Автоматизация измерения массы

Введение

 Автоматизация — одно из  направлений научно-технического  прогресса, применение саморегулирующих  технических средств, экономико-математических  методов и систем управления, освобождающих человека от участия  в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии,  материалов или информации, существенно  уменьшающих степень этого участия  или трудоёмкость выполняемых  операций. Требует дополнительного  применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека. Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе. Цель автоматизации — повышение производительности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от производств, опасных для здоровья, повышение надежности и точности производства, увеличение конвертируемости и уменьшение времени обработки данных. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи, поэтому решения стоящих перед автоматизацией задач обычно называются системами. Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Основа автоматизации технологических процессов — это перераспределение материальных, энергетических и информационных потоков в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности).Автоматизация технологических процессов в рамках одного производственного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием. Как правило, в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП.Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Может иметь связь с более глобальной Автоматизированной системой управления предприятием (АСУП).Под АСУТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций технологического процесса на производстве, в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт.Термин «автоматизированный» в отличие от термина «автоматический» подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций. Составными частями АСУТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Как правило АСУТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети.Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

часто в соседних отделах одного и того же магазина можно видеть абсолютно одинаковые электронные  весы, причем на дисплеях одних написано «Вес, кг», на дисплеях других - «Масса, кг». Еще пример: в универсаме на полке стоит пачка сахара в заводской упаковке с надписью: «Масса 1 кг»; рядом разложены пакеты с уже расфасованным сахаром, на которых наклеены этикетки: «Вес, кг».

Подобных примеров наблюдательный покупатель может привести массу, казалось бы, в чем вопрос - все мы, начиная  с более или менее сознательного  возраста, «взвешиваем» (то есть, определяем вес той или иной вещи) в килограммах. Но в природе нет такой размерности  для веса (который, кстати, является силой), как килограмм (кг). Вопрос: что нам отмеряют на весах ? Для обоснованного ответа на вопрос необходимо знать их устройство и принцип действия; рассмотрим в качестве примера устройство наиболее современных и актуальных электронных весов. Итак, весы - это прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести; их принято относить к так называемому измерительному торговому оборудованию. Принцип действия электронного весового оборудования сводится к измерению силы (веса), воздействующей на первичный датчик, посредством преобразования этого воздействия в пропорциональный выходной электрический сигнал. Важным вопросом, влияющим на точность измерений и определяющим технический диапазон применения электронных весов, т. о., является использование того или иного первичного датчика; различают три типа датчиков, применяемых сегодня в весовом оборудовании: виброчастотные (струнные), пьезокварцевые и тензометрические. Действие первых основано на изменении частоты колебаний натянутой металлической струны в зависимости от величины силы, приложенной к датчику (т. е. в зависимости от собственной массы груза, положенного на платформу). При хорошо отлаженном производстве виброчастотные датчики оказываются весьма недорогими в цене и, как следствие, оборудованные ими весы также дешевы. Однако нестабильность таких датчиков, повышенные требования к условиям работы, а также сравнительно низкая точность привели к тому, что данный тип датчиков сегодня применяется в весовом оборудовании редко. Пьезокварцевые датчики действуют по принципу изменения частоты кварцевого кристалла, механически связанного с упругим элементом, под воздействием приложенной к нему силы. Такая система по точности и надежности немного отстает от тензометрической, зато себестоимость производства у нее ниже. Простота использования и доступная цена делают эти весы популярными на предприятиях торговли, общественного питания и связи. Так как изменения частоты колебаний кварцевого резонатора в большой мере зависят от колебаний температуры и питающих напряжений, то некоторые производители весов планируют начать серийный выпуск «интеллектуальных» датчиков. Предполагается соединить их с микропроцессором, который отслеживал бы отклонения и вводил корректирующие поправки в результат взвешивания.

 

 

Тензометрические датчики. В переводе с латинского «тензо» означает «деформация». Действие такого датчика основано на преобразовании деформации упругих элементов в изменение электрического сопротивления. В качестве упругого элемента выступают металлические изделия специальной конструкции, преобразователем же служит высокочувствительная спираль из специального сплава, например, константана, которая особым способом приклеивается к упругому элементу на участке, где деформация наиболее явно выражена. Такая конструкция, по статистике, оказалась самой надежной. Принцип работы электронных весов с тензодатчиком таков. В нижней части датчика расположены два пьезокерамических элемента, подключенные соответственно ко входу и выходу усилителя. Один элемент является возбудителем механических колебаний резонатора, а другой их приёмником. Выходное сопротивление элементов составляет несколько сот КОм и это немного ниже сопротивления тензодатчика; и превосходит выходное сопротивление электромагнитного датчика компенсационного типа более, чем в 100 раз. Кроме того, мощность, потребляемая таким датчиком, крайне низка. Вообще, такая система отличается очень низким энергопотреблением за счёт простоты её электрической схемы (отсутствие АЦП и т. п.), что является существенным плюсом при построении весов специального назначения, например, взрывозащищённых. Итак, тензодатчики - самые надежные и точные устройства для преобразования силы тяжести в электрические сигналы. По этой причине весы на базе таких датчиков - самые распространенные в мире. Современные измерительные приборы (в том числе, электронные весы) на базе тензорезисторов требуют применения высококачественных аналоговых усилителей, очень точных термостабильных резисторов и конденсаторов, хороших источников опорного напряжения и многоразрядных аналогово-цифровых преобразователей (АЦП). Этот традиционный подход наиболее понятен и отработан, но он имеет серьезные недостатки. Главными из них являются проблемы, связанные с усилением очень слабого изменения сигнала тензодатчика, а также преобразование его к цифровому виду. И хотя электронные средства «взвешивания» позволяют менять как пределы измерения, так и точность, европейской единицей измерения массы является именно килограмм и именно массу товара в конечном итоге определяют весы. При выборе той или иной марки специалисты предлагают обращать внимание на следующие три базовых характеристики, а именно: долговечность, удобство и точность. Понятно, что более долговечные, удобные, точные весы дороже. Но если допустима некоторая погрешность последних, и покупатель не слишком обращает внимание на удобство в эксплуатации, то, наверное, в данном случае можно сэкономить, выбрав более дешевую модель. Долговечность весов определяется долговечностью корпуса, последняя в свою очередь зависит от используемого материала (корпус цельнометаллический или из высокопрочного пластика). Как правило, монолитная весовая ячейка, высокопрочная клавиатура, высокая степень пылевлагозащиты - все это указывает на возможно долгую и стабильную работу этого оборудования.

 

Можно сказать, что весы удобны в  эксплуатации, если модели компактны, экономичны и имеют всего 2 .. 3 клавиши  управления, которые позволяют пользоваться несколькими весовыми программами (выборка веса тары, счет количества, выбор из нескольких единиц взвешивания). Также такие весы должны быть укомплектованы или иметь возможность дополнительно комплектоваться интерфейсом RS 232. В этом случае можно получать результаты взвешивания на ПК или с принтера. Многие прецизионные простые модели имеют возможность автономного питания, что удобно при работе на выезде. Специалисты говорят, что точность весов высокая, если благодаря нескольким режимам цифровой фильтрации обеспечивается сравнительно устойчивая их работа даже при неблагоприятных внешних условиях. Программа «слежения за нулем» и использование высокоточной электромагнитной весовой системы (прецизионные модели серии BL, AR и у аналитических моделей) также оказывают влияние на точность данного средства измерения. По понятным причинам во время эксплуатации электронных весов необходимо соблюдать правила техники безопасности. Для подобного оборудования правила даже более строгие, нежели для обычных весов, поскольку они питаются электрическим током и имеют чувствительные элементы тонкой настройки.Следует помнить, такие средства измерения массы требуют внимательного отношения; аккуратная, корректная эксплуатация продлевает их «время жизни». Например, нельзя допускать приложения чрезмерного усилия (т. е. усилия, превышающего эквивалентное максимальной для данной модели взвешиваемой массе, или ударного) к платформе весов. В противном случае возможно необратимое повреждение датчика, влекущее за собой дорогой ремонт (гарантийные обязательства на данное повреждение, как правило, не распространяются). При транспортировке необходимо фиксировать платформу транспортными винтами.Далее, весы не должны подвергаться воздействию вибрации, так как это приведет к неточности измерения (из-за вибрации усилие, прикладываемое к платформе, будет постоянно изменяться, попеременно возрастая-убывая). Также является актуальным вопрос корректного подключения их к ПК, которое должно осуществлять при выключенной технике. В противном случае весьма вероятно выгорание последовательных портов соединения.Ремонт весов может осуществляться только авторизованным квалифицированным персоналом; компании, реализующие электронные весы, как правило, предоставляют такую услугу. Необходимо помнить, что несанкционированное вскрытие устройства и неквалифицированный ремонт могут не только привести к отмене всех гарантийных обязательств, но и сделать опасной работу пользователя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В общем случае под весоизмерением понимается процесс определения массы (веса) объекта измерений путем сравнения с эталоном, производимого с использованием различных физических явлений.  В некотором роде это понятие аналогично более привычному – «взвешивание». Однако, на практике принято считать взвешиванием определение веса статического объекта. Взвешивание и методы, выходящие за рамки статических измерений принято называть более общим словом – весоизмерения. Весоизмерение широко применяется практически на всех промышленных предприятиях, в транспорте, торговле, сельском хозяйстве."Входными воротами" для сырья и материалов на фабриках и заводах являются автомобильные весы и вагонные весы (используются и конвейерные весы).Основной составной частью процесса весоизмерения являются весы.  На промышленных предприятиях их принято подразделять на следующие типы. Общепромышленные - предназначены для учета продукции, сырья и поступающих грузов. К ним относятся платформенные весы, автомобильные весы, вагонные весы и т.д.Технологические - для взвешивания сырья, материалов и продукции в ходе непрерывных или периодических технологических процессов (конвейерные весы, весовые дозаторы). Лабораторные - для исследования физико-химического состава сырья и продукции, определения влажности материалов и других целей (различают технические, образцовые, аналитические и макроаналитические). Специальные - разрабатываются и применяются для решения узкоспециальных задач, к примеру, определение цельного веса сыпучих материалов.Весоизмерение стало одним из наиболее важных технологических этапов современного производства.С развитием микропроцессорной техники, новых технологий, все большее значение приобретает автоматизация процессов:

- Производственных и технологических,  за счет создания автоматизированных  систем управления технологическими  процессами (АСУТП).

- Планирования, учета, контроля  и управления, путем создания  автоматизированных систем управления предприятием (АСУП).

В построении автоматизированных систем всех уровней автоматическое весоизмерение становится если не главным, то, безусловно, одним из очень важных факторов.

 Автоматизация весоизмерения выполняет две важнейшие задачи:

1. Измерение массы (веса) объекта  без участия человека, что позволяет  исключить из процесса субъективные  возмущающие факторы, повысить  точность и оперативность процесса;

2. Передача полученной информации  в системы управления (учета и  контроля), преобразование ее к  виду, удобному для трансляции  по телекоммуникационным сетям предприятия. В большинстве случаев автоматизация весоизмерения сводится к получению электрического сигнала с нормируемыми параметрами, удобного для дальнейшей передачи и обработки средствами вычислительной техники.