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本文介紹了一種采用89C51單片機(jī)控制的自動(dòng)稱重定量包裝系統(tǒng)的工作原理及其控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

隨著生產(chǎn)和流通的日益社會(huì)化和現(xiàn)代化,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化,不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向,同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,將微機(jī)應(yīng)用于包裝系統(tǒng),改造傳統(tǒng)的包裝機(jī)械,有利于改善包裝機(jī)械的性能,提高包裝設(shè)備的計(jì)量精度、速度和自動(dòng)化水平[1]。本文提出一種以89C51單片機(jī)為控制器的定量稱量包裝系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱重定量給料以及傳送、封口等工作過程的自動(dòng)控制,具有零位自動(dòng)跟蹤和過沖量自動(dòng)修正等功能。適用各種粉狀或小顆粒狀等物品的定量稱重包裝和配料系統(tǒng)。

本系統(tǒng)主要由電子稱重計(jì)量、控制、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是由一個(gè)由電機(jī)控制的鏈板傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝件的傳送;封口機(jī)構(gòu)按產(chǎn)品和包裝的不同,自動(dòng)執(zhí)行縫包、墊封或加蓋卷邊等功能;計(jì)量部件由稱重傳感器及相應(yīng)的測量和顯示儀表構(gòu)成,完成對(duì)物料的稱重分包與重量顯示;單片機(jī)及其相應(yīng)的控制執(zhí)行電路承擔(dān)了定量稱重包裝系統(tǒng)各個(gè)工序的自動(dòng)控制。

本系統(tǒng)以傳感器輸出信號(hào)為依據(jù)實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)定量包裝。其基本工作過程分稱量、卸料、傳輸和封口等四個(gè)階段。

稱量開始時(shí),控制器控制貯料斗的粗進(jìn)料閥和細(xì)進(jìn)料閥同時(shí)打開,物料進(jìn)入稱量斗。當(dāng)稱量斗中物料重量達(dá)到粗加料閾值時(shí),控制粗進(jìn)料閥關(guān)閉,物料僅從細(xì)進(jìn)料閥流出,進(jìn)入細(xì)加料階段。當(dāng)稱量斗物料量接近目標(biāo)值,達(dá)到細(xì)加料閾值時(shí),控制細(xì)進(jìn)料閥關(guān)閉,稱量過程完成。接著套上包裝容器并觸動(dòng)夾具工作,打開稱量斗的卸料閥,物料卸入包裝容器中。卸料完畢后,關(guān)閉卸料閥,夾具裝置自動(dòng)松開,裝有物料的包裝容器落到傳送帶上,由傳送機(jī)構(gòu)送至封口裝置,完成封口工序。

2　硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件電路主要由稱重電路、控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成。

在稱量斗兩側(cè)的受力支撐點(diǎn)處各安裝一個(gè)稱重傳感器,用以檢測量斗中每次包裝物料的重量,并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。通過測量電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大等處理后送至A/D轉(zhuǎn)換器,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出,利用單片機(jī)讀取A/D輸出的數(shù)字量并經(jīng)運(yùn)算處理后,獲得被測物料的重量值并以數(shù)碼形式顯示物料重量。

本系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)為處理器,其內(nèi)部集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷處理系統(tǒng)和I/O口等功能部件[2],使設(shè)計(jì)電路簡潔,系統(tǒng)可靠性高。

硬件中的LED數(shù)碼顯示屏,除可顯示物料重量外同時(shí)能顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)的有關(guān)信息;利用鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的鍵控操作和有關(guān)參量設(shè)置;通過擴(kuò)展I/O口,可實(shí)現(xiàn)設(shè)定的輸出開關(guān)量控制,確保電磁閥、電機(jī)等執(zhí)行部件的可靠、協(xié)調(diào)工作。

3　軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由多個(gè)子程序和一個(gè)主程序組成。主程序主要包括系統(tǒng)初始化裝置、零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤調(diào)整、粗細(xì)加料定量控制、過沖量自動(dòng)修正和卸料傳送封口的控制等功能模塊。

3.1　零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤調(diào)整的實(shí)現(xiàn)

在卸料和加料過程中會(huì)有少量的物料粘會(huì)于稱量斗壁,導(dǎo)致稱量零點(diǎn)漂移。為修正稱量誤差,在每次加料之前,由單片機(jī)控制自動(dòng)完成一次稱量過程,并以此值為下一次加料稱量過程的參考零點(diǎn),這樣可保證每次實(shí)際加料量的值不會(huì)因稱量零點(diǎn)的漂移而受到影響。

3.2　粗、細(xì)加料閾值的設(shè)定

采用粗、細(xì)兩加料閥的設(shè)計(jì)目的是兼顧加料的速度和給料的準(zhǔn)確性。當(dāng)粗、細(xì)加料閥均打開時(shí),加料速度快,閾值一般可設(shè)置為目標(biāo)值的70%～90%。在細(xì)加料過程中,僅細(xì)加料閥開啟,易于實(shí)現(xiàn)對(duì)加料量的精確控制,細(xì)加料閾值應(yīng)等于目標(biāo)值減去過沖量。

3.3　過沖量自動(dòng)修正

當(dāng)細(xì)加料閥關(guān)閉,系統(tǒng)停止加料時(shí),從料口到稱量斗之間有一段“飛流物料”最終將落入包裝容器中,使實(shí)際重量超過定量包裝的目標(biāo)值,同時(shí)加料過程中由于物料沖擊稱量斗將產(chǎn)生瞬時(shí)重量標(biāo)值增加的現(xiàn)象?？蓪烧邔?duì)稱量結(jié)果的影響量統(tǒng)稱為過沖量。由此可見,實(shí)際加料量應(yīng)等于細(xì)加料閾值加上過沖量。本系統(tǒng)采用負(fù)反饋偏差控制技術(shù)自動(dòng)修正過沖量。其基本方法是根據(jù)上次稱量值與目標(biāo)值的偏差來調(diào)整本次稱量過程中采用的過沖量的值,即調(diào)整細(xì)進(jìn)料閥的關(guān)門時(shí)間,以減小本次稱量值與目標(biāo)值的偏差,提高定量包裝精度。

3.4　鍵盤子程序

用鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)按鍵狀態(tài)的查詢判斷和響應(yīng)并完成相應(yīng)鍵功能的處理,鍵功能主要有:目標(biāo)值設(shè)置、粗加料閾值設(shè)置、手動(dòng)鍵控操作功能等。

3.5　顯示子程序

顯示子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱量結(jié)果的轉(zhuǎn)換處理,并控制LED數(shù)碼管顯示,同時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)信息,便于用戶實(shí)時(shí)直觀地掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

4　結(jié)束語

本設(shè)計(jì)將89C51單片機(jī)應(yīng)用于稱重定量包裝系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了定量包裝過程的自動(dòng)化,提高了生產(chǎn)效率和包裝精度。

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