Введение к работе
Актуальность темы. Дозирование и взвешивание
анимают одно из главных мест в технологических
роцессах разных отраслей промышленности:
;еталлургичёской, химической, пищевой, горнодобывающей,
сельском хозяйстве и торговле. Современные требования
качеству продукции, ее рентабельности, создание епрерывных технологических процессов способствовали азвитию весоизмерительных систем (ВС). В современных втоматизированных производствах возрастающее значение риобретает учет сырья, как при дозировании, так и в роцессе отгрузки с помощью весоизмерительных систем, кономия и учет продукции, правильный выбор массы сходных материалов как компонентов смеси всегда были и удут показателем эффективности работы оборудования и сего технологического процесса в целом. С углублением азвития рыночных отношений задача улучшения етрологических параметров при взвешивании и озировании становится еще более актуальной. Влияние нешних факторов (температура, динамические колебания и .д.) приводит к появлению явлений, вызывающих огрешности в ВС. Применение ВС в условиях промышленной ксплуатации ставит задачу снижения суммарной огрешности по метрологическим характеристикам как сдельных блоков, так и ВС в целом. Характерной собенностью современных ВС является использование ззличных методов измерений, в основ-е которых лежит эеобразование аналоговых сигналов, поступающих от атчика. Наиболее широко используются в ВС тензодатчики ГД) , сигналы которых преобразуются в цифровую форму, ^следование факторов, влияющих на точность ВС, и этоды повышения точности рассматриваются в данной зботе.
В настоящее время существует несколько подходов для
реализации повышения точности ВС. Один из них заключается в
использовании метода многодиапазонности. Наиболее
распространенными являются ВС, использующие ТД прямого
нагружения; данные ВС имеют число поверочных делений <3000, с погрешностью ±3 поверочных деления. Для реализации ВС с наибольшим пределом взвешивания (НПВ) в диапазоне 5т<НПВ<200т использование для повышения точности ТД прямого нагружения с числом поверочных делений>3000 затруднительно. В связи, с чем возникает проблема:
разработка устройства переключения диапазонов с использованием малогрузного ТД, имеющего число поверочных делений >3000;
использование ТД с НПВ<200кг и числом поверочных делєний>3000 в контуре управления ВС вызывает необходимость разработки метода расчета упругого элемента, учитывающего действия от изгибающего момента, продольной силы и всех конструктивных параметров упругого тела.
Снижение погрешности ВС при обработке и усилении сигнала ТД аналоговым измерительным преобразователем (АИЛ) с использованием современной элементной базы ставит проблему:
разработки структурной схемы АИП.
Динамическая погрешность ВС определяется спектром входного сигнала и зависит от различных вибрационных помех. Наиболее эффективными методами снижения влияния различных видов вибрационных помех являются фильтрация, методы подавления динамических помех и метод интегрирования сигнала ТД во времени. Кроме того, для снижения влияния синфазных (продольных) и дифференциальных (поперечных) помех в ВС применяется экранирование и интегрирование.
В настоящее время широко применяются адаптивные методы управления в различных системах управления, однако
5 применение адаптивных методов управления для ВС с целью повышения точности в условиях действия динамических помех недостаточно исследовано. В связи с этим при создании ВС повышенной точности возникает проблема:
разработка модели адаптивной ВС, которая позволит
исследовать влияние динамических помех на точность ВС.
Эбъект исследования. Объектом исследования являются: разработка моделей и структурных схем многодиапазонной ВС, разработка методики расчета параметров ТД, разработка структурной схемы и имитационной модели АИП, моделирование адаптивной ВС, разработка методики определения параметров весовой ячейки (ВЯ) в зависимости от числа поверочных целений.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являются исследование и разработка методов повышения точности ВС в каналах обработки и передачи информации автоматизированных весоизмерительных систем. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка структурных схем ВС и АИП на основе принципа многодиапазонности с применением в качестве измерительного устройства одного или нескольких ТД с числом поверочных делений, равным 3000, что позволит повысить точность;
исследование и разработка методики определения параметров весовой ячейки для заданного класса точности в зависимости от числа поверочных делений;
исследование и разработка методики расчета параметров упругого тела ТД, учитывающего действия изгибающего момента продольной силы и всех конструктивных параметров упругого тела;
разработка имитационной модели адаптивной ВС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации используются методы математической статистики,
метод сил, метод правых прямоугольников для вычисления значения определенного интеграла, метод многодиапазонности. Кроме аналитических методов в исследовании использовалось имитационное моделирование на ЭВМ и эксперимент на конкретном объекте.
Основные положения, выносимые на зашиту. На защиту выносятся следующие положения и результаты:
структурные схемы многодиапазонной ВС повышенной точности;
имитационная модель адаптивной ВС;
модель и алгоритм расчета ТД с возможностью получения оптимальных размеров упругого тела в зависимости от приложенных нагрузок;
Функционально - обобщающее понятие весовой ячейки;
имитационная модель АИП.
Научная новизна. Научная новизна заключается в получении следующих научных результатов: 1.Предложена методика определения параметров ТД, в отличие
от известных учитывающая в совокупности геометрические
размеры, приложенный изгибающий момент и продольную силу. 2.Разработана методика определения основных параметров
элементов ВС в зависимости от числа поверочных делений
ВС. 3.Разработан алгоритм расчета упругого тела ТД на основе
методики расчета рамочной конструкции упругого тела ТД с
учетом всех геометрических размеров, а также действия
изгибающего момента и продольной силы.
-
Разработана схемная реализация АИП ВС, использующего в качестве опорного напряжения ТД синусоидальный сигнал.
-
Впервые разработана структурная схема многодиапазонной ВС, реализованная на основе принципа многодиапазонности с применением в качестве измерительного устройства одного или двух ТД с числом поверочных делений, равным 3000.
7 6.Разработана динамическая модель ВС и осуществлено моделирование адаптивной ВС. Практическую ценность работы представляют:
ТД, изготовленный с наибольшим пределом взвешивания 100кг, при расчете упругого тела которого использована предложенная методика определения основных геометрических параметров упругого тела;
многодиапазонная ВС с наибольшим пределом взвешивания 6000кг;
модуль усиления, схемная реализация АИП.
Использование результатов работы. Теоретические и
практические результаты работы использованы при выполнении
и проведении НИР и ОКР по договорной тематике, выполняемой
АО "СКТБВИТ с ОП" и ОАО АПКО "Весоизмеритель" при
непосредственном участии автора.
Апробация работы. Основные результаты работы
докладывались и обсуждались на научно-технических
конференциях:
1.Персональные исследовательские комплексы и автоматизированные рабочие места - г. Таганрог, 1994г.
2.Северо-Кавказская региональная научно-практическая конференция "Методы и технические средства диагностики прочности и сейсмостойкости зданий и инженерных сооружений сейсмического районирования" - г. Армавир, 1996г.
3. Результаты работы также докладывались на семинарах в ТРТУ(199б/1997г.). Публикации. Основные положения диссертации опубликованны
в четырех печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из пяти