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在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有很多環(huán)節(jié)都涉及到定量稱量問(wèn)題，質(zhì)量計(jì)量的準(zhǔn)確與否直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。目前，定量質(zhì)量控制已在成品包裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，廣西和云南等地區(qū)淀粉生產(chǎn)企業(yè)，由于處于濕熱氣候地帶，其淀粉時(shí)有出現(xiàn)濕沾狀態(tài)，不能用傳統(tǒng)定量質(zhì)量包裝機(jī)進(jìn)行包裝，他們的定量質(zhì)量包裝控制都是采用先進(jìn)行靜態(tài)的機(jī)械稱量（或人工估質(zhì)量），然后再進(jìn)行人工稱量減余補(bǔ)差的方法。這樣往往導(dǎo)致生產(chǎn)效率極低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大，而且精度不高。因此，研究適合南方地區(qū)的粉狀物料自動(dòng)定量控制具有實(shí)在的應(yīng)用價(jià)值和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。為此，筆者研發(fā)一種以STC89C58RD+單片機(jī)為控制芯片，以HX711稱重專用A/D轉(zhuǎn)換器芯片為信號(hào)采集和放大部件，以力士樂(lè)變頻器為調(diào)速絞龍控制器的淀粉定量裝袋系統(tǒng)。
1淀粉包裝工藝改造
淀粉生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)就是計(jì)量裝袋。以往的工藝設(shè)備只是由淀粉集料箱、絞龍組成。啟動(dòng)絞龍，淀粉自動(dòng)落袋，由人工估質(zhì)量，然后放在電子秤上進(jìn)行減余補(bǔ)差來(lái)計(jì)量。引入組合控制的淀粉定量裝袋系統(tǒng)后，設(shè)備增加無(wú)動(dòng)力夾袋器、秤體支架和稱重傳感器，工藝流程是：淀粉從分級(jí)篩底部輸送到集料箱里面，由集料箱自由落料到絞龍，無(wú)動(dòng)力夾袋器將淀粉包裝袋夾緊，調(diào)速絞龍旋轉(zhuǎn)將淀粉裝入包裝袋進(jìn)行稱量，根據(jù)稱量結(jié)果進(jìn)行絞龍調(diào)速，控制落料速度和精度，當(dāng)秤量達(dá)到要求后，絞龍停止，完成一次自動(dòng)稱量灌裝過(guò)程。這種工藝流程設(shè)備工作原理簡(jiǎn)單，淀粉落料迅速，不受潮濕淀粉粘附的影響，設(shè)備體積不大，安裝方便，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉。
2定量裝袋系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及原理
2.1系統(tǒng)組成框架
控制系統(tǒng)由秤重傳感器、單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)、變頻器和三相交流異步電動(dòng)機(jī)組成，如圖1所示。

2.2系統(tǒng)硬件組成及工作原理
系統(tǒng)硬件由秤重傳感器、集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)系統(tǒng)、四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊、信號(hào)燈、鍵盤(pán)、光電耦合隔離繼電器模塊和變頻器等組成，如圖2所示。

2.2.1數(shù)據(jù)測(cè)量部分
該部分由秤重傳感器和集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器組成。稱重傳感器采用TX-H1型鋁合金電阻應(yīng)變式稱重傳感器，為了增加秤體的平衡度，采用4個(gè)秤重傳感器平衡支承秤體，4個(gè)傳感器并聯(lián)聯(lián)接，通過(guò)專用接線盒匹配阻抗。
集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器采用HX711電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片。HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器和放大器等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［3］。使用該A/D轉(zhuǎn)換器，降低了的整機(jī)成本，簡(jiǎn)化程序編制，提高了整機(jī)的性能和可靠性。
2.2.2數(shù)據(jù)處理部分
該部分功能是通過(guò)單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器工作，并接收A/D轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量數(shù)字信號(hào)，經(jīng)采樣、數(shù)字濾波和標(biāo)度轉(zhuǎn)換，得到實(shí)時(shí)質(zhì)量等數(shù)據(jù)，這樣就可以為三段調(diào)速，電機(jī)啟停提供控制的依據(jù)。單片機(jī)除了對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理外，還對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)實(shí)時(shí)質(zhì)量和預(yù)置質(zhì)量進(jìn)行顯示等。由于在很惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)有很強(qiáng)的抗干攏能力。因此，單片機(jī)的性能優(yōu)劣直接影響計(jì)量系統(tǒng)的整體性能，為了提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度、可靠性，同時(shí)考慮到實(shí)際工作環(huán)境淀粉粉塵多，附近電動(dòng)機(jī)頻繁啟停，變頻器較多，電源電壓波動(dòng)較大，筆者選用STC89系列單片機(jī)中的STC89C58RD+作為系統(tǒng)核心控制芯片，該芯片具有超強(qiáng)抗干擾、高抗靜電及超低功耗等功能，完全適合上述實(shí)際工作環(huán)境［4］。
2.2.3變頻調(diào)速控制部分
變頻器是該系統(tǒng)的核心，型號(hào)和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)準(zhǔn)性。經(jīng)過(guò)性價(jià)比較，本系統(tǒng)使用博世力士樂(lè)FSCG05系列G型通用型變頻器，功率范圍是1.0～5.5kW，電壓380V。變頻器的R、S、T端連接50Hz三相380V交流電源。輸出端U、V、W連接三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，輸出端U、V、W輸出頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。采用多段速、外部控制方式。通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速絞龍的啟停及三段速控制。調(diào)速絞龍采用快、中、慢三速喂料，其中以25kg淀粉裝袋為例，設(shè)定0～22kg以50Hz頻率快速喂料，設(shè)定22～24kg以20Hz頻率中速喂料，減小喂料慣性，設(shè)定
24～25kg以3Hz頻率慢速喂料，使最后落料緩慢穩(wěn)定，提高裝袋精度。
3單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)按模塊化設(shè)計(jì)，模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡(jiǎn)單化。從工作原理來(lái)看，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的功能模塊有：按鍵處理、數(shù)據(jù)比較、輸出控制和數(shù)碼管顯示等。這些功能模塊由主函數(shù)調(diào)用，其中數(shù)據(jù)采樣及濾波由定時(shí)器中斷控制。軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試可根據(jù)個(gè)人編程的習(xí)慣采用不同的組合方式。
4系統(tǒng)抗干擾的措施
4.1軟件抗干擾措施
（1）為了克服隨機(jī)干擾引起的測(cè)量誤差，軟件編程采用軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。本系統(tǒng)采用中值濾波和算術(shù)平均值波復(fù)合濾波方法。即，把采樣值先按從大到小的順序排列，然后將最大值和最小值去掉，再把余下的求和取其平均值［5］。本系統(tǒng)設(shè)置50ms采樣周周期，連續(xù)采樣8次，再通過(guò)復(fù)合濾波算法得測(cè)量值。通過(guò)數(shù)字濾波，基本能克服低頻、脈沖干擾和隨機(jī)噪聲的干擾。
（2）為了克服程序運(yùn)行混亂、死機(jī)等現(xiàn)象，軟件編程采用指令冗余、攔截技術(shù)、非正常復(fù)位的識(shí)別等措施。
4.2硬件抗干擾措施
（1）秤重傳感器信號(hào)引出線采用屏蔽電纜，與其他電纜分開(kāi)布線。
（2）單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)采用金屬盒屏蔽并接地。
（3）單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)電源的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源通過(guò)低通濾波器接交流電源。
5結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有淀粉企業(yè)裝袋系統(tǒng)簡(jiǎn)單改造，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況看，有以下特點(diǎn)：①設(shè)備改動(dòng)不大，成本較低；②降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境；③提高裝袋效率和裝袋精度；④系統(tǒng)采用三級(jí)調(diào)速控制，系統(tǒng)啟動(dòng)平穩(wěn)，落料均勻，速度變換平滑，節(jié)能效果明顯；⑤可靈活配置電氣控制方案，做到多方案選擇使用，如手動(dòng)、自動(dòng)變頻三段調(diào)速控制、自動(dòng)不變頻一檔快速控制等措施。需改進(jìn)的地方：①硬件在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性；②質(zhì)量標(biāo)定校正的簡(jiǎn)易性；③稱量定量反應(yīng)時(shí)間有待進(jìn)一步精確?？傊?，通過(guò)傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和變頻器組合控制在自動(dòng)包裝系統(tǒng)的應(yīng)用探討，目的在于能起拋磚引玉的作用，我們相信傳感器、單片機(jī)、變頻器技術(shù)必將在測(cè)量控制領(lǐng)域中日益發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用。

作者：老盛林；李偉祥；吳慧芳
 

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