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0引言
自動稱重包裝機是目前使用于食品或藥品行業(yè)的配料定量包裝設(shè)備。其主要稱重產(chǎn)品對象為:小食品、薯片、膨化食品、糖果、餅干以及其他一些食品或藥品等規(guī)則或不規(guī)則顆粒物料。提高包裝機的稱重精度、自動化水平以及包裝速度能給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。目前多數(shù)企業(yè)使用的是雙稱聯(lián)動式包裝機,用可編程控制器來控制。然而我們所承接的卻是一臺14頭稱量雙包裝機設(shè)備。
自動稱重包裝機,自動包裝
由于有14頭秤的輸入輸出信號需要處理,加上包裝機的多工序控制信號,如此大的信號量若用可編程控制器,所需的輸入輸出模塊是很可觀的,造價太高,用戶承受不了。因此我們使用單片機來完成這個多信號的控制。
1系統(tǒng)組成與工作原理
根據(jù)系統(tǒng)要求,每分鐘包裝180袋成品。換句話說,就是在300毫米內(nèi)物料要從主儲料斗被分裝在14個分料斗中,又對14個分料斗進行稱重,當某一包裝機空時將達到目標重量的料斗門打開卸料至包裝袋中,然后進行包裝工序。由此可見這種高速度的工作只能由計算機來完成。
本系統(tǒng)采用重量式計量和多秤組合量原理,14頭秤聯(lián)動雙包裝機交替完成包裝工序。
1.1電子稱量系統(tǒng)
電子稱量系統(tǒng)是整機的關(guān)鍵部分,它由機械稱量斗、斗門傳感器、重量顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、8279可編程接口、單片機和執(zhí)行機構(gòu)(氣閥、電磁閥)等部分組成。按常規(guī)控制方式,輸入輸出均使用并行口,但本系統(tǒng)的特殊性就在于信號量大,控制復(fù)雜。若用并行口方式,軟硬件設(shè)計難度大而且調(diào)試困難,因此我們采用了8279傳感器方式,輸入輸出控制全部由8279完成,使系統(tǒng)設(shè)計簡單調(diào)試方便。
其工作過程是:當8279接收到儲料斗傳感器發(fā)來的分料完畢的關(guān)門信號時,識別是哪桿秤,然后發(fā)A/D采樣信號進行稱量,稱量完畢單片機進入隨機組合算法的運行,組合完成后8279查詢到某一包裝機的就緒信號則發(fā)指令給執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)料斗門打開卸料的機械動作。在這一系列的過程中,單片機負責(zé)控制信號的采集、發(fā)送、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)存儲、稱斗組合、傳輸管理、報警判別等工作。
1.2包裝機系統(tǒng)
包裝機系統(tǒng)由左、右兩臺包裝機組成。完成一袋成品的包裝要經(jīng)過包裝膜遞進、打印、包裝袋背封、端封、夾緊、切斷六個工序。每包裝完一袋,計算機接收到就緒信號后,控制電子秤又卸下一秤,如此左右兩機交替工作,高速運轉(zhuǎn)完成包裝任務(wù)。
2控制軟件結(jié)構(gòu)及特點
控制軟件為模塊式結(jié)構(gòu)。
2.1鍵功能模塊
本系統(tǒng)在面板上提供40個鍵給用戶使用。分為參數(shù)設(shè)定和功能鍵兩部分。功能鍵中手動自檢開關(guān)料斗門和零位調(diào)整可稱作遙控鍵。因為分料器和料斗安裝在兩米以上的高臺上,當某一料斗出現(xiàn)故障時需要開門,爬上爬下很不方便,有了手動開門鍵,只要按下鍵,再按下某一數(shù)字鍵就可將對應(yīng)料斗門打開。同樣,要想調(diào)節(jié)某一料斗的零位,按下調(diào)零鍵,再按某一數(shù)字鍵就可調(diào)節(jié)對應(yīng)稱斗的零位。另外,分料器工作時間、目標重量、過沖量值、批號、產(chǎn)量以及包裝機各工序時間間隔均可由鍵盤設(shè)定。鍵功能采用中斷方式,設(shè)定時不影響正常生產(chǎn)。
2.2自動稱量模塊
此模塊完成自動稱量(A/D采樣、濾波)、目標重量組合算法、過沖量自動調(diào)整等功能。另外,在加料或卸料過程中,難免會有物料附在稱重斗中的現(xiàn)象,造成零點漂移或配重不準。因此在卸料停止和加料前,程序進行調(diào)零和校正配重的工作,這是自動方式。手動方式為上述鍵功能中的遙控方式。
2.3自動包裝模塊
此模塊完成包裝機工序的分時控制。
2.4光電信號處理模塊
該模塊接收主儲料斗、14個分料斗,14個稱重斗、左右包裝膜遞進、制動等光電信號傳感器輸入信號,經(jīng)判斷處理后再進行下一工序的輸出信號發(fā)送。
3高速度高精度的實現(xiàn)
由于本系統(tǒng)采用8279傳感器中斷方式接收各執(zhí)行機構(gòu)的動作信號,不占用各自工作時間。另外,在稱量時采用組合達到目標重量的方式,即單秤達到目標值則單稱卸料,兩秤之和達到目標值則兩秤卸料。因此實現(xiàn)了多秤聯(lián)動、交替稱重包裝的高速度運行。而高精度的實現(xiàn)則是本系統(tǒng)的難點。由于系統(tǒng)采用電子稱量方式,而且要達到180袋/分的速度,因此影響稱量精度的因素很多。首先是電壓不穩(wěn)造成A/D采樣不準,零點漂移也使稱量有誤差,再有就是分料不勻影響目標重量的組合。針對電壓波動,我們通過軟硬件結(jié)合的方法來解決。在硬件上,增加微分電路使輸入信號在A/D采樣時可以充分發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)換器的12位精度,就是二進制值的80個字對應(yīng)1克重量,這樣電壓的波動就可忽略不計了。軟件上,我們采用濾波方式,就是每個通道都采樣十個循環(huán)(間隔10毫秒),而每個循環(huán)采樣8次判斷其采樣值是否有效并求出平均值,然后對十個循環(huán)的值再求平均才作為重量值,若有突發(fā)的電壓波動,由于是無效值被去掉了,因而起到濾波的作用。對于零點漂移,硬件上使用運算放大器進行調(diào)整,軟件上采用校零功能,上面已有敘述。分料不勻的問題在機械上增強分料器上彈簧的強度,振動時不歪斜達到均勻分料的目的。軟件上采用負反饋偏差控制方式對過沖量進行調(diào)整。具體做法是,根據(jù)上次稱量的值與目標值的偏差來調(diào)整本次稱量中采用的過沖量值,即調(diào)整進料門的關(guān)門時間,使本次稱量與目標值的偏差減小,從而保證了稱量精度。
4結(jié)束語
本系統(tǒng)能通過液晶數(shù)碼管顯示稱重數(shù)據(jù),用發(fā)光二極管燈動態(tài)顯示14桿秤運行狀態(tài)和稱斗組合情況,監(jiān)視直觀,自動化程度高,操作人員只需開啟閉合電源即可。系統(tǒng)在實用中運行良好,使企業(yè)降低了損耗,增加了效益。

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