仪 表 当作 理想 的线 性 仪 表看 待 了 ， 样难 免 带来非 这
线 性误 差 。
５ 应 用 实 例
根 据 上面 的设 想 ， 们 开 发 了（ Ｐ Ｐ Ｉ 璃 配 料微 机 控 制 系 统 》 并 用 于 河 北省 邢 台市 的部 分 我 Ｇ Ｂ —玻 ，
玻 璃厂 。 三年 多 的运 行 实 践表 明 ， 系统 的动 态精 度 可达 ０１ 与 进 口的 Ｐ ｉｐ同类 产 品技 术 指标 该 ．％， ｈｌ ｉ
生 产 工 艺

图 １ 失 重 秤 示意 图
称量 斗 中物料 的 变化 通 过传 感器 送 到计 算机 经 ＡＤ转换 及计 算 机处 理供 显 示 。 以此 为依 据对 并
上 下料 电振机 进行 控 制 。
配料控制精度主要取决于传感器 、 变送器 、 电振机及控制器的性能以及控制算法 。
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甘 肃 石 油 和 化 工
２１ 年 ６月 ０１
关 于工 业配料 系统控 制精度 的探讨
王 斐
００ ５ ） ５ ０ １ （ 河北省 劳动和 社会保 障厅 劳动保障人事 事务代理 中心 ， 河北 石家庄
摘 要 ： 多年 工作 实 践 的基 础 上 ， 微机 工 业 配 料 系统 的 控 制 精 度 进 行 了 讨 论 分 析 。 失 重 在 对 对
如果 在 仪表 的测量 范 围 内划 分若 干 区间 ， 不 同 的 区间 内选 取 不 同 的 Ａ 在 Ｄ转 换 系数 ， 由于在各
区 间的局 部范 围内 的线性 必 然优 于整个 测 量范 围 的线性 ， 因此 在不 同的 区 间选 用不 同的 Ａ Ｄ转换 系
数会使测量结果更逼近真实值 ， 从而可以在相当程度上克服非线性误差而较大地提高测量精度。
感器 （ ３只传 感 器 即 可 ） 选 并联 组 合 方式 。电路 上也 应 选用 先进 的集成 电路 放大 器 ， 能达 到理 想的 才
测量结果 。
除了选用性能 良好的硬设备 。 还须采用合理的控制算法及控制软件才能进一步提高配料精度。
３ 控 制算 法及软件设计思想
失 重秤 配 料控 制 是一 种 非 连续 工作 过 程 ， 对生 产 中所 需 的各 种 物料 以 给定 的配 比按 批 配制 。 它 控 制算 法 较 为简 单 ， 成 一 批 料 的 配制 可 由上 料 、 态 测 量 、 流 下料 、 流 下料 、 态 测量 和 静 态 完 静 粗 细 静 补偿 等几 个过 程 完成 。 在 配料 中 ， 假定 对 某 种物 料 需 求量 为 Ｐ， 了进 行 失重 测 量 ， 料 量 应 大 于 尸 设 定 尺 为多 余 的 为 上 ， 上 料量 ， 上料 量应 为 Ｐ＋ 则 Ｒｏ在 上料 的 同时 ， 算 机对 上 料 量 进行 不 停 的检 测 ， 到 上 料量 为 Ｐ Ｒ 计 直 ＋ 时 为止 ， 料 过程 结 束 ， 进 入 静 态 测量 过 程 ， 目的是 为 了消 除动 态 测 量 误 差及 料 斗惯 性 抖 动造 上 并 其
由于这种配料控制方法只对物料变化的累计量感兴趣 ， 而对物料的流量变化要求不高 ， 只要 电
振机及控制器的输 出能力满足要求且较为稳定就可以了， 它对控制精度不会产生值得考虑 的影响。
传感 器 与变 送器 是 影 响精 度 的关 键 因 素 ， 因此 应选 用 高精 度 高稳 定 性 的 传感 器 。 采用 多重 传 并
达到 一个 Ａ Ｄ码 之 内 。
在上 下 料 过 程 中计 算 机 一 直在 不 停 地 对 料 重 进行 采 样 ， 旦发 现某 一 需 要 改 变 电振 机 动 作 方 一
式 的重量 值 时立 即 向电振 机 发 出指 令 ， 开启 或关 闭 电振 机 。 因此 可见 采 样 周期 越 短 ， 电振机 的控 对
相 当 。 造价 仅 为进 口设 备 的 三分 之 一 。 而
时下 料过 程停 止 ， 一个 配 料 过程 也 就完 成 。
收稿 日期 ：０ １ ０ －２ ２ １－ ３ ０ 作者简 介： Ｔ￣（９ ４ ）女 ， １７ 一 ， 河北 南官人 ， 助理工程师 ， 主要研究方向为工业 自动控 制。 ３ ６
２ １ 年第 ２ ０１ 期
王斐 ： 于工业 配料系统控制精度 的探讨 关
用 于 一些 对精 度 要 求 不高 的场所 ， 如水 泥配 料 。斗秤 是 工业 配 料 中使 用 历 史最 久 的 称重 设 备 ， 结构 简 单 、 价低 ， 因精 度不 高 ， 造 但 大多 已不被 采 用 。失 重秤 是 最 晚开 发 的一 种 新 技术 。 国 内的普 及使 在 用 也 不过 十几 年 的历史 ， 可 以达 到很 高 的精度 。其 工 作原 理 很 简单 ， 它 即通 过 输送 设 备 先 向称 量 斗 里 提供 所 需 的物 料 量 Ｐ 以及 附 加 的物 料 量 △ 然 后进 行 放料 ， 到称 量 斗 内 的剩 余 物料 △ ， 尸， 直 Ｐ为止 。 由于 这种 称 量 方 式 可 以克 服 物 料 冲量 、 变送 器 零 点漂 移 等 因素 引 起 的 误 差 ， 接 近 于 静 态测 量 ， 而 故