利用软件方法提高定量包装秤工作速度

　评价一台定量包装秤的主要技术指标是定量准确度与定量速度，即包装秤的工作效率。然而定量速度与定量准确度是相矛盾的。要想达到较高的准确度与较高效率是很困难的，有时更需要以增加成本为代价。本文通过引入禁止比较判别，分组检测的概念，提出一种在保证准确度的前提下，提高包装秤工作速度的软件控制方法。
 
　　一、禁止比较判别法
 
　　目前定量包装秤多为两级给料或三级给料方式，其重量可用以下公式表示：
 
　　二级W=
 
　　三级W=
 
　　式中W：实际重量，q：流量，r：物料的比度，t：时间，t0、t1、t2分别为各级给料起、止时间。
 
　　实际工作中，前级、末级料流流量比是5～10倍。前级给料主要是用较短的时间加入尽可能多的物料，以缩短称重周期，提高效率。而末级给料则用较长时间加入额定量的5％～10％，以保证称量准确度。从提高速度的角度看，前级料流流量应尽可能大，而且设定值越接近额定值越好；从提高准确度看，末级料流流量应越小越好。然而实际工作过程中，在前级给料结束时，由于物料的冲击，在秤的测量值上造成振荡纹波，实际重量的动态曲线(二级给料)如图1所示。
 
　　若提高速度，前级给料设定值应接近末级给料定值，但冲击的波峰可能超过末级给料的设定值，从而造成末级关门。而实际重量并没有超过末级给料设定值，造成误差增大。若要减小误差，传统的方法是减小前级的给料流量，或增加一级给料，以降低冲击力，使冲击的波峰不能超过末级给料值。这样做不是增加了前级给料时间，就是增加了末级给料时间，降低了包装秤的工作效率。为此，通过多次实践，找到了用软件手段解决此问题的方法，即禁止比较判别法。
 
　　禁止比较判别法在前级给料结束后，不是马上判别重量是否达到末级给料关门值，而是延时一段时间后，才开始判别，从而使末级判别避开前级给料的冲击在秤上造成的波峰，避免了冲击造成的误差，如图2所示。
 
　　 采用这样的控制方法，能够使前级给料值更接近末级给料值，也就是增大了前级给料量，相对减小了末级给料量。如果在料流量不变，准确度要求相等条件下，可显著减少末级给料时间，从而缩短整个工作周期，提高工作效率。可以证明，前级、末级料流流量比越大，效果越显著。
 
　　二、分组检测法
 
　　为保证电子定量包装秤的准确度及其稳定性，现在的称重控制器引入了许多自动控制理论，设置很多自动功能，如零点跟踪功能、零点异常报警功能、自动落差修正功能、超差报警功能等。
 
　　但是，所有这些功能，都是以重量为依据的。其中最主要的就是卸料完毕后的空秤值和加料完毕后的满秤值。在动态条件下，准确测量两点的值是比较困难的。传统的作法是每次加料前检测零点值，加料结束后检测满秤值，然后依此作为自动控制的依据。然而定量包装秤是一个动态工作过程，重量数据由动态转变到静态(相对而言)需要一个稳定时间，如果每次都检测静态重量，则势必延长工作周期，降低工作效率。这又是一个保证准确度与提高速度的矛盾。
 
　　分组检测就是应用数学统计原理及误差分析理论，对称重数据进行抽检。从而解决保证准确度与提高速度的矛盾。
 
　　定量包装的误差由系统误差及随机误差两部分组成。总误差为两部分各自绝对值之和。系统误差的方向常表现为固定的，而随机误差分布具有单峰、对称、有界、抵偿性质。根据这一特性，应用数理统计原理，我们把整个包装秤的工作过程分为检测组和非检测组。检测组即抽样组，非检测组即为抽样组间隔。检测组和非检测组是相邻的。在检测组中记录秤体稳定时的满秤值和空秤值。然后把这一组数据的代数平均值，作为自动控制依据，控制下一相邻非检测组及下一检测组的控制过程。适当选取检测组及非检测组的个数，就可以控制抽样的样本数及采样间隔。
 
　　采用这样的方法，可以减小随机测量误差的影响，而在非检测组中由于不需记录称重数据，所以不必等待秤体稳定，从而节省时间，提高效率。
 
　　将这两种方法应用于深圳杰曼科技有限公司生产的GM8804C型称重控制器，并将之应用于DL—101型小量程定量包装机上，作比较试验。以500g大米的定量为例，准确度等级保持在02级，禁止比较判别时间定为05秒，检测组定为5次，非检测组定为45次，即每50次抽检5次。试验数据如下表所示。
 
　　　      试验数据　　　　　单位：秒
 
　　　　应用禁止比较判别和分组检测方法后，每个定量周期平均缩短21秒，定量速率由每分钟76次提高到每分钟103次，提高工作效率30％以上。
 
提高定量包装秤的准确度与速度，一直是人们追求的目标。应用禁止比较判别和分组检测的方法，能够在保证定量准确度的前提下，显著提高包装速度，然而自动定量包装机是机、电、仪一体化的自动控制系统，传感器、机械结构(包括给料机构、秤斗安装结构、卸料机构)以及驱动元件等对于定量准确度与速度都有着很大的影响。本文仅从称重控制器的自动控制角度做了一些探讨。