基于臺達自動化產(chǎn)品的天平自動計量系統(tǒng)方案設(shè)計

1 引言

　　天平廣泛應(yīng)用于科研、國防、金融、建材、計量、公路、工礦等企業(yè)進行計量檢測。天平做為重要的稱量儀器，種類繁多，按使用范圍大體上可分為工業(yè)天平、分析天平、專用天平。按結(jié)構(gòu)可分為等臂雙盤阻尼天平、機械加碼天平、半自動機械加碼電光天平、全自動機械加碼電光天平、單臂天平和電子天平。按精密度可分為精密天平、普通天平。各類天平結(jié)構(gòu)各異，但其基本原理是一樣的，都是根據(jù)杠桿原理制成的。

　　天平是一種專業(yè)計量設(shè)備，根據(jù)量程范圍和計量物體不同，天平的主體框架和機械結(jié)構(gòu)也有所不同，砝碼系統(tǒng)也不盡相同，天平系統(tǒng)核心機械部件決定天平計量精度。本文介紹的自動計量天平專門用于計量氣體質(zhì)量的非標準天平計量設(shè)備，計量飛機發(fā)動機各項氣體指標是否滿足要求，以及提供參考數(shù)據(jù)用于發(fā)動機研發(fā)人員提高發(fā)動機性能，對于我國飛機核心部件的研發(fā)和提升性能具有積極意義。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)分析

　　國內(nèi)專業(yè)制造工業(yè)天平的研究機構(gòu)研發(fā)的天平設(shè)備加減碼系統(tǒng)均為人工或者機械加減碼，操作缺乏靈活，計量效率和質(zhì)量不利于提升設(shè)備經(jīng)濟價值和產(chǎn)品檔次。本項目天平自動計量系統(tǒng)研發(fā)成功填補了國內(nèi)天平計量設(shè)備自動化控制的空白，設(shè)備具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，控制系統(tǒng)采用臺達PLC作為主控器，同時驅(qū)動4軸獨立交流伺服系統(tǒng)，上位機人機界面監(jiān)控天平運行狀態(tài)，輸入加碼質(zhì)量，系統(tǒng)實現(xiàn)精準自動加減碼，無論從核心部件還是控制系統(tǒng)都可以和國外同類設(shè)備相媲美。

　　2.2 天平自動計量系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

　　(1)天平開關(guān)： 采用4千瓦三相異步電動機，由接近開關(guān)控制停止位置。

　　(2)秤盤升降： 采用2.2千瓦三相異步電動機，由接近開關(guān)控制停止位置。

　　(3)自動加碼： 左右盤對稱各一套，分為公斤組（400W伺服電機驅(qū)動）；十公斤組（400W伺服電機驅(qū)動）；百公斤組（120W異步電機驅(qū)動）。三組砝碼應(yīng)能實現(xiàn)0kg～199kg任意質(zhì)量的自動組合。

　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計

　　（1）控制系統(tǒng)原理：天平自動計量控制系統(tǒng)采用雙主站控制方式，人機界面和工控PC機同時作為主站監(jiān)控從站PLC動作，HMI通過COM1通訊口與PLC COM1（RS232）通訊口連接，工控PC機通過COM1通訊口與PLC COM2（RS485）通訊口，從而實現(xiàn)命令下達和動作反饋等監(jiān)控功能，實現(xiàn)設(shè)備自動化控制要求。主控器臺達PLC同時連接4顆獨立伺服驅(qū)動系統(tǒng)，高速脈沖控制伺服行進距離和行進速度，達到精確加減砝碼控制要求，同時PLC模擬量采集模塊實時采集壓力傳感器信號，轉(zhuǎn)換為壓力數(shù)值供上位機顯示和程序處理使用，天平其他部件動作條件檢測和動作驅(qū)動完成均由PLC數(shù)字量輸入輸出接口按照程序邏輯輸出實現(xiàn)控制功能，如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)原理框圖

（2）配置設(shè)計：控制系統(tǒng)技術(shù)方案配置如表1所示。表1僅列舉出控制系統(tǒng)主要元器件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、電磁接觸器、電磁繼電器、按鈕、指示燈等）、檢測傳感器（壓力傳感器、接近開關(guān)、行程開關(guān)等），模擬信號變送器等元器件，此處均不予贅述。

　　表1系統(tǒng)配置設(shè)計