基于沖板式流量計(jì)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 李興五 張 欣

計(jì)量的精度在一定程度上反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。沖板式流量計(jì)作為計(jì)量家族的重要成員，但是沖板式流量計(jì)目前存在精度不高，自動(dòng)化程度低等卻缺點(diǎn)。本文通過數(shù)學(xué)計(jì)算推出在刮板機(jī)正常工作范圍內(nèi)，物料的質(zhì)量與角度成正比，并且在測(cè)試中精度較高，自動(dòng)化程度高。

流量的監(jiān)測(cè)和控制在保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全、提高企業(yè)產(chǎn)能、節(jié)約成產(chǎn)成本、保障產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著至關(guān)重要的作用（廖常初.S7-200 SMART PLC編程及應(yīng)用(第二版)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2015）。沖板式流量計(jì)是一種用于動(dòng)態(tài)檢測(cè)連續(xù)流動(dòng)的固體顆?；蚍垠w物料的流量檢測(cè)設(shè)備（蔡旭明.基于全自動(dòng)包裝機(jī)PLC的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2012(7):31-34）。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)計(jì)量越來越追求更高的精度。我們反觀傳統(tǒng)沖板式流量計(jì)，為了使之性能方面越來越優(yōu)越、在陌生環(huán)境中的適應(yīng)能力更強(qiáng)、智能化程度更高，并且操作簡(jiǎn)單，易于學(xué)習(xí)和上手，我們則必須增強(qiáng)其性能（范正田,徐罕.沖量式固體流量計(jì)原理及應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表,1996(4):47-50）。刮板機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，如煤礦工業(yè)中對(duì)輸送煤粉的流量計(jì)量，家用天然氣管道的用戶計(jì)量，食品工業(yè)中食用油、食鹽、面粉等質(zhì)量流量動(dòng)態(tài)計(jì)量，污染行業(yè)中對(duì)排放廢液流量的計(jì)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)輸送谷物流量的計(jì)量等。因此研制一種新型的沖板式流量計(jì)具有十分重大的意義。

1 整體設(shè)計(jì)思路

1.1 總體思路

本課題主要研究?jī)?nèi)容是通過角位移傳感器提取沖板的角度信號(hào)，通過PLC把測(cè)量監(jiān)測(cè)物料沖擊沖板形成的一個(gè)角度換算得到與其成線性關(guān)系的瞬時(shí)流量，然后由瞬時(shí)流量計(jì)算出累計(jì)流量。整個(gè)系統(tǒng)流程圖如圖1所示：

圖1 沖板式流量計(jì)原理框圖

1.2 核心問題-流量與電流對(duì)應(yīng)

測(cè)定連續(xù)物料流量的本質(zhì)反映是物料的質(zhì)量，物體在下落過程中由于重力給沖板推力產(chǎn)生角度。

由于物料在下落過程中加速度α非常小，可忽略不計(jì)故推力F推與質(zhì)量m成正比。

圖2 沖板受力分析圖

2 算法分析

2.1 標(biāo)定程序

不同物料之間由于密度等的因素影響，測(cè)定的流量是不同的，而相同物料由于前級(jí)輸送的速度不同對(duì)流量測(cè)定也不相同，因此標(biāo)定就顯得尤為重要。

本課題標(biāo)定以0.5噸面粉為例，記錄面粉輸送完成后的秒數(shù)。程序框圖如圖3所示：

圖3 標(biāo)定程序框圖

本文所用控制硬件西門子S7-200 SMART AD精度0～27648，上程序框圖得到的標(biāo)尺為1°對(duì)應(yīng)的模擬量值。

標(biāo)定目的是1°所對(duì)應(yīng)的流量值，即標(biāo)尺2。

2.2 總體程序

本文所述沖板式流量計(jì)基本功能：

圖4 工作基本程序框圖

圖5 測(cè)試畫面

（1）通過角位移傳感器提取沖板的角度信號(hào)，采用角位移信號(hào)讀取沖板的角度，通過角度信號(hào)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的沖板流量的上下限標(biāo)定；

（2）由角度信號(hào)計(jì)算沖板式流量計(jì)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，通過標(biāo)定的上下限，根據(jù)沖板瞬時(shí)角度計(jì)算當(dāng)前流量，由沖板的瞬時(shí)流量，計(jì)算累計(jì)流量；

（3）累計(jì)流量清零、累計(jì)流量掉電保存；（4）工作基本程序框圖如圖4所示。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

本文以0.5噸面粉作為標(biāo)定測(cè)試畫面如圖5所示。

上界面顯示：t=0.5噸，h=301/3600=0.0836111111小時(shí)。

瞬時(shí)流量：Q=0.5/0.0836111111=5.980066445977噸/小時(shí)

4 結(jié)語(yǔ)

基于對(duì)沖板式流量計(jì)的研究得出一下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）本文對(duì)物料的瞬時(shí)料量、累計(jì)料量計(jì)算精度較高。

（2）因?yàn)橐觅|(zhì)量與角度的線性關(guān)系不適用于角度變換超過5°的系統(tǒng)。作者簡(jiǎn)介：李興五（1997—），男，河北石家莊人，大學(xué)本科，研究方向：電子信息。