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如何通过PLC加载砝码以达到检定大吨位电子吊秤的目的
时间:2019/8/21 11:12:27 点击次数:276

如何通过PLC加载砝码以达到检定大吨位电子吊秤的目的:

[摘要]一种用于电子吊秤检测的砝码自动加载技术,针对电子吊秤检测中砝码加载重量大、高度高、难以串接等缺点,应用PLC自动控制技术,同时引入模糊滑模控制算法,设计了一套自动加载控制装置,解决了传统自动控制中砝码加载精度不高、效率低、存在抖振等问题,实现了电子吊秤砝码的自动、准确、高效加载。

1引言

随着科学技术的进步和经济的快速发展,电子吊秤在商业、仓储码头、工况企业中的需求增长明显,而随着电子吊秤的广泛应用,需要检定的电子吊秤的数量也与日俱增;目前国内对电子吊秤主要采用“替代法”或人工吊装标准砝码的方式进行检测,采用“替代法”检测时,“替代法”使用要求严格,如不充分注意其检测的特殊性,忽视其必要条件,势必会引起不良的后果,给检测结果带来误差;而采用人工吊装标准砝码时,由于砝码本身重量大、高度高,尤其对于大吨位的电子吊秤砝码加载难度巨大,难以达到规程规范的检测要求,且具有较大的安全隐患。

为了解决以上问题,本文通过将PLC控制器与传统电子吊秤砝码加载相结合设计了一种砝码自动加载装置,解决了需要人工吊装砝码的问题,同时在控制算法中采用模糊控制与滑模控制相结合,使得电子吊秤砝码在自动加载过程中更加准确、高效。

2砝码自动加载工作原理

传统的锁型砝码体积大、高度高,不好串接,难以实现砝码的自动加载;如图1所示本设计选用一组重量与高度成同一比例关系的挂码,使其层层相扣组成一个砝码串放置在支撑板上,电子吊秤通过吊挂机构与砝码串相连,通过步进电机控制砝码串的下降以达到电子吊秤砝码自动加载的效果。

3加载数学模型

砝码串中每级砝码的质量和其高度都成同一比例关系,可以通过控制支撑板下降高度以达到控制砝码加载量的效果,砝码加载量与支撑板下降高度数学模型。

4控制装置硬件设计

自动加载控制装置硬件部分如图2所示,由上位机、PLC控制器、位移传感器及步进电机等部分组成,综合考虑可靠性高、配套齐全、性价比高、维护方便等有点,本装置选用西门子S7-300作为控制器,日本基恩士的AG-80作为位移传感器。

装置运作时通过由上位机输入的预设加载砝码值和由位移传感器反馈的支撑板位移值,由PLC控制器运算得出一个控制信号u(k),控制步进电机驱动支撑板的进一步升降,以达到预设砝码量的加载,同时由图像数据采集系统向上位机采集并记录电子吊秤当前数值。

5控制算法设计

滑模控制本质上是一类特殊的非线性控制,可以在动态过程中,根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动,与常规控制相比,滑模控制响应速度更快、物理实现简单、抗干扰性更强;但是由于滑动模态的建立,控制器的输出存在抖振,为了进一步削弱抖振本设计在控制算法上引入模糊控制与滑模控制相结合。

由上文所述的S7-300PLC模块输出支撑板下一刻的位置指令(rk),由AG-80位移传感器检测并反馈回当前支撑板的位置信号x(k),获得误差信号e(k)=r(k)-x(k)。由离散滑模控制的特性决定其在误差信号小于一定范围内时,更易建立滑模面,控制效果更好,因此根据实际操作预先设定一阈值ep和一控制信号m,ep和m皆为有限常数值。当误差信号e(k)小于预先设定的阈值ep时,将误差信号e(k)和e'(k)做为滑模控制器的输入进行数据处理得到切换函数值s(k),等效控制值ueq和切换控制值usw。再将切换函数(sk)和s'(k)作为模糊控制器的输入进行模糊推理等处理输出fs再反馈给切换控制。经过滑模控制器模块和模糊控制器模块处理后,控制信号u(k)=ueq+usw。当误差信号大于设定阈值时,则取控制信号为u(k)=u(k-1)+m,m为一有限常数值。

6结论

本文针对电子吊秤检测设计了一套砝码自动加载装置,通过建立数学模型将砝码加载的重量信号转换为支撑板升降位移信号,以S7-300PLC作为控制器,通过模糊滑模控制算法精确控制支撑板升降位移,以达到电子吊秤砝码的自动加卸载,即解决了传统砝码手工加载的效率低、安全隐患大等问题,也解决了自动砝码加载中砝码间搭靠、加载精度不高,存在抖振等问题。

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