CN101275866A - 自动称重式流态物料计量仪 - Google Patents

Abstract

一种自动称重式流态物料计量仪，它包括物料流槽、称重传感器和物料流量控制器，其特征是物料流槽设在料仓的出口处，该流槽由两个半圆形槽体上、下连接而成，上面的槽体与地面成60－80度角，下面的槽体与地面成40－50度角，在两个槽体背面分别装有一个称重传感器，两个称重传感器并联与物料流量控制器连接。本发明的自动称重式流态物料计量仪可以广泛地应用于产品的工业配料等工业现场，它可以起到减员增效、节支创收、减少误差、缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗的作用，还可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度，以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用，大大提高了生产的自动化程度。

Description

自动称重式流态物料计量仪

技术领域

本发明属于计量仪器技术领域，特别涉及一种自动称重式流态物料计量仪。

背景技术

传统的混凝土搅拌站对流态物料的称重都是靠皮带秤。随着混凝土搅拌技术和搅拌机械的技术不断改善和更新，皮带秤的占用空间大、测量精度低消耗能力大等诸多问题都无法得到圆满的解决。这就意味着它已经对混凝土搅拌站的高速、高效生产和质量控制等方面是完全不适应。如果不采用更先进的在线检测流量计就很难保证生产效率和计量准确性。传统的统一检验重量的方式已不适应现代混凝土搅拌站的要求，对沙石物料流量的在线检测是必然的发展趋势。

现有的大部分混凝土搅拌站在混凝土搅拌过程一般是根据需要的混凝土规格选择适量的沙石。然后根据所需物料的用量，选择好大小合适的料仓。使用斗式提升机将物料运送到料仓中。再由传动带将所需的物料送入搅拌设备。在物料送入传输带的时候就可以使用皮带秤技术将物料的重量称量出来。在整个称量过程中对其含水情况估计非常有限。极易造成含水量超标或不够的状况，对混凝土质量造成不良的影响。

在对沙石等固体物料统计流量时，沙石物料以一定速度通过流量检测平台，不仅沙石物料对平台的作用时间很短(在几百毫秒以内)，而且作用在平台上的力除产品自身重量外，还有许多因素产生的干扰，如：工频干扰，产品自身的谐振等。所以说沙石物料的真实信息被淹没在各种干扰中，给沙石物料流量的高精度检测造成很大困难。因此，为了达到快速、连续、准确检测的结果，就必须对称重传感器、信号处理和数据采集系统等组成的沙石物料检测系统进行正确的描述和分析。在外界随机不确定的干扰作用下如何准确检测沙石物料的流量，就成了沙石物料流量计的难点和关键。

在使用料仓时就存在如下问题，首先现在大多数的混凝土搅拌站在使用大容量料仓的时候，需要斗式提升机将物料提升到很高的高度。这无形中增加了用电成本。

其次，料仓的容量都是固定的。如果真正需要到非标志的大容量的料仓的时候就需要现定做或在原有大容量料仓的基础上进行改造。这些做法都会耗费掉大量宝贵的生产时间和生产成本。这与我们高效率低成本的生产宗旨相违背。

对混凝土搅拌站来说生产符合标号的混凝土是企业生存的重中之重，在目前情况下由于沙石的储备方法，造成了沙石中整体含有一定量水。并且沙石中所含有的水的比例难以测量。传统的接触式测量沙石含水又存在各种各样的缺点，这给混凝土搅拌过程中的添加水的多少造成了很大的困难。并且添加水的多少直接影响到最后生产的混凝土的质量。

含水量标准的待搅拌沙石在一定时间内通过料仓出口的质量是一定的。如果含水量偏高或者偏低，那么在这固定的时间段内所称出的重量就和标准的重量不同。通过此点可以判断出在后续的搅拌过程中需要添加水的多少。这无形中给混凝土搅拌站带来了很大的便利，大大的提高了企业生产的效率和搅拌的混凝土的质量。

由于混凝土搅拌所需要的物料一般都是沙子或石头，这些东西的硬度非常的好，所以呆搅拌沙石非常容易在料仓出口处造成拥塞甚至卡住。由于监管人员失察经常出现搅拌过程中沙石的缺少而导致混凝土质量下降。为了解决这一问题，不得不指派专门的监管料仓出口的人员观察料仓出口的工作情况。这给企业的生产带来了很大的不便。

发明内容

本发明为解决上述问题，特别设计了自动称重式流态物料计量仪，它包括物料流槽、称重传感器和物料流量控制器。物料流槽设在料仓的出口处，该物料流槽由两个半圆形槽体上、下连接而成，上面的槽体与地面成60-80度角，下面的槽体与地面成40-50度角，在两个槽体背面分别装有一个称重传感器。两个称重传感器并联在一起，与物料流量控制器连接。物料流量控制器由放大滤波模块、A/D转换模块、单片机系统、串口通信，显示与键盘接口等几个部分组成。其连接关系是放大器的输入端接传感器，放大器的输出端接滤波器，滤波器与A/D转换器相接，A/D转换器通过光电隔离电路与单片机相连，显示与键盘接口及串口通信电路分别与单片机相连，单片机中嵌入了流态物料计量软件。

使用本发明自动称重式流态物料计量仪时，由于物料流槽与地面成一定的角度和物料自身的重量，所以物料从料仓流下时会对物料流槽造成一定的压力。这样就可以使用称重传感器得到这个压力相应的电压信号。物料流量控制器会实时地采集称重传感器的电压信号。这个信号经过放大器放大并且经过低通滤波器产生出平稳的信号输入A/D变换器。A/D变换器把输入的模拟电压转换成相应的数字量光电隔离后送给单片机，单片机根据预先编制好的程序对采样进来的数据进行处理，并把处理结果送显示。同时用户可以使用键盘对整个仪表进行操作。单片机还可以应用串行通讯电路和上位机进行交换数据。该电压信号经过后期的处理可以计算出所流出物料的重量。物料流量控制器再根据计算结果和事先设定好的所需物料重量来控制料仓出口的开启和关闭。这样就形成了一个闭环的控制系统，以此来完成实时地对物料流量的控制和监控。

自动称重式物料流量计的称量原理如下：首先物料流过物料流槽并对物料流槽下的两只传感器产生压力信号，压力信号经过放大后并经过A/D变换器转换成数字量传送给单片机，单片机对所采集的信号进行计算，计算方法基本上采用模拟积分法和累加法两种方式工作的。

时间t内累积流量G该是瞬时流量以Q(t)积分值，即：

$G=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}Q\left(t\right)d$

式中：G为0～t时间间隔内的总输送量，单位为kg；

      Q为瞬时输送量，单位为kg/h；

累积法是把皮带称量段不均匀分布的物料重量划分成许多小段，每小段的微小重量为N_i(即N₁，N₂……)，再把各分量从累加起来，得出这段时间内累计量G，即：

$G=N_1\left(t\right)K+N_2\left(t\right)K+\·\·\·\·\·\·+N_n\left(t\right)K=K\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i\left(t\right)$

式中：K为修正系数，模拟转换称量值的采样信号与采样时间内称量段通过的物料量；

      N_i为物料在一段单位长度时间内的重量。

由于累加法的计算准确度远比模拟积分法的准确度高，所以应用了微机技术的累积仪表均采用累加法方式工作。

本发明的自动称重式流态物料计量仪可以广泛地应用于产品的工业配料等工业现场，它可以起到减员增效、节支创收、减少误差、缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗的作用，还可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度，以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用，从而大大提高了生产的自动化程度。

附图说明

图1为本发明的物料流槽结构示意图，其中1.上流槽传感器，2.下流槽传感器，3.下流槽，4.上流槽

图2为本发明为物料流量控制器系统连接图

图3为本发明的物料流量控制器电路原理图

图4为本发明的物料流量控制器放大转换模块、A/D变换器连接示意图

图5为本发明的显示和键盘的电路原理图

图6为本发明的物料流量控制器的通讯电路与单片机的连接示意图

图7为本发明的物料流量控制器软件流程图

图8为本发明的平均算法软件流程图

图9为本发明的物料流量控制器A/D采样计量程序流程图

图10为本发明的物料流量控制器单片机的接口时序图

图11为本发明的单片机驱动ADS7816的子程序图

图12为本发明采用的数字电源原理图

图13为本发明采用的模拟电源原理图

图14为本发明的物料流量控制器滤波器电路原理图

图15为本发明的菜单程序流程图

图16为本发明的串口发送服务程序图

图17为本发明的初始化程序图

图18为本发明的标定零点AD值程序流程图

图19为本发明的标定流量流程图

图20为本发明的AD620内部框图

图21为本发明实施例的物料流量控制器A/D变换器的参考电压电路图

图22为本发明的A/D变换器和单片机连接图

具体实施方式

本发明的自动称重式流态物料计量仪，由物料流槽、称重传感器和物料流量控制器组成。物料流槽如图1所示由两个半圆形槽体上、下连接而成，上面的槽体与地面成60-80度角，下面的槽体与地面成40-50度角，在两个槽体背面分别装有一个称重传感器。采用YZC-328S称重传感器，量程为50KG，精度为1.9995mV/V。两个称重传感器并联在一起，与物料流量控制器连接。物料流量控制器由放大滤波模块、A/D转换模块(如图4)、单片机系统、串口通信，显示与键盘接口(如图5)等几个部分组成。本实施例采用由Analog Devices公司开发的AD620仪用放大器构成力值传感器输出信号的前置放大单元。称重传感器受压力后产生和所受压力成正比的差模输出信号接入放大器AD620的2、3脚，经过放大后从AD620的5/6脚输出，经过放大后的信号接入低通滤波器电路ui，产生出平稳的输出信号从uo输出，滤波器电路如图14所示，A/D转换器采用ADS7816是Burr Brown公司生产12位串行A/D转换器，其转换速度可达到200Kbps，它和单片机采用SPI接口。经过滤波的信号接入A/D变换器的2、3脚，A/D变换器把输入的模拟电压转换成相应的数字量通过光电隔离后从5、6、7脚送给单片机。单片机采用宏晶公司80C51单片机家族的衍生品STC89C58，其兼容标准51指令集、内部集成了32K的Flash程序存储器、1K的RAM数据存储器(如图6)。单片机从1、2、3脚串行接入信号后根据预先编制好的程序对采样进来的数据进行处理和运算，并把处理和运算的结果送给控制系统进行控制。同时用户可以使用键盘对整个仪表进行操作。单片机利Rxd和Txd脚用串行通讯电路和上位机进行交换数据。

本实施例使用的A/D转换器ADS7816是串行接口的，所以说单片机在编写其驱动程序的时候就要特别注意ADS7816和单片机的接口时序，接口时序如图10。按照图10所示的时序图，单片机驱动ADS7816的子程序如图11所示。

单片机对于接出来的数据信号进行处理采用算术平均算法，即对称重传感器输出信号进行多次快速数据采集，然后取算术平均值作为测试结果，以滤除随机误差。单片机在称重时间段内通过A/D转换器对结构源的输出信号进行快速采集，并将采集的数据进行算术平均。对经过滤波后的结构源输出信号进行算术平均滤波得到的结果可以认为是测试的产品的真实重量。其流程如图8所示，其中sum为累计结果；addat为A/D转换的结果；j为计量次数。

系统的供电：采用的模拟电源如图12，交流电经过变压器降压到12V，整流滤波后得到输出VCC1、VCC2和VEE2，为系统的模拟部分供电为模拟电源，其中VCC1为+5V，VCC2为+9V，VEE2为-9V。采用的数字电源如图13，交流电经过变压器降压到9V，整流滤波后得到输出VCC＝+5V，VCC为系统的数字部分供电为数字电源。

Claims (2)

1、一种自动称重式流态物料计量仪，它包括物料流槽、称重传感器和物料流量控制器，其特征在于物料流槽设在料仓的出口处，该流槽由两个半圆形槽体上、下连接而成，上面的槽体与地面成60-80度角，下面的槽体与地面成40-50度角，在两个槽体背面分别装有一个称重传感器，两个称重传感器并联与物料流量控制器连接。

2、根据权利要求1所述的自动称重式流态物料计量仪，其特征在于所述物料流量控制器包括放大滤波模块、A/D转换模块、单片机系统、串口通信，显示与键盘接口，其连接关系是放大器的输入端接传感器，放大器的输出端接滤波器，滤波器与A/D转换器相接，A/D转换器通过光电隔离电路与单片机相连，显示与键盘接口及串口通信电路分别与单片机相连，单片机中嵌入了流态物料计量软件。

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