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一、前言

闡述了一種用89C51單片機(jī)控制的定量自動(dòng)稱(chēng)量包裝系統(tǒng)的工作原理，以及控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。
在生產(chǎn)、流通日益社會(huì)化、現(xiàn)代化的今天，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝的機(jī)械化、自動(dòng)化，不僅是現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而且能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在包裝系統(tǒng)中采用微機(jī)對(duì)傳統(tǒng)的包裝機(jī)械進(jìn)行改造，有利于提高包裝機(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。介紹了以89C51單片機(jī)為控制器的定量稱(chēng)重包裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動(dòng)控制送料、封口等工序，并具有零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤、過(guò)沖量自動(dòng)校正等功能。主要用于粉末、小顆粒等物料的定量稱(chēng)量包裝與配料系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括電子稱(chēng)量測(cè)量、控制、傳輸和密封等部分。傳遞部分是由電機(jī)控制的一種鏈板傳動(dòng)系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝件的傳遞；封口機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品和包裝的不同，自動(dòng)執(zhí)行縫包、墊封或卷邊封口等功能；計(jì)量部分由稱(chēng)量傳感器和相應(yīng)的測(cè)量顯示儀表組成，完成對(duì)物料的稱(chēng)量分包和重量顯示；單片機(jī)及其相應(yīng)的控制執(zhí)行電路，負(fù)責(zé)定量稱(chēng)量包裝系統(tǒng)各工序的自動(dòng)控制。
該系統(tǒng)根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)定量包裝。它的基本工作過(guò)程包括稱(chēng)重、卸料、輸送、封口四個(gè)階段。
稱(chēng)重開(kāi)始時(shí)，控制器控制進(jìn)給閥門(mén)與進(jìn)給閥門(mén)同時(shí)開(kāi)啟，物料進(jìn)入稱(chēng)重斗。在稱(chēng)重斗中，當(dāng)物料的重量達(dá)到粗加料閾值時(shí)，控制粗加料閥關(guān)閉，物料從粗加料閥流出，進(jìn)入粗加料階段。稱(chēng)重斗的數(shù)量接近目標(biāo)值，達(dá)到細(xì)加料門(mén)限時(shí)，控制細(xì)加料門(mén)關(guān)閉，稱(chēng)重過(guò)程完成。接著套裝包裝容器并觸動(dòng)夾具工作，打開(kāi)稱(chēng)量斗的卸料閥，將物料卸入包裝容器。卸載后，關(guān)閉卸載閥，夾持裝置自動(dòng)松開(kāi)，將裝料的包裝容器落在傳送帶上，由傳送機(jī)構(gòu)送至封口裝置，完成封口工序。
二、硬件設(shè)計(jì)。
該系統(tǒng)的硬件電路主要由稱(chēng)量電路，控制電路，作動(dòng)器等組成。
每側(cè)有一個(gè)稱(chēng)重傳感器，在稱(chēng)量斗的兩端的力支撐點(diǎn)上檢測(cè)每包在斗中的物料的重量，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。采用測(cè)試電路將信號(hào)進(jìn)行放大等處理后送到A/D轉(zhuǎn)換器中，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出，再用單片機(jī)讀取A/D輸出的數(shù)字量并進(jìn)行運(yùn)算處理，得到所測(cè)物料的重量值，然后用數(shù)字形式顯示物料重量。
該系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)作為處理器，內(nèi)部集成CPU、RAM、ROM、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、中斷處理系統(tǒng)和I/O口等多種功能部件[2]，設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)可靠性高。
在硬件上采用LED數(shù)字顯示屏，除了能顯示物料重量外，還能同時(shí)顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)信息；使用鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的鍵控操作和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定；通過(guò)擴(kuò)展I/O口，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定的輸出開(kāi)關(guān)量控制，保證了電磁閥、電機(jī)等執(zhí)行元件的可靠、協(xié)調(diào)工作。
三、軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)軟件包括多個(gè)子程序和一個(gè)主程序。主要包括系統(tǒng)初始器、零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤調(diào)整、粗料定量控制、過(guò)沖量自動(dòng)校正、出料輸送封口控制等功能模塊。
3.1實(shí)現(xiàn)零位自動(dòng)跟蹤調(diào)整。
卸載和加料時(shí)，物料會(huì)與稱(chēng)量斗壁發(fā)生少量粘連，造成稱(chēng)量零點(diǎn)漂移。為了修正稱(chēng)量誤差，在每次加料前，稱(chēng)量過(guò)程由單片機(jī)控制自動(dòng)完成，并將其作為下一次加料稱(chēng)量的參考零點(diǎn)，以保證下一次實(shí)際加料的稱(chēng)量值不受稱(chēng)量零點(diǎn)漂移的影響。
3.2粗細(xì)物料加料閾值設(shè)置。
粗細(xì)兩種加料閥的設(shè)計(jì)目的是兼顧加料速度和加料精度。粗細(xì)進(jìn)給閥均開(kāi)時(shí)，進(jìn)給速度快，閾值一般可設(shè)定在目標(biāo)值的70%~90%。細(xì)級(jí)加料時(shí)，只開(kāi)細(xì)級(jí)加料閥，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)加料量的精確控制，細(xì)級(jí)加料閥值應(yīng)等于目標(biāo)值減去過(guò)沖量。
3.3自動(dòng)修正過(guò)沖量。
在細(xì)小進(jìn)料閥關(guān)閉、系統(tǒng)停止進(jìn)料時(shí)，從進(jìn)料口到稱(chēng)量斗之間的一段“飛流”最終會(huì)落入包裝容器，使實(shí)際重量超過(guò)定量包裝的目標(biāo)值，同時(shí)，在進(jìn)料過(guò)程中，由于物料沖擊稱(chēng)量斗，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)重量標(biāo)值增加的現(xiàn)象。二者對(duì)稱(chēng)量結(jié)果的影響量可以統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)沖量。因此，實(shí)際加料量應(yīng)該與細(xì)粒級(jí)的閾值相對(duì)應(yīng)，再加上過(guò)沖量。該系統(tǒng)采用負(fù)反饋偏差控制技術(shù)，自動(dòng)對(duì)過(guò)沖量進(jìn)行校正。它的基本方法是根據(jù)上一次稱(chēng)量值與目標(biāo)值的偏差來(lái)調(diào)整本次稱(chēng)量過(guò)程中所用的過(guò)沖量值，即調(diào)整細(xì)進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間，以減少本次稱(chēng)量值與目標(biāo)值的偏差，提高定量包裝的準(zhǔn)確性。
3.4鍵盤(pán)程序。
通過(guò)鍵盤(pán)處理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)按鍵狀態(tài)的查詢(xún)、判斷和響應(yīng)，并完成相應(yīng)的鍵功能處理，鍵功能主要有：目標(biāo)值設(shè)置，加料門(mén)限設(shè)置，手動(dòng)鍵操作等。
3..5子程序顯示。
該顯示器可實(shí)現(xiàn)稱(chēng)量結(jié)果的轉(zhuǎn)換處理和LED數(shù)碼管的顯示，同時(shí)還能顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息，便于用戶實(shí)時(shí)直觀地了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
四結(jié)論。
采用89C51單片機(jī)對(duì)定量包裝系統(tǒng)進(jìn)行稱(chēng)量，實(shí)現(xiàn)了定量包裝過(guò)程的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率和包裝精度。

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