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自动校秤功能秤斗三维设计【料斗秤设计】【优秀称重机械全套课程毕业设计含SW三维建模及13张CAD图纸】

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上激振圈.DWG

下激振圈.DWG

夹持阀DN450.DWG

底板组件.DWG

推杆1.DWG

推杆2.DWG

料斗秤.DWG

校秤装置.dwg

横撑.DWG

气缸支座.DWG

砝码托盘.DWG

立柱.DWG

阀体框架.DWG

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关键词：: 自动功能称三维设计料斗机械设计称重机械毕业设计三维建模自动校秤功能秤斗三维设计【料斗秤设计】

资源描述：

称重机械的设计

料斗秤的设计

颗粒物料定量灌装称重机械的设计

自动校秤功能秤斗三维设计【料斗秤设计】【优秀称重机械全套课程毕业设计含SW三维建模及13张CAD图纸】

【42页@正文20300字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

010115110J003 料斗秤.DWG

020115040000219 夹持阀DN450.DWG

020115040000220 阀体框架.DWG

020115040000221 推杆1.DWG

020115040000222 推杆2.DWG

020115040000226 下激振圈.DWG

020115040000229 校秤装置.DWG

020115040000230 气缸支座.DWG

020115040000231 砝码托盘.DWG

02011504000024 上激振圈.DWG

020115050000230 立柱.DWG

020115050000231 横撑.DWG

020115080000053 底板组件.DWG

SW三维建模

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摘要

称重是指预定的比例，在衡器测量几个已知的物质。用途非常广泛，可用于各种配料计量，也可用于材料测量（料斗秤）。在包装封口机的情况下，它是一种定量包装秤..

具体设计是送料过程分为两个阶段，并为推动原油进料阀和较小的进给阀打开和关闭气动系统，通过两喂养确保称量精度和速度，实现脉冲修正功能，提高定量灌装精度。具有良好的人机界面，该系统可以应用于不同的颗粒物料的定量灌装。同时通过相关电气图设计，元器件选型，PLC控制设计和控制系统程序的编写，达到自动称量和定量给料和自动控制的目的，完成设计任务。可用于化工，医药，饲料，水稻，在松散颗粒状物料连续定量灌装食品加工等行业。

关键词：颗粒物料；定量灌装；自动控制；可编程控制器，自动校秤

ABSTRACT

With the rapid development of social economic and technology, the demand for equipment of quantitative granular materials weighing and packaging is growing，and strictting with the required speed and precision of material packaging. According to the requests of realities in production, an automatic control system of quantitative weighing and packaging is studied on. And the better proposal is proposed to improve the speed of packaging and the precision of weighing. Using the AD-4401 weighing instrument to weigh and display the value of material weighing, and according to the output signal of weighting cell, that accomplish materials quantitative weighing. Using PLC to control the sequence of filling movement, and to match relevant execute driver device in the design, that realize the electric control of the feeding for granular material、the quantitative weighing and semi-automatic packaging, and so on.

Design proposal of specifics is divided materiel feeling process into two stage, with pneumatic system to drive big feed valve and small feed valve. By twice feeding to guarantee the speed and precision of weighing, and to achieve the function of overshoot correction, that improve the precision of quantitative packaging. And having good human machine interface, that make the system to apply to different of granular material quantitative packaging. In addition, by the design of correlative electric drawing、the selection for component、the design of overall control by PLC, and compile program for control system，the system can realize the functions of automatic weighting、quantitative feeding in process for automatic control, and complete the design task. It can be used in industries of chemical industry, medicine, making rice, feed, and food processing in the state of loose granular materials for quantitative packaging.

Key words：granular materials；quantitative packaging；automatic control；program logic

1 绪论1

1.1 称重机械的发展现状及现实意义1

1.2 颗粒物料定量灌装控制系统的研究意义1

1.3 称重机械的设计任务2

1.3.1 称重机械的发展方向2

1.3.2 称重机械设计存在的问题2

1.4 颗粒物料定量灌装控制系统的设计任务3

1.4.1 主要构思3

1.4.2 主要工作任务及技术参数3

2 总体方案设计4

2.1 料斗秤的工作原理及特点4

2.1.1 料斗秤的工作原理4

2.1.2 料斗秤的特点4

2.2 料斗秤的控制系统构成5

2.3 总体方案设计5

2.3.1 控制系统方案设计5

2.3.2 控制电路图设计6

2.3.3 PLC整体控制设计6

3 电气控制系统设计8

3.1 元器件的选型8

3.1.1 称重仪表的选型8

3.1.2 传感器的选型9

3.1.3 气缸的选型15

3.1.4 电磁阀的选型22

3.2 控制系统电气图设计23

3.2.1 电气原理图的设计23

3.2.2 控制关系图的设计24

3.3 整体控制系统工作原理25

3.3.1 系统控制对象及信号25

3.3.2 电气控制原理26

3.3.3 根据控制原理画出系统工作流程图27

3.3.4 控制时序图27

3.4 PLC设计29

3.4.1 I/O点分配、PLC选型及外部接线图29

3.4.2 编写PLC控制程序32

结论34

参考文献35

附录：英文文献及翻译36

致谢39

1 绪论

1.1 称重机械的发展现状及现实意义

现代包装技术日益向着高度机械化和自动化方向发展，最初，在包装领域中的第一代重机械中的应用——dubbedgen1，结构简单，是纯粹的机械。由电机转动电机轴驱动，并通过凸轮生成器。可编程逻辑控制器（PLC）控制系统简单，且操作人员直接控制机器。在大多数情况下，没有人机交互技术（HMI）。然后是第二代称重机。该技术是在十年前出世，重机械仍采用传动轴驱动，但结构较复杂，因为由伺服电机来控制速度，所以你可以发送命令到特殊的作用，但也使用更复杂的可编程逻辑控制器PLC。称重机的第二代可以更好，但这需要付出更高的成本优势。这些费用包括多线布局，更多的PLC可编程逻辑控制器的输入/输出（I/O）设备。该设备是巨大的和复杂的，更多的传感器和程序控制，甚至更多的外围设备，也为处理故障的难度也更大。

近年来国内称重机械从技术方面，设计和制造业发展较快，从早期从国外引进先进技术和设备，在消化、吸收的基础上，设计生产出更先进的电子称重各类包装机微电脑控制，基本满足国内行业粉状物料的产品包装的需求。

但它也是非常及时和必要的经济实用的粒状物料称重式包装机的发展。随着社会经济和科技的快速发展，产品的定量精度更为严格，产品规格多样，材料的数量和灌装设备的增加..相比之下，对农产品的机械衡器的发展略有不足，包装速度和精度是影响其发展的主要原因。本课题根据结合粮食生产实际情况的要求，颗粒物料的自动定量灌装控制系统的开发，提出改进方案，对如何提高灌装速度和称重精度。

参考文献

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010115110J003 料斗秤.gif

02011504000024 上激振圈.gif

020115040000219 夹持阀DN450.gif

020115040000220 阀体框架.gif

020115040000221 推杆1.gif

020115040000222 推杆2.gif

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020115040000230 气缸支座.gif

020115040000231 砝码托盘.gif

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020115080000053 底板组件.gif

校秤装置.gif

内容简介：: 专业：班级学号：学生姓名：指导教师： nts 摘要称重是指预定的比例，在衡器测量几个已知的物质。用途非常广泛，可用于各种配料计量，也可用于材料测量（料斗秤）。在包装封口机的情况下，它是一种定量包装秤 . 具体设计是送料过程分为两个阶段，并为推动原油进料阀和较小的进给阀打开和关闭气动系统，通过两喂养确保称量精度和速度，实现脉冲修正功能，提高定量灌装精度。具有良好的人机界面，该系统可以应用于不同的颗粒物料的定量灌装。同时通过相关电气图设计，元器件选型， PLC 控制设计和控制系统程序的编写，达到自动称量和定量给料和自动控制的目的，完成设计任务。可用于化工，医药，饲料，水稻，在松散颗粒状物料连续定量灌装食品加工等行业。关键词：颗粒物料；定量灌装；自动控制；可编程控制器，自动校秤 nts ABSTRACT With the rapid development of social economic and technology, the demand for equipment of quantitative granular materials weighing and packaging is growing， and strictting with the required speed and precision of material packaging. According to the requests of realities in production, an automatic control system of quantitative weighing and packaging is studied on. And the better proposal is proposed to improve the speed of packaging and the precision of weighing. Using the AD-4401 weighing instrument to weigh and display the value of material weighing, and according to the output signal of weighting cell, that accomplish materials quantitative weighing. Using PLC to control the sequence of filling movement, and to match relevant execute driver device in the design, that realize the electric control of the feeding for granular material、 the quantitative weighing and semi-automatic packaging, and so on. Design proposal of specifics is divided materiel feeling process into two stage, with pneumatic system to drive big feed valve and small feed valve. By twice feeding to guarantee the speed and precision of weighing, and to achieve the function of overshoot correction, that improve the precision of quantitative packaging. And having good human machine interface, that make the system to apply to different of granular material quantitative packaging. In addition, by the design of correlative electric drawing、 the selection for component、 the design of overall control by PLC, and compile program for control system， the system can realize the functions of automatic weighting、 quantitative feeding in process for automatic control, and complete the design task. It can be used in industries of chemical industry, medicine, making rice, feed, and food processing in the state of loose granular materials for quantitative packaging. Key words： granular materials； quantitative packaging； automatic control； program logic nts I 目录 1 绪论 . 1 1.1 称重机械的发展现状及现实意义 . 1 1.2 颗粒物料定量灌装控制系统的研究意义 . 1 1.3 称重机械的设计任务 . 2 1.3.1 称重机械的发展方向 . 2 1.3.2 称重机械设计存在的问题 . 3 1.4 颗粒物料定量灌装控制系统的设计任务 . 3 1.4.1 主要构思 . 3 1.4.2 主要工作任务及技术参数 . 3 2 总体方案设计 . 5 2.1 料斗秤的工作原理及特点 . 5 2.1.1 料斗秤的工作原理 . 5 2.1.2 料斗秤的特点 . 5 2.2 料斗秤的控制系统构成 . 6 2.3 总体方案设计 . 6 2.3.1 控制系统方案设计 . 6 2.3.2 控制电路图设计 . 7 2.3.3 PLC 整体控制设计 . 7 3 电气控制系统设计 . 9 3.1 元器件的选型 . 9 3.1.1 称重仪表的选型 . 9 3.1.2 传感器的选型 . 10 3.1.3 气缸的选型 . 16 3.1.4 电磁阀的选型 . 23 3.2 控制系统电气图设计 . 24 3.2.1 电气原理图的设计 . 24 3.2.2 控制关系图的设计 . 25 3.3 整体控制系统工作原理 . 26 3.3.1 系统控制对象及信号 . 26 3.3.2 电气控制原理 . 27 3.3.3 根据控制原理画出系统工作流程图 . 28 nts II 3.3.4 控制时序图 . 28 3.4 PLC 设计 . 30 3.4.1 I/O 点分配、 PLC 选型及外部接线图 . 30 3.4.2 编写 PLC 控制程序 . 33 结论 . 35 参考文献 . 36 附录：英文文献及翻译 . 错误 !未定义书签。致谢 . 错误 !未定义书签。 nts 1 1 绪论 1.1 称重机械的发展现状及现实意义现代包装技术日益向着高度机械化和自动化方向发展，最初，在包装领域中的第一代重机械中的应用 dubbedgen1，结构简单，是纯粹的机械。由电机转动电机轴驱动，并通过凸轮生成器。可编程逻辑控制器（ PLC）控制系统简单，且操作人员直接控制机器。在大多数情况下，没有人机交互技术（ HMI）。然后是第二代称重机。该技术是在十年前出世，重机械仍采用传动轴驱动，但结构较复杂，因为由伺服电机来控制速度，所以你可以发送命令到特殊的作用，但也使用更复杂的可编程逻辑控制器 PLC。称重机的第二代可以更好，但这需要付出更高的成本优势。这些费用包括多线布局，更多的 PLC可编程逻辑控制器的输入 /输出（ I/O）设备。该设备是巨大的和复杂的，更多的传感器和程序控制，甚至更多的外围设备，也为处理故障的难度也更大。近年来国内称重机械从技术方面，设计和制造业发展较快，从早期从国外引进先进技术和设备，在消化、吸收的基础上，设计生产出更先进的电子称重各类包装机微电脑控制，基本满足国内行业粉状物料的产品包装的需求。但它也是非常及时和必要的经济实用的粒状物料称重式包装机的发展。随着社会经济和科技的快速发展，产品的定量精度更为严格，产品规格多样，材料的数量和灌装设备的增加 .相比之下，对农产品的机械衡器的发展略有不足，包装速度和精度是影响其发展的主要原因。本课题根据结合粮食生产实际情况的要求，颗粒物料的自动定量灌装控制系统的开发，提出改进方案，对如何提高灌装速度和称重精度。 1.2 颗粒物料定量灌装控制系统的研究意义随着市场经济的完善和发展，商品流通的深度和广度进一步扩大，并在国民经济中的作用和包装产业的地位越来越高。商品的包装是一个新兴的产业，并逐步在繁荣的商品经济的新形式的发展，市场竞争越来越激烈了。在商品流通中，粉末颗粒袋人的要求，商品包装主要有两方面，一个是美丽的包装要求，为了吸引客户，以确保在包装袋的货物流通并没有出现任何形式的损坏。二是商品包装袋准确测量的要求，小的误差（测量误差的包装行业标准要求小于 5%），为了保障商品生产者的信誉，形象。因此，对商品包装的精确测量，是包装行业一直关注的一个重要问题。的电子衡器称重的设计，呈现出材料的重量值，并在称重传感器的输出信号nts 2 为判断依据，两结合完整的物料定量称重，同时利用 PLC来控制系统的动作序列填充，并在相关驱动程序的实现，以实现颗粒料，称重，半自动灌装部分的电气系统控制。设计了具体的设计，以及控制系统的电气原理图设计，元器件选型，PLC控制的总体设计和编写控制程序等，实现自动称重和定量的材料的工作过程的自动控制。在填充材料的过程中，自动夹袋和喂养，体重和松散的包处理和操作过程中，该产品具有结构简单，操作方便，灌浆速度快，精度高，工作稳定可靠，在松散颗粒物料连续定量灌装大米和其他谷物和化学制品业。 1.3 称重机械的设计任务 1.3.1 称重机械的发展方向从发达国家生产的称重机械水平来看，当代称重机械的发展动向具有以下几个特点： a.提高称重机械系列化、标准化和通用化水平，建立组合化、机电一体化的现代称重机械的结构体系仍是今后的一个重要的发展方向。称重机械发展到今天，其系列化、标准化和通用化水平不断提高。有些国家生产的包装机，通用件、标准件约占整机零部件的 70%，有的高达 90%，产品更新的速度很快。 b.称重机械日趋高速化、自动化和联合化。机械设备的高速化是实现社会高速发展的根本措施，是提高设备生产率的主要途径，故包装机的工作速度是衡量其性能优劣的重要指标。称重机械的高速化，随之对相应设备的联动化和自动化提出了更高的要求。 c.重视高新技术的应用，使称重机械的功能日趋先进可靠。而针对本课题而言 ,定量称量灌装式设备，其发展方向为，发展各种形式的称量灌装设备，着力提高灌装速度和精度以及稳定性和可靠性，并与自动包装设备配套。现代的称重机的发展趋势有以下几个特点为发达国家生产重机水平。： A.是对现代称重机械是机械结构组合结构体系的未来发展的一个重要发展方向，其标准化和通用化的水平。今天，称重设备，开发系列化，标准化的水平不断提高。有些国家生产的包装机，该机的通用标准件，标准件是 70%左右，有的高达 90%，产品更新快。 B.称重机械更加快速，自动组合。机械设备的高速是实现社会的高速发展的基本措施。它是提高设备生产效率的主要途径。因此，包装机的工作速度是衡量其性能的一个重要指标 .该称重机高速，随着联动相应设备的自动化，提出了更高的要求。 C.重视高新技术的应用，使称重机械功能日趋先进和可靠的。在本文中，定量称重灌装设备，是发展的方向，各种形式的称重灌装设备的发展，努力提高灌nts 3 装速度和精度以及稳定性和可靠性，并与自动包装设备。 1.3.2 称重机械设计存在的问题称重计量包装机由于称重机械动作复杂而频繁，执行元件比较多，若采用传统的继电器控制电路会导致设备的故障率高、动作不准确、包装质量不稳定、灌装精度低、停机维修时间多等弊病。因此，研制和发展包装机时，重视高新技术的应用，是提高其先进性、可靠性的主要途径。另外，跟国外称重机械设计水平相比，我国的包装机设计虽然品种繁多，但是其适应面窄，基本上只是针对单一品种单一定量的产品包装，面对品种繁多的商品自动化包装要求，跟不上包装形式，同时，由于其标准化、通用化水平低，其生产成本相对偏高。这些都是需要在以后的包装机设计中着力解决的。 1.4 颗粒物料定量灌装控制系统的设计任务 1.4.1 主要构思简单介绍：设计中采用称重仪表进行称重，显示物料的重量值，并以称重传感器的输出信号为判断依据，称重仪表和称重传感器配合完成物料的定量称重 ,同时用 PLC来控制系统灌装动作顺序，并配以相关的执行驱动器件，实现了颗粒物料喂料、定量称重、半自动灌装等环节的电气系统的控制。喂料系统、称重系统、夹袋排料系统由 PLC 控制喂料电磁阀、排料电磁阀和夹袋电磁阀的通断，从而利用气动系统驱动料斗阀门的打开与关闭和物料袋子的夹紧与松开。 1.4.2 主要工作任务及技术参数一、工作任务 a. 确定料斗秤电气控制的总体设计方案； b. 完成电气控制系统设计，绘制相关电气图； c. 完成元器件的选型； d. 编写 PLC 控制系统程序； e. 整理设计资料，撰写毕业设计说明准备答辩工作。二、料斗秤的主要技术参数灌装物料：松散态颗粒物料；灌装精度： 0.2%（动态）；灌装速度： 3 4 袋 /分钟，（灌装 10kg 和 5kg 的速度可达 4 8 袋 /分钟）实际灌装速度取决于供料速度及人工的操作速度；灌装重量： 5kg 10kg 可调和 10kg 25kg 可调； nts 4 温度湿度： 0 40 85%；电源： AC 220V 10% 50Hz；气源： P 0.6MPa Q 0.9m3/h；外形尺寸： 720 670 1980mm nts 5 2 总体方案设计 2.1 料斗秤的工作原理及特点 2.1.1 料斗秤的工作原理定量称重料斗秤工作原理在于，需要给定灌装规格，根据需要设定的称重值，将灌装重量值与设定称重值作比较，进行灌装。本系统以称重传感器的输出信号为判断依据，利用 PLC 实现对颗粒料斗秤的控制 ,实现物料的自动定量灌装。其基本工作过程分为夹袋 -喂料 -称重 -排料四个阶段。此类料斗秤适用于灌装流动性较好的颗粒状物料，如大米、小麦、尿素、玉米、饲料、白糖等，并且受外界环境影响小，灌装精度高，性能稳定。其工作原理框图如图 2-1 所示。图 2-1 工作原理框图 2.1.2 料斗秤的特点主体结构由供料装置、称重装置、夹袋装置、机架、数控主板和气压传动系统组成。供料装置采用了多次喂料的供料方式以保证灌装过程的稳定、准确。计量装置采用了日本 AD 公司的电子称重式计量装置，确保了灌装的高计量精度。具有高速 AD 转换和优异的数字抗干扰性能。灵活的功能选择和设置，可随时显示皮重、目标重量、累计袋数和累计重量等。操作简便。设备由按钮启动后即可投入自动喂料、称重、卸料操作，操作人员只需做袋套、按夹袋开关、封袋口三种操作。具有应急功能，可通过 “ 停止 ” 按钮使机器紧急停机。具有料位检测功能。当料位低于规定高度时，机器自动停止灌装；待料nts 6 位达到规定高度时，又自动恢复连续定量灌装。遇有特殊情况，具有 “ 手动排料 ” 功能。 2.2 料斗秤的控制系统构成本系统主要有主控单元、电子称重计量单元两大部分组成。主控单元是由PLC 及其相应的控制执行回路组成，主要实现了定量称重包装系统各个工序的自动控制功能。电子称重计量单元是由称重仪表和称重传感器及相应的测量构成，实现了颗粒物料的称重分包和单包装质量数字显示。 2.3 总体方案设计在物料灌装过程中，要自动完成夹袋、供料、称重和排料等加工操作，所以由图 2-1 所示，本设计产品的主体结构由供料装置、称重装置、夹袋装置、机架、气压传动系统组成，由 PLC 控制整个系统动作顺序。 2.3.1 控制系统方案设计（ 1）根据料斗秤的工作原理确定总体方案的设计，本设计从电气控制及机械结构方面都将称重过程分为两个阶段，即快喂料阶段和细喂料阶段。快喂料阶段保证称重的速度，细喂料阶段保证称重的精度。采用两次喂料的供料方式来保证灌装过程的稳定、准确。系统控制图如图 2-2 所示：图 2-2 系统控制图（ 2）设备主控面板上设置运行启动按钮、停止按钮、夹袋按钮和手动排料按钮，由启动按钮启动后即可投入自动喂料、称重、夹袋排料等加工操作过程，操作人员只需按夹袋按钮，如遇到该袋称重不准或其它原因的需要单独排料时，按 “ 手动排料 ” 按钮、停止按钮即可。（ 3）料斗秤的电气控制主要由 PLC来控制，在称量斗两端安装称重传感器，称重传感器输出信号给 PLC,PLC控制电磁阀的通断 ,粗喂料阀门和细喂料阀门由nts 7 电磁阀控制，通过气动系统在气缸作用下打开为排料，关闭为进料和称量。另外在供料斗上安装料位传感器，来检测料斗中物料的位置，即当料位低于规定高度时，机器自动停止灌装；待料位达到规定高度时，又自动恢复连续定量灌装。（ 4）称重装置采用日本 AD公司的电子称重式计量装置，具有设定、置零、去皮、净重 /毛重、输入、退出、紧急停止、置零清除、皮重清除、累计清除等显示功能，确保了灌装的高计量精度。按 “ 运行 ” 按钮键，称重仪表接收该运行信号后开始工作 ,PLC发出排料启动信号给称重仪表请求排料 ,称重仪表接收到信号后，发出排料信号，系统进行排料。称重仪表发出排料完成信号给 PLC,PLC接收到该信号后，系统发出松袋信号，同时发出下一袋称重运行信号给称重仪表，开始下一袋的自动称重过程。 PLC接到停止信号后，就中断程序的运行，发出停止运行指令给称重仪表，让称重仪表停止工作。总之，控制系统的设计具有良好的人机交互界面，通过按钮可选择几种生产线上常见的颗粒物料种类和灌装目标值 ,并通过修改程序实现其它品种的自动灌装。本系统通过称重仪表实现了称量结果的动态显示。 2.3.2 控制电路图设计给系统上电：两相 AC380V经过空气开关保护后、经变压器转化为 AC220V，给称重仪表、 PLC提供电源，同时 AC220V经过开关电源转换成 DC24V，为传感器、电磁阀等提供电源。 2.3.3 PLC 整体控制设计可编程逻辑控制器（ PLC）是应用范围极广的机电一体化产品，对工业自动化设备发展十分迅速，工作可靠，工作现场信号直接输入和输出连接，组合灵活，编程简单，安装简单，维护方便，运行速度快。在工厂自动化（ FA）和计算机集成制造系统（ CIMS），一个重要的位置。今天的 PLC 功能远远不能取代传统的继电器逻辑。在各行各业得到了广泛的应用， PLC 在小型 PLC控制几十个产品大型 PLC 千点和总线和网络能力越来越强，易与计算机控制系统的组成。 PLC 采用计算机技术，其控制逻辑存储在程序存储器中，要改变控制逻辑，只需改变程序，因而很容易改变或增加系统的功能。系统连接少，体积小，功耗低和 PLC 的所谓“软继电器”的实质是存储单元的状态，所以软继电器的触点数量是无限的，灵活性和可扩展性的 PLC 控制系统。与 PLC 采用集成电路作为定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调速范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，以及 PLC 具nts 8 有计数功能，和电气控制系统一般不有计数功能。此外， PLC 还具有自诊断功能，可以检测自身的故障，随时显示给操作者，并可以动态监视和控制程序的执行情况，为现场调试和维护方便。本设计采用的整个操作过程的袋式 PLC 控制系统进料称重放电动作序列。该设计包括 PLC 的选型， I/O 点分配表和外部接线，根据工作流的 PLC 梯形图，等等， nts 9 3 电气控制系统设计 3.1 元器件的选型 3.1.1 称重仪表的选型称重仪表一般由模拟电路和数字电路两部分组成。模拟电路包括电源、前置放大器、滤波器、 A D 转换等；数字电路包括主处理器、辅助处理器、各种存储器、键盘和显示器等。根据仪表的功能和灵敏度本设计可以采用日本著名厂商AND 公司最新推出的高性能称重仪表 AD-4401，它是当今世界上具有优良性能价格比的称重控制器。该表采用最新技术，它不仅汇聚了同类产品的优点，而且增加了许多重要功能，更加适合用户需要，广泛应用于定量包装秤、失重秤、流量秤及配料控制系统。其特点和规格参数如下：一、主要特点 1）每秒 100 次采样处理速度； 2） A/D 内码百万个，显示分辩 1/16000； 3）采用内码（外码）比较监控称重配料更准确； 4）自动落差控制、模糊控制补偿； 5）自动累积显示； 6）输入输出控制功能用户可编程定义； 7） 10 台 AD4401 通过 RS422/485 与上位机联网； 8）数字校准功能二、技术性能参数（ 1）模拟与 A/D 转换部分输入灵敏度 : 0.3 uv/d；最大输入范围 : 36mv；零点调整范围 : 0mv 20mv；传感器供桥电源 : 10VDC 5% 230MA；非线性度： 0.01%FS； A/D 分辨率： 1/1,000,000； A/D 采样次数： 100 次 /秒（ 2）数字部分主显示器： 7 段荧光管， 13mm 高，重量显示： 17 位；辅助显示器： 7 段荧光管， 7mm 高， 8 位显示；皮重、定量值、累计值、累计次数、设定值； nts 10 显示分辩率： 1/16000；最小分度： 1， 2， 5， 10， 20， 50；最大显示值： 999950；功能键：设定、置零、去皮、净重 /毛重、输入、退出、 F； F 用户定义键：紧急停止、置零清除、皮重清除、累计清除、打印、保持、启动；输出输入控制（ I/O）用户自定义各端子功能：输入： 14 种功能，选 6 位；输出： 16 种功能选 8 位；设定：键盘设定或设定器设定；设定内容：基本功能： 22 项；输出输入： 14+18 项；接口： 3 项（ 3）接口标准串行接口（电流环）；并行 BCD/out OP1；继电器输出 OP2；串行接口 RS 422/485 OP3；串行接口 RS 232C OP4；设定单元 OP5；模拟输出（ 4 20mA） OP7 （ 4）工作条件：电源： 200 240V 50/60HZ；工作温度： 5 40；存放温度： 15 +70 ；工作湿度：不大于 85%（无结霜）；外形尺寸： 144（ W） 72(H) 197(D)mm；安装尺寸： 138 68mm 3.1.2 传感器的选型称重传感器被称为电子衡器中的心脏部件，科学技术的飞速发展，由称重传感器制作的电子衡器也已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为工业控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、nts 11 生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器。目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。一、称重传感器的选择称重传感器是一种将质量信号转换为可测量的电信号的转换输出装置，是电子衡器中最重要的检测元件，只有称重传感器将秤体承受的重力准确地转换成电信号后，称重显示仪表才能正确地计算和显示重量值。 1要考虑称重传感器的实际工作环境工作环境对称重传感器造成的影响主要有以下几个方面： (1) 称重传感器是一种电子器件，在易燃、易爆环境下工作，一旦发生问题不仅会造成人身、没备伤害，也会彻底破坏电子衡器。因此，在易燃、易爆环境下工作的称重传感器必须有很好的防爆性能，必须选用专用的防爆传感器，其密封外罩不仅要考虑密闭性，还要考虑防爆强度。 (2) 高温会造成传感器外层防护材料熔化、内部焊点开焊、弹性体变形产生附加应力等，同时高温还会使传感器的输出信号产生温漂，造成称重信号的错误和不稳定。因此，在熔炼、铸造设备附近等高温环境下，必须选用耐高温传感器，并采用隔热、降温和温度补偿措施。 (3) 粉尘、潮湿及腐蚀性环境下，易造成传感器弹性体受损和内部短路。因此，应选用密闭性、抗腐蚀性能高的称重传感器，且防护等级应至少达 JIP67级。 2. 要考虑称重传感器的适用范围，正确选择传感器形式，称重传感器有多种分类： (1) 按工作原理分类：电阻应变式、电容式、压磁式、压电式等 ; (2) 按物理机构分类：悬臂梁式、桥式、柱式、板式、 S形式等 ; (3) 按弹性体材质分类：合金钢式、铝合金式等。 3称重传感器数量和量程的选择 (1) 传感器数量的选择传感器数量的选择需要根据电子衡器的用途、秤体结构、支撑点数 (支撑点数应根据秤体的物理结构、取心确定 )来决定。一般来说，秤体有几个支撑点就应选用几个传感器。但有些特殊的电子衡器 (如电子吊秤、机电结合电子秤 )，应根据秤体特殊结构确定使用传感器的数量。 (2) 传感器的量程选择传感器量程的选择是依据电子衡器的最大秤量、选用传感器的个数、秤体自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定的。理论上说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲nts 12 击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算经验公式 : 在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的验证而确定，公式如下： C K0K1K2K3 ( Wmax+W )/ N （ 3-1） C 单个传感器的额定量程； W 秤体自重； Wmax 被称物体净重的最大值； N 秤体所采用支撑点的数量； K0 保险系数，一般取值在 1.2 1.3 之间；K1 冲击系数； K1 值是根据以下使用条件确定的： a)当 N 个传感器均匀受载，且在无振动、无冲击条件下工作时， K1=1.1-1.3； b)当偶尔有冲击振动的情况时，K1=1.3-1.5； c)当在有重复性的冲击振动条件下进行动态称重时， K1=1.7；当 N个传感器不均匀受载时，则根据偏载可能形成的最大载荷乘以上述系数即可；K2 秤体的重心偏移系数； K3 风压系数。设计中被称重物料净重的最大值 Wmax 取 10kg，秤体自重 W 估算为 10kg，设计根据称体结构采用两个称重传感器，并根据当时的实际情况，选取保险系数K0 1.25，冲击系数 K1 1.2，重心偏移系数 K2 1.03，风压系数 K3 1.02，确定传感器的量程。根据传感器量程计算公式（ 3-1）： C K0 K1 K2 K3（ Wmax W） /N 可知： C 1.25 1.2 1.03 1.02（ 10 10） 2 16kg 因此，可选用量程为 20kg 的 S 型称重传感器（根据安装方式可选 STC 型传感器，其量程有 5kg、 10kg、 20kg、 30kg、 50kg、 100kg、 200kg、 300kg、 500kg）。如图 3-1 所示为 STC 型传感器，其特点和应用场合如下：图 3-1 S 型称重传感器（型号： STC） S 型称重传感器产品特点： 1) 结构紧凑，安装方便； 2) 拉、压力均可； nts 13 3) 综合精度高，长期稳定性好； 4) 优质合金钢，表面镀镍；适用于吊钩秤、机电结合秤、料斗秤、料罐秤、包装秤、配料称重控制、试验机、力的监控及测量。 (3) 传感器准确度等级选择传感器的准确度等级包括传感器的非线性、温度影响、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而是既要考虑满足电子衡器的准确度要求，又要考虑其成本。对传感器等级的选择必须满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、 A D 转换等处理之后显示称量结果的。因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入灵敏度值，即将传感器的输出灵敏度代入传感器和仪表的匹配公式，计算结果须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。传感器和仪表的匹配公式：传感器输出灵敏度激励电源电压秤的最大称量（秤的分度数传感器的个数传感器量程）仪表的输入灵敏度 (3-2) 本设计中称量 10kg 的定量称重斗，最大分度数为 2000 个分度；秤体采用 2只型号为 STC的 S型称重传感器，灵敏度为 2.0 0.002mV V，供桥电压为 15V；秤采用 AD-4401 称重仪表。检验采用型号 STC 的 S 型称重传感器能否与仪表匹配。 AD-4401 称重仪表的输入灵敏度为 0.3 V d，因此根据传感器和仪表的匹配公式 (3-2)可得仪表的实际输入灵敏度为： 2000 V V 15 10 (2000 2 20) 3.75 V d 0.3 V d 所以，采用的 STC 型称重传感器满足 AD-4401 称重仪表输入灵敏度的要求，能够与所选 AD-4401 称重仪表匹配。所选 STC 型称重传感器的准确度等级如表 3-1 所示。二、料位传感器的选择 LS-DCA 型射频电容式物位限位开关（下称限位开关）是一种新型的物位仪表。可对块状、颗粒状、粉末状及液态物料料仓的料位及液位进行控制或上、下限位报警，适用于高温、高压、强腐蚀、多粉尘的恶劣环境；在冶金、石油、化工、轻工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛 ,根据设计需要可采用此类功能的限位开关。 1. 工作原理当传感器安装于仓体上时，探极和仓壁分别相当于电容器的两个极板 ,由于 nts 14 表 3-1 STC 型称重传感器的准确度等级额定载荷（ R.C.） kg t 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 1, 2, 3, 5 额定输出（ R.O.） mV/V 20.0050 零点平衡 mV/V 0.018 综合误差 %R.O. 0.030 非线性 %R.O. 0.030 滞后 %R.O. 0.020 重复性 %R.O. 0.170 蠕变（ 30 分钟） %R.O. 0.024 正常工作温度范围 -10+40 允许工作温度范围 -20+70 温度对灵敏度影响 %R.O./10 0.02 温度对零点影响 %R.O./10 0.02 推荐激励电压 VDC 10 最大激励电压 VDC 15 输入阻抗 3805 输出阻抗 3503 绝缘阻抗 M 5000 安全过载 %R.C. 150 极限过载 %R.C. 300 弹性元件材料 - 合金钢防护等级 - IP65/ IP66 电缆线长度 m 3m(5-50kg)， 5m(100kg-5t) 接线方式激励红：黑：信号绿：白：被测物料的介电常数与空气不同，所以仓内物位发生变化时会引起探极对仓壁间的电容量发生变化，当该电容量大于用户的设定值时，限位开关内的继电器动作，输出一个开关量达到控制（或报警）的目的。 2. 主要技术指标仪表部分： 1）工作环境：温度 -10 60 / -30 85 湿度 90% 2）电源电压： AC 220V 10% 50Hz / DC 24V 3）功耗： 3W 4）输出信号：一组继电器接点输出（触点容量 AC220V 1A, ） 5）输出延时：内部输出延时 3 秒 6）安装结构：与传感器一体化结构探级部分：分为棒式探极、缆式探极、同轴探极、平面探极 nts 15 a) 普通型：仓内温度： -30-100 仓内压力：常压仓内介质：无腐蚀性，一般粘度，一般冲击 b) 特殊型：仓内温度： -30-600 仓内压力：不大于 4Mpa 仓内介质：强腐蚀，高粘度，强冲击 c) 安装接头： R1/R1.5 管螺纹根据料仓容积和介质选用普通型的棒式探级。 3. 安装方法如安装示意图 3-2 所示，限位开关通常采用侧装（在仓壁侧面安装）方式安装于仓体侧壁对料位高度进行上下限位置的检测，当仓体不便侧面开孔时可采用顶装（在仓的顶部安装）方式。本设计中可以选择侧装方式。顶装时电极距仓壁距离应大于 200mm,应选择能避开进料时物料冲击的位置。仓壁为混凝土时应使限位开关外壳接通钢筋，仓壁为非金属时应加装辅助探极（对于固体物料）或使用同轴探极（对于液体）。注 :用户拆装限位开关时禁止用手抱住壳体拧动，应使用扳手拧动六角螺栓。上限位（顶装）上限位（侧装）下限位 (侧装 ) 图 3-2 限位开关的安装方法 4. 调试方法用户应在确定传感器探头未被物料埋没条件下进行标定，具体标定步骤如下：第一步：确认探头未被物料埋没（空仓或物料距离探头 50cm 以上），上电15 分钟。第二步：观察“频率显示值”并记录此数值。第三步：用该“频率显示值”减去 50 便得出“动作频率值”；然后用小改锥将“动作频率值”设置到“动作频率设定”旋转数码开关上，至此标定结束。注：如传感器作为下限位检测，将“上 /下限位”选择开关置于下限位位置。 nts 16 3.1.3 气缸的选型一、阀门驱动装置的特点和选择（ 1）阀门驱动方式的分类按驱动结构，阀门驱动装置分类如表 3-2 所示：（ 2）各类阀门驱动装置的特点，如表 3-3 所示：表 3-2 阀门的驱动方式手动驱动手柄手轮式（包括通过中间齿轮减速）弹簧杠杆式电动驱动电磁式电动机式气动驱动 1)隔膜式 2)气缸式活塞气缸式活塞齿条式活塞连杆式活塞拔叉式活塞螺杆式 3)叶片式 4)空气发动机式 5)薄膜和棘轮组合式液动驱动液压缸式液压马达式联动驱动电液联动根据表 3-2、表 3-3 驱动装置的优缺点比较以及设计中需要，采用气动为主要的驱动装置。（即用气缸来进行驱动）二、气缸的计算与选型 1.气缸的选择方法首先，根据对气缸的工作要求，选定气缸的规格：气缸和行程。按气缸的工作要求的行程加上适当余量，依此值选取相近的标准行程作为预选行程，其次还应考虑：环境条件（温度、粉尘、腐蚀性等），安装方式，活塞杆的连接方式（内外螺纹、球铰等）等。 1）缸径 D 的计算由已知气缸所带的负载、运动状态及工作压力，就可以进行气缸缸径 D 的计算和选用了。缸径计算步骤如下：（ a）根据气缸所带的负载，计算气缸的轴向负载力 F。（ b）由气缸的平均速度来选定气缸的负载率。气缸的运动速度越高，负载率应选得越低。 nts 17 表 3-3 阀门驱动装置的特点电动装置优点 1、适用性较强，不受环境温度影响 2、输出转矩范围广 3、控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脉冲等各种信号，适于放大、记忆、逻辑判断和计算等工作 4、可实现超小型化 5、具有机械自锁性 6、安装方便 7、维护检修方便缺点 1、结构复杂 2、机械效率低，一般只有 25 60 3、输出转速不能太低或太高 4、易受电源电压、频率变化的影响液动装置优点 1、结构简单、紧凑、体积小 2、输出力大 3、容易获得低速或高速，能无级变速 4、能远距离自动控制 5、由于液压油的黏性而效率较高，有自润滑性能和防锈性能缺点 1、油温变化引起油粘度的变化 2、液压元件和管道易渗漏 3、陪管，维修不方便 4、不适于对于信号进行各种运算气动装置优点 1、结构简单 2、气源容易获得 3、能得到较高的开关速度 4、可安装调速器，使开关速度按需要进行调整 5、气体压缩性大，关闭时有弹性缺点 1、与液动装置相比结构较大，不适于大口径高压力的阀门 2、因气体有压缩性，所以速度不易均匀（ c）若系统工作压力为 0.6MPa时，气缸的工作压力计算时一般选为 0.4MPa。这是由于气缸工作时气缸腔室里的压力受到管路充放气以及气缸速度的影响，不可能达到系统工作压力。当然，系统工作压力低于 0.6MPa，计算时工作压力也作相应的调整。（ d）由气缸的理论输出力计算公式、负载率及工作压力 p 即能算出缸径。由计算的缸径再圆整到标准缸径。 2）行程的选择气缸行程应选择生产厂商提供的标准行程。但有的用户不是这样选的，而是nts 18 根据实际计算值选择的，这样的选择是不合理的。若气缸用作推送重物或挤压工件，当气缸行程达到终点时，工作气压作用在活塞上的力完全有可能全部作用在气缸上，而不是通过活塞杆作用在重物或工件上。也就是说，由于制造公差或安装误差

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