基于臺達自動化產品的天平自動計量系統方案設計

1 引言

　　天平廣泛應用于科研、國防、金融、建材、計量、公路、工礦等企業進行計量檢測。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天平、分析天平、專用天平。按結構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。各類天平結構各異，但其基本原理是一樣的，都是根據杠桿原理制成的。

　　天平是一種專業計量設備，根據量程范圍和計量物體不同，天平的主體框架和機械結構也有所不同，砝碼系統也不盡相同，天平系統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量的非標準天平計量設備，計量飛機發動機各項氣體指標是否滿足要求，以及提供參考數據用于發動機研發人員提高發動機性能，對于我國飛機核心部件的研發和提升性能具有積極意義。

　　2 系統設計

　　2.1 系統分析

　　國內專業制造工業天平的研究機構研發的天平設備加減碼系統均為人工或者機械加減碼，操作缺乏靈活，計量效率和質量不利于提升設備經濟價值和產品檔次。本項目天平自動計量系統研發成功填補了國內天平計量設備自動化控制的空白，設備具有完全自主知識產權，控制系統采用臺達PLC作為主控器，同時驅動4軸獨立交流伺服系統，上位機人機界面監控天平運行狀態，輸入加碼質量，系統實現精準自動加減碼，無論從核心部件還是控制系統都可以和國外同類設備相媲美。

　　2.2 天平自動計量系統組成結構

　　(1)天平開關： 采用4千瓦三相異步電動機，由接近開關控制停止位置。

　　(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伺服電機驅動）；十公斤組（400W伺服電機驅動）；百公斤組（120W異步電機驅動）。三組砝碼應能實現0kg～199kg任意質量的自動組合。

　　2.3 系統設計

　　（1）控制系統原理：天平自動計量控制系統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，從而實現命令下達和動作反饋等監控功能，實現設備自動化控制要求。主控器臺達PLC同時連接4顆獨立伺服驅動系統，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，轉換為壓力數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動完成均由PLC數字量輸入輸出接口按照程序邏輯輸出實現控制功能，如圖1所示。

　　圖1 系統原理框圖

（2）配置設計：控制系統技術方案配置如表1所示。表1僅列舉出控制系統主要元器件，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、行程開關等），模擬信號變送器等元器件，此處均不予贅述。

　　表1系統配置設計