專利名稱：自動稱重式流態(tài)物料計量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計量儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動稱重式流態(tài)物料計量儀。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的混凝土攪拌站，流態(tài)物料的稱重都是靠皮帶秤。隨著混凝土攪拌技術(shù)和攪拌機械 的技術(shù)不斷改善和更新，皮帶秤的占用空間大、測量精度低消耗能力大等諸多問題都無法得 到圓滿的解決。這就意味著它己經(jīng)對混凝土攪拌站的高速、高效生產(chǎn)和質(zhì)量控制等方面是完 全不適應(yīng)。如果不采用更先進的在線檢測流量計就很難保證生產(chǎn)效率和計量準確性。傳統(tǒng)的 統(tǒng)一檢驗重量的方式已不適應(yīng)現(xiàn)代混凝土攪拌站的要求，對沙石物料流量的在線檢測是必然 的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有的大部分混凝土攪拌站在混凝土攪拌過程一般是根據(jù)需要的混凝土規(guī)格選擇適量的 沙石。然后根據(jù)所需物料的用量，選擇好大小合適的料倉。使用斗式提升機將物料運送到料 倉中。再由傳動帶將所需的物料送入攪拌設(shè)備。在物料送入傳輸帶的時候就可以使用皮帶秤 技術(shù)將物料的重量稱量出來。在整個稱量過程中對其含水情況估計非常有限。極易造成含水 量超標或不夠的狀況，對混凝土質(zhì)量造成不良的影響。在對沙石等固體物料統(tǒng)計流量時，沙石物料以一定速度通過流量檢測平臺，不僅沙石物 料對平臺的作用時間很短(在幾百毫秒以內(nèi))，而且作用在平臺上的力除產(chǎn)品自身重量外，還 有許多因素產(chǎn)生的干擾，如工頻干擾，產(chǎn)品自身的諧振等。所以說沙石物料的真實信息被 淹沒在各種干擾中，給沙石物料流量的高精度檢測造成很大困難。因此，為了達到快速、連 續(xù)、準確檢測的結(jié)果，就必須對稱重傳感器、信號處理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成的沙石物料檢 測系統(tǒng)進行正確的描述和分析。在外界隨機不確定的干擾作用下如何準確檢測沙石物料的流 量，就成了沙石物料流量計的難點和關(guān)鍵。在使用料倉時就存在如下問題，首先現(xiàn)在大多數(shù)的混凝土攪拌站在使用大容量料倉的時 候，需要斗式提升機將物料提升到很高的高度。這無形中增加了用電成本。其次，料倉的容量都是固定的。、如果真正需要到非標志的大容量的料倉的時候就需要現(xiàn) 定做或在原有大容量料倉的基礎(chǔ)上進行改造。這些做法都會耗費掉大量寶貴的生產(chǎn)時間和生 產(chǎn)成本。這與我們高效率低成本的生產(chǎn)宗旨相違背。對混凝土攪拌站來說生產(chǎn)符合標號的混凝土是企業(yè)生存的重中之重，在目前情況下由于沙石的儲備方法，造成了沙石中整體含有一定量水。并且沙石中所含有的水的比例難以測量。 傳統(tǒng)的接觸式測量沙石含水又存在各種各樣的缺點，這給混凝土攪拌過程中的添加水的多少 造成了很大的困難。并且添加水的多少直接影響到最后生產(chǎn)的混凝土的質(zhì)量。含水量標準的待攪拌沙石在一定時間內(nèi)通過料倉出口的質(zhì)量是一定的。如果含水量偏高 或者偏低，那么在這固定的時間段內(nèi)所稱出的重量就和標準的重量不同。通過此點可以判斷 出在后續(xù)的攪拌過程中需要添加水的多少。這無形中給混凝土攪拌站帶來了很大的便利，大 大的提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率和攪拌的混凝土的質(zhì)量。由于混凝土攪拌所需要的物料一般都是沙子或石頭，這些東西的硬度非常的好，所以呆 攪拌沙石非常容易在料倉出口處造成擁塞甚至卡住。由于監(jiān)管人員失察經(jīng)常出現(xiàn)攪拌過程中 沙石的缺少而導(dǎo)致混凝土質(zhì)量下降。為了解決這一問題，不得不指派專門的監(jiān)管料倉出口的 人員觀察料倉出口的工作情況。這給企業(yè)的生產(chǎn)帶來了很大的不便。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決上述問題，特別設(shè)計了自動稱重式流態(tài)物料計量儀，它包括物料流槽、稱 重傳感器和物料流量控制器。物料流槽設(shè)在料倉的出口處，該物料流槽由兩個半圓形槽體上、 下連接而成，上面的槽體與地面成60-80度角，下面的槽體與地面成40-50度角，在兩個槽 體背面分別裝有一個稱重傳感器。兩個稱重傳感器并聯(lián)在一起，與物料流量控制器連接。物 料流量控制器由放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)、串口通信，顯示與鍵盤接口等 幾個部分組成。其連接關(guān)系是放大器的輸入端接傳感器，放大器的輸出端接濾波器，濾波器 與A/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn)換器通過光電隔離電路與單片機相連，顯示與鍵盤接口及串口通 信電路分別與單片機相連，單片機中嵌入了流態(tài)物料計量軟件。使用本發(fā)明自動稱重式流態(tài)物料計量儀時，由于物料流槽與地面成一定的角度和物料自 身的重量，所以物料從料倉流下時會對物料流槽造成一定的壓力。這樣就可以使用稱重傳感 器得到這個壓力相應(yīng)的電壓信號。物料流量控制器會實時地采集稱重傳感器的電壓信號。這 個信號經(jīng)過放大器放大并且經(jīng)過低通濾波器產(chǎn)生出平穩(wěn)的信號輸入A/D變換器。A/D變換器 把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量光電隔離后送給單片機，單片機根據(jù)預(yù)先編制好的程 序?qū)Σ蓸舆M來的數(shù)據(jù)進行處理，并把處理結(jié)果送顯示。同時用戶可以使用鍵盤對整個儀表進 行操作。單片機還可以應(yīng)用串行通訊電路和上位機進行交換數(shù)據(jù)。該電壓信號經(jīng)過后期的處 理可以計算出所流出物料的重量。物料流量控制器再根據(jù)計算結(jié)果和事先設(shè)定好的所需物料 重量來控制料倉出口的開啟和關(guān)閉。這樣就形成了一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，以此來完成實時地 對物料流量的控制和監(jiān)控。自動稱重式物料流量計的稱量原理如下首先物料流過物料流槽并對物料流槽下的兩只 傳感器產(chǎn)生壓力信號，壓力信號經(jīng)過放大后并經(jīng)過A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給單片機， 單片機對所采集的信號進行計算，計算方法基本上采用模擬積分法和累加法兩種方式工作的。時間t內(nèi)累積流量G該是瞬時流量以Q(t)積分值，即:<formula>formula see original document page 5</formula>式中G為0 t時間間隔內(nèi)的總輸送量，單位為kg; Q為瞬時輸送量，單位為kg/h;累積法是把皮帶稱量段不均勻分布的物料重量劃分成許多小段，每小段的微小重量為Ni (即Nu N2……)，再把各分量從累加起來，得出這段時間內(nèi)累計量G，即:<formula>formula see original document page 5</formula>式中:K為修正系數(shù)，模擬轉(zhuǎn)換稱量值的釆樣信號與采樣時間內(nèi)稱量段通過的物料量； Ni為物料在一段單位長度時間內(nèi)的重量。由于累加法的計算準確度遠比模擬積分法的準確度高，所以應(yīng)用了微機技術(shù)的累積儀表 均采用累加法方式工作。本發(fā)明的自動稱重式流態(tài)物料計量儀可以廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的工業(yè)配料等工業(yè)現(xiàn)場，它 可以起到減員增效、節(jié)支創(chuàng)收、減少誤差、縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料 的消耗的作用，還可以提高管理、提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度，以及加強企業(yè)管理、改 善經(jīng)營等多方面的作用，從而大大提高了生產(chǎn)的自動化程度。


圖1為本發(fā)明的物料流槽結(jié)構(gòu)示意圖，其中l(wèi).上流槽傳感器，2.下流槽傳感器，3.下流槽， 4.上流槽圖2為本發(fā)明為物料流量控制器系統(tǒng)連接圖 圖3為本發(fā)明的物料流量控制器電路原理4為本發(fā)明的物料流量控制器放大轉(zhuǎn)換模塊、A/D變換器連接示意圖 圖5為本發(fā)明的顯示和鍵盤的電路原理6為本發(fā)明的物料流量控制器的通訊電路與單片機的連接示意圖 圖7為本發(fā)明的物料流量控制器軟件流程圖 圖8為本發(fā)明的平均算法軟件流程9為本發(fā)明的物料流量控制器A/D采樣計量程序流程IO為本發(fā)明的物料流量控制器單片機的接口時序11為本發(fā)明的單片機驅(qū)動ADS7816的子程序12為本發(fā)明采用的數(shù)字電源原理13為本發(fā)明采用的模擬電源原理14為本發(fā)明的物料流量控制器濾波器電路原理15為本發(fā)明的菜單程序流程16為本發(fā)明的串口發(fā)送服務(wù)程序17為本發(fā)明的初始化程序18為本發(fā)明的標定零點AD值程序流程19為本發(fā)明的標定流量流程20為本發(fā)明的AD620內(nèi)部框21為本發(fā)明實施例的物料流量控制器A/D變換器的參考電壓電路圖 圖22為本發(fā)明的A/D變換器和單片機連接圖具體實施方式
本發(fā)明的自動稱重式流態(tài)物料計量儀，由物料流槽、稱重傳感器和物料流量控制器組成。 物料流槽如圖l所示由兩個半圓形槽體上、下連接而成，上面的槽體與地面成60-80度角， 下面的槽體與地面成40-50度角，在兩個槽體背面分別裝有一個稱重傳感器。采用YZC-328S 稱重傳感器，量程為50KG，精度為1. 9995mV/V。兩個稱重傳感器并聯(lián)在一起，與物料流量控 制器連接。物料流量控制器由放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊(如圖4)、單片機系統(tǒng)、串口通 信，顯示與鍵盤接口 (如圖5)等幾個部分組成。本實施例采用由Analog Devices公司開發(fā) 的AD620儀用放大器構(gòu)成力值傳感器輸出信號的前置放大單元。稱重傳感器受壓力后產(chǎn)生和 所受壓力成正比的差模輸出信號接入放大器AD620的2、 3腳，經(jīng)過放大后從AD620的5/6 腳輸出，經(jīng)過放大后的信號接入低通濾波器電路ui，產(chǎn)生出平穩(wěn)的輸出信號從uo輸出，濾 波器電路如圖14所示，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS7816是Burr Brown公司生產(chǎn)12位串行A/D轉(zhuǎn) 換器，其轉(zhuǎn)換速度可達到200Kbps，它和單片機采用SPI接口。經(jīng)過濾波的信號接入A/D變 換器的2、 3腳，A/D變換器把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量通過光電隔離后從5、 6、 7腳送給單片機。單片機采用宏晶公司80C51單片機家族的衍生品STC89C58，其兼容標準51 指令集、內(nèi)部集成了 32K的Flash程序存儲器、1K的RAM數(shù)據(jù)存儲器(如圖6)。單片機從1、 2、 3腳串行接入信號后根據(jù)預(yù)先編制好的程序?qū)Σ蓸舆M來的數(shù)據(jù)進行處理和運算，并把處理和運算的結(jié)果送給控制系統(tǒng)進行控制。同時用戶可以使用鍵盤對整個儀表進行操作。單片機 利Rxd和Txd腳用串行通訊電路和上位機進行交換數(shù)據(jù)。本實施例使用的A/D轉(zhuǎn)換器ADS7816是串行接口的，所以說單片機在編寫其驅(qū)動程序的 時候就要特別注意ADS7816和單片機的接口時序，接口時序如圖10。按照圖IO所示的時序 圖，單片機驅(qū)動ADS78i6的子程序如圖11所示。單片機對于接出來的數(shù)據(jù)信號進行處理采用算術(shù)平均算法，即對稱重傳感器輸出信號進 行多次快速數(shù)據(jù)采集，然后取算術(shù)平均值作為測試結(jié)果，以濾除隨機誤差。單片機在稱重時 間段內(nèi)通過A/D轉(zhuǎn)換器對結(jié)構(gòu)源的輸出信號進行快速采集，并將采集的數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均。 對經(jīng)過濾波后的結(jié)構(gòu)源輸出信號進行算術(shù)平均濾波得到的結(jié)果可以認為是測試的產(chǎn)品的真實 重量。其流程如圖8所示，其中sum為累計結(jié)果；addat為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果；j為計量次數(shù)。系統(tǒng)的供電采用的模擬電源如圖12，交流電經(jīng)過變壓器降壓到12V，整流濾波后得到 輸出VCC1、 VCC2和VEE2，為系統(tǒng)的模擬部分供電為模擬電源，其中VCC1為+5V， VCC2為+9V， VEE2為-9V。采用的數(shù)字電源如圖13，交流電經(jīng)過變壓器降壓到9V，整流濾波后得到輸出 VCO+5V， VCC為系統(tǒng)的數(shù)字部分供電為數(shù)字電源。
權(quán)利要求
1、一種自動稱重式流態(tài)物料計量儀，它包括物料流槽、稱重傳感器和物料流量控制器，其特征在于物料流槽設(shè)在料倉的出口處，該流槽由兩個半圓形槽體上、下連接而成，上面的槽體與地面成60-80度角，下面的槽體與地面成40-50度角，在兩個槽體背面分別裝有一個稱重傳感器，兩個稱重傳感器并聯(lián)與物料流量控制器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動稱重式流態(tài)物料計量儀，其特征在于所述物料流量控制器包括 放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、.單片機系統(tǒng)、串口通信，顯示與鍵盤接口，其連接關(guān)系是 放大器的輸入端接傳感器，放大器的輸出端接濾波器，濾波器與A/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn) 換器通過光電隔離電路與單片機相連，顯示與鍵盤接口及串口通信電路分別與單片機相 連，單片機中嵌入了流態(tài)物料計量軟件。
全文摘要
一種自動稱重式流態(tài)物料計量儀，它包括物料流槽、稱重傳感器和物料流量控制器，其特征是物料流槽設(shè)在料倉的出口處，該流槽由兩個半圓形槽體上、下連接而成，上面的槽體與地面成60-80度角，下面的槽體與地面成40-50度角，在兩個槽體背面分別裝有一個稱重傳感器，兩個稱重傳感器并聯(lián)與物料流量控制器連接。本發(fā)明的自動稱重式流態(tài)物料計量儀可以廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的工業(yè)配料等工業(yè)現(xiàn)場，它可以起到減員增效、節(jié)支創(chuàng)收、減少誤差、縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗的作用，還可以提高管理、提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度，以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用，大大提高了生產(chǎn)的自動化程度。
文檔編號G01G17/06GK101275866SQ20081001132
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者許世偉 申請人:沈陽天成自動化工程有限公司