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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(guò)程的自動(dòng)控制, 具有零位自動(dòng)跟蹤和過(guò)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。

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(cè)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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)測(cè)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(cè)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(jiǎn)潔, 系統(tǒng)可靠性高。

硬件中的L ED 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程, 并以此值為下一次加料稱量過(guò)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(guò)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(guò)沖量。

3. 3　過(guò)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(guò)定量包裝的目標(biāo)值, 同時(shí)加料過(guò)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(guò)沖量。由此可見(jiàn), 實(shí)際加料量應(yīng)等于細(xì)加料閾值加上過(guò)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(guò)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(lái)調(diào)整本次稱量過(guò)程中采用的過(guò)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L ED 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(yǔ)

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(guò)程的自動(dòng)化, 提高了生產(chǎn)效率和包裝精度。

參考文獻(xiàn)

1. 許林成. 包裝機(jī)械原理與設(shè)計(jì). 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1988.
2. 余永全. A TM EL 89 系統(tǒng)列F lash 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1997

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