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0引言
由于淀粉物料本身的特點(diǎn)，對(duì)淀粉實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重包裝釆用絞龍供料要想達(dá)到較高的精度是比較困難的，比較成功的供料方式是風(fēng)送，這導(dǎo)致機(jī)械部分的復(fù)雜，伴隨著電控部分相對(duì)于其它定量稱重包裝設(shè)備的控制儀表也復(fù)雜，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備大部分是進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)化是必然的趨勢(shì)。針對(duì)這種情況，開發(fā)研制了一種淀粉稱重包裝控制器。
1系統(tǒng)的工作流程
系統(tǒng)的機(jī)械部分主要包括料倉(cāng)、壓力罐、快慢流閘門、噴嘴、袋夾、袋托，機(jī)械部分如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)在控制器的控制下，根據(jù)淀粉的重量、現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)開關(guān)，進(jìn)行不同的動(dòng)作控制和相應(yīng)的報(bào)警輸岀。主要流程如下：

1）開機(jī)后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)的正誤，如有錯(cuò)誤，提示出來(lái)，如不改正，不能往下進(jìn)行；如無(wú)錯(cuò)誤，系統(tǒng)可以進(jìn)入保持或運(yùn)行狀態(tài)。
2）在保持狀態(tài)下，用戶可以進(jìn)行一、二、三級(jí)數(shù)據(jù)的設(shè)定和存取，以及一些數(shù)據(jù)的打印和顯示。
3）按下“運(yùn)行”鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)稱重系統(tǒng)清零，如果零偏差超出設(shè)定值，系統(tǒng)報(bào)警，直到零點(diǎn)偏差小于設(shè)定值，方可進(jìn)入下一步，等待啟動(dòng)信號(hào)。
4）能否進(jìn)入稱重循環(huán)，還要看料倉(cāng)的料位、壓力罐中淀粉的料位。都滿足后，關(guān)閉壓力罐，該動(dòng)作發(fā)出后，壓力罐的截流門未關(guān)嚴(yán)，將產(chǎn)生報(bào)警，不解除，不能進(jìn)入下一步。
5）當(dāng)壓力罐關(guān)嚴(yán)后，給出提示，可以放袋到噴嘴上，按下關(guān)合袋夾按鈕，控制器輸出夾袋動(dòng)作，動(dòng)作發(fā)出后,袋未夾好，系統(tǒng)報(bào)警，袋夾好后，解除報(bào)警。
6）如果解除上述報(bào)警或未發(fā)出上述報(bào)警，則開始向袋內(nèi)全流放料，在放料到一定重量后，袋托抬起，在全流結(jié)束后，開始細(xì)流送料，在這個(gè)過(guò)程中，可能產(chǎn)生短細(xì)流報(bào)警、慢循環(huán)報(bào)警。
7）裝料結(jié)束后進(jìn)行袋重抽檢。抽檢過(guò)程中可能產(chǎn)生超重報(bào)警、欠重報(bào)警、稱重器振動(dòng)報(bào)警。
8）稱重結(jié)束后，傾斜袋托，放下裝滿淀粉的袋子，進(jìn)入下一個(gè)稱重循環(huán)。
2方案選擇
現(xiàn)在生產(chǎn)中使用的定量包裝電子秤，其控制儀表都是以單片機(jī)為核心的稱重控制儀表，它所能處理的輸入輸出量較少，適用于顆粒狀或不易吸濕的粉狀物料的包裝控制，由于淀粉定量包裝設(shè)備的機(jī)械部分較一般的復(fù)雜，需要更為復(fù)雜的時(shí)序動(dòng)作控制，以目前現(xiàn)有的以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)很難勝任，而復(fù)雜的時(shí)序動(dòng)作的控制正是PLC的特長(zhǎng)，但是PLC的交互能力較弱，且高位數(shù)模擬板的成本也較高；作為一個(gè)完整的稱重控制系統(tǒng)，有許多參數(shù)需要經(jīng)常改變，即需要豐富的鍵盤能力，這是一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所擅長(zhǎng)的，所以可取兩者的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)是PLC子系統(tǒng)加單片機(jī)子系統(tǒng)。這是第一個(gè)方案。另一個(gè)方案是整個(gè)系統(tǒng)采用STD總線工控機(jī)。因?yàn)镾TD總線工控機(jī)有豐富的的輸入輸出模板，容易組成系統(tǒng)，其可靠性也較高，但其所提供的A/D模板的位數(shù)有限也滿足不了稱重的要求。第三個(gè)方案是采用基于PC總線的工控機(jī)系統(tǒng)。作為基于PC總線的工控機(jī)也有豐富的輸入輸岀模板，而且可以在顯示器上形象地顯示現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)，并且可方便地進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，它的交互性是最好的，但其模擬板的A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)一般為12位，再高的位數(shù)，組成系統(tǒng)成本較高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的要求也最高。經(jīng)過(guò)比較我們選擇了第一種方案。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，我們選擇了性能價(jià)格比較高的韓國(guó)三星公司的PLCSP—100,由它來(lái)負(fù)責(zé)機(jī)械部分的動(dòng)作控制和一些現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)開關(guān)的監(jiān)測(cè)。
稱重部分采用我們自己設(shè)計(jì)的以單片機(jī)為核心而定量稱重控制器。
3.1PLC子系統(tǒng)
PLC釆用了3個(gè)輸入模塊和3個(gè)輸出模塊，分別解釋如下：
INT模塊1：全流信號(hào)、壓力罐料位、止流門關(guān)閉、袋夾關(guān)閉、空氣壓力、細(xì)流信號(hào)、噴嘴清理許可、輸送帶開動(dòng)。
INT模塊2：傾斜袋托、釋放認(rèn)可、上袋托延時(shí)繼電器、稱重器報(bào)警、噴嘴清理、抽檢信號(hào)、松袋延時(shí)選擇、殘物排放信號(hào)。
INT模塊3：電源、運(yùn)行信號(hào)、LED閃爍信號(hào)、稱重循環(huán)間隔信號(hào)。
OUT模塊1：止流門、準(zhǔn)備放袋、壓力罐排放、啟動(dòng)稱重信號(hào)、上袋托延時(shí)繼電器、下袋托、上袋托、清理噴嘴。
OUT模塊2；傾斜袋托、打開袋夾、中心報(bào)警、物料不足指示、細(xì)流輸送、截流門未打開報(bào)警、全流輸送、清零啟動(dòng)信號(hào)。
OUT模塊3：細(xì)流指示、全流指示、袋夾/稱重斗未準(zhǔn)備好報(bào)警、袋位置正確指示、袋夾關(guān)閉指示、準(zhǔn)備好指示。
整個(gè)工作過(guò)程由PLC的程序控制。
3.2稱重控制器子系統(tǒng)
它包括開關(guān)量輸入輸出電路、信號(hào)調(diào)理和變換電路、單片機(jī)系統(tǒng)（包括程序存儲(chǔ)器、EEPROM和看門狗電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、配置DIP開關(guān)）、鍵盤和顯示電路、打印機(jī)。
1）交流開關(guān)量輸入輸出電路：完成把稱重控制器的輸出信號(hào)送給PLC,同時(shí)把PLC的輸出信號(hào)輸入給稱重控制器。圖2中交流輸入可以是現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)，也可來(lái)自PLC輸出。控制輸出采用固態(tài)繼電器。
2）信號(hào)調(diào)理和變換電路：把稱重傳感器轉(zhuǎn)換的重量信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換器所能接受的幅值，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能處理的數(shù)字信號(hào)。
3）單片機(jī)系統(tǒng)：為稱重控制器的核心，它接受A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、顯示、判斷，進(jìn)行全流細(xì)流輸出、_些報(bào)警輸出；接受鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的碼制變換，并把必要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于EEPROM中；根據(jù)配置開關(guān)進(jìn)入不同級(jí)別程序。
4）打印機(jī)：可隨時(shí)打印時(shí)間、批次、累計(jì)袋數(shù)和累計(jì)重量。
5）鍵盤顯示模塊：完成人機(jī)交互功能和狀態(tài)顯示功能，共有八位數(shù)碼管顯示和一些狀態(tài)指示，還有32個(gè)按鍵，包括10個(gè)數(shù)字鍵和22個(gè)功能鍵，給用戶一個(gè)方便的操作界面。22個(gè)功能鍵包括：數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、批量計(jì)數(shù)、袋重檢查、菜單、自動(dòng)校零、自動(dòng)補(bǔ)償、批量袋數(shù)、預(yù)置重量、皮重、細(xì)流重量、補(bǔ)償重量、裝袋數(shù)量、識(shí)別號(hào)碼、裝袋單位、打印、測(cè)試、清零、運(yùn)行、保持、殘物排放、報(bào)警確認(rèn)。
由于靜態(tài)顯示方式數(shù)碼管發(fā)光亮，但顯示的信息少，而動(dòng)態(tài)顯示方式顯示信息比靜態(tài)的多，但數(shù)碼管不亮，所以數(shù)碼管顯示電路釆用了動(dòng)靜結(jié)合的電路，它以8279做動(dòng)態(tài)掃描，以74LS373作靜態(tài)鎖存，再加上相應(yīng)的譯碼控制電路，具體電路如圖3所示。其它電路都為標(biāo)準(zhǔn)電路，不再贅述。

3.3PLC子系統(tǒng)和稱重控制器子系統(tǒng)的聯(lián)系
PLC子系統(tǒng)和稱重控制器子系統(tǒng)的聯(lián)系如圖4所示，以往由稱重控制器發(fā)出的控制動(dòng)作，先傳給PLC,然后由PLC直接控制執(zhí)行器件。稱重控制器還根據(jù)稱重過(guò)程中出現(xiàn)的“短細(xì)流"、“慢循環(huán)"、"超重"、"欠重"、“稱重器振動(dòng)"'狀態(tài)，向PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由PLC接通報(bào)警燈，同時(shí)由稱重控制器顯示給出具體的報(bào)警類型。PLC根據(jù)時(shí)序動(dòng)作發(fā)給稱重控制器啟動(dòng)稱重、清零命令。

4系統(tǒng)工作參數(shù)的三級(jí)存取
本系統(tǒng)的工作參數(shù)針對(duì)不同的使用級(jí)別設(shè)置了三級(jí)存取權(quán)限。三級(jí)參數(shù)的存取級(jí)別最高，置入的是那些不需要經(jīng)常變更的參數(shù)，這些參數(shù)主要是根據(jù)機(jī)械設(shè)備情況及生產(chǎn)需要而設(shè)定。一般由生產(chǎn)工藝人員實(shí)施。必須打開控制柜，改變一定的硬件配置，然后用按鍵順次更改。這些參數(shù)如“抽檢袋數(shù)”、“超重上限”、"超重下限”、“全流穩(wěn)定填料時(shí)間”、“細(xì)流穩(wěn)定填料時(shí)間”等等。在二級(jí)參數(shù)存取中可以根據(jù)需要任意設(shè)置運(yùn)行中經(jīng)常用到的參數(shù),如“預(yù)置重量”、“皮重”、“細(xì)流重量”、“補(bǔ)償重量”、“批量計(jì)數(shù)”等。這一級(jí)參數(shù)可以由儀表工通過(guò)鍵盤的密碼控制設(shè)定，而無(wú)須改變硬件配置。因此其權(quán)限級(jí)別低于三級(jí)。對(duì)于一級(jí)參數(shù)存取，必須是二級(jí)和三級(jí)存取的參數(shù)都正確時(shí)方可進(jìn)行。在這一級(jí)別中，可由操作工調(diào)出二級(jí)存取中置入的所有參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行選擇。其權(quán)限僅是選擇二算和實(shí)驗(yàn)證明，大變形矯直方案具有更高的矯級(jí)設(shè)定的參數(shù)，而不能改變，因此權(quán)限級(jí)別最低。
5結(jié)束語(yǔ)
本文所給出的稱重包裝控制器，充分利用了PLC和單片機(jī)的特點(diǎn),使控制器既可滿足較復(fù)雜的時(shí)序控制要求，也給用戶一個(gè)友好的使用界面，提供了三級(jí)參數(shù)存取級(jí)別，方便用戶管理整個(gè)系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作于最佳條件。該控制器不僅滿足了淀粉包裝的需要，也可用于類似物料的包裝控制。

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