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本文介紹了一種采用89C51單片機控制的自動稱重定量包裝系統(tǒng)的工作原理及其控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計。

隨著生產和流通的日益社會化和現(xiàn)代化,實現(xiàn)產品包裝的機械化和自動化,不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產的發(fā)展方向,同時也可以獲得巨大的經濟效益。隨著計算機技術的飛速發(fā)展,將微機應用于包裝系統(tǒng),改造傳統(tǒng)的包裝機械,有利于改善包裝機械的性能,提高包裝設備的計量精度、速度和自動化水平[1]。本文提出一種以89C51單片機為控制器的定量稱量包裝系統(tǒng)。它實現(xiàn)了自動稱重定量給料以及傳送、封口等工作過程的自動控制,具有零位自動跟蹤和過沖量自動修正等功能。適用各種粉狀或小顆粒狀等物品的定量稱重包裝和配料系統(tǒng)。

本系統(tǒng)主要由電子稱重計量、控制、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是由一個由電機控制的鏈板傳動系統(tǒng),實現(xiàn)對包裝件的傳送;封口機構按產品和包裝的不同,自動執(zhí)行縫包、墊封或加蓋卷邊等功能;計量部件由稱重傳感器及相應的測量和顯示儀表構成,完成對物料的稱重分包與重量顯示;單片機及其相應的控制執(zhí)行電路承擔了定量稱重包裝系統(tǒng)各個工序的自動控制。

本系統(tǒng)以傳感器輸出信號為依據(jù)實現(xiàn)物料的自動定量包裝。其基本工作過程分稱量、卸料、傳輸和封口等四個階段。

稱量開始時,控制器控制貯料斗的粗進料閥和細進料閥同時打開,物料進入稱量斗。當稱量斗中物料重量達到粗加料閾值時,控制粗進料閥關閉,物料僅從細進料閥流出,進入細加料階段。當稱量斗物料量接近目標值,達到細加料閾值時,控制細進料閥關閉,稱量過程完成。接著套上包裝容器并觸動夾具工作,打開稱量斗的卸料閥,物料卸入包裝容器中。卸料完畢后,關閉卸料閥,夾具裝置自動松開,裝有物料的包裝容器落到傳送帶上,由傳送機構送至封口裝置,完成封口工序。

2　硬件設計

本系統(tǒng)硬件電路主要由稱重電路、控制電路和執(zhí)行機構等部分構成。

在稱量斗兩側的受力支撐點處各安裝一個稱重傳感器,用以檢測量斗中每次包裝物料的重量,并將其轉換成電信號輸出。通過測量電路對信號進行放大等處理后送至A/D轉換器,將模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出,利用單片機讀取A/D輸出的數(shù)字量并經運算處理后,獲得被測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單片機為處理器,其內部集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器、中斷處理系統(tǒng)和I/O口等功能部件[2],使設計電路簡潔,系統(tǒng)可靠性高。

硬件中的LED數(shù)碼顯示屏,除可顯示物料重量外同時能顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)的有關信息;利用鍵盤實現(xiàn)對系統(tǒng)的鍵控操作和有關參量設置;通過擴展I/O口,可實現(xiàn)設定的輸出開關量控制,確保電磁閥、電機等執(zhí)行部件的可靠、協(xié)調工作。

3　軟件設計

系統(tǒng)軟件由多個子程序和一個主程序組成。主程序主要包括系統(tǒng)初始化裝置、零點自動跟蹤調整、粗細加料定量控制、過沖量自動修正和卸料傳送封口的控制等功能模塊。

3.1　零點自動跟蹤調整的實現(xiàn)

在卸料和加料過程中會有少量的物料粘會于稱量斗壁,導致稱量零點漂移。為修正稱量誤差,在每次加料之前,由單片機控制自動完成一次稱量過程,并以此值為下一次加料稱量過程的參考零點,這樣可保證每次實際加料量的值不會因稱量零點的漂移而受到影響。

3.2　粗、細加料閾值的設定

采用粗、細兩加料閥的設計目的是兼顧加料的速度和給料的準確性。當粗、細加料閥均打開時,加料速度快,閾值一般可設置為目標值的70%～90%。在細加料過程中,僅細加料閥開啟,易于實現(xiàn)對加料量的精確控制,細加料閾值應等于目標值減去過沖量。

3.3　過沖量自動修正

當細加料閥關閉,系統(tǒng)停止加料時,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,使實際重量超過定量包裝的目標值,同時加料過程中由于物料沖擊稱量斗將產生瞬時重量標值增加的現(xiàn)象?？蓪烧邔ΨQ量結果的影響量統(tǒng)稱為過沖量。由此可見,實際加料量應等于細加料閾值加上過沖量。本系統(tǒng)采用負反饋偏差控制技術自動修正過沖量。其基本方法是根據(jù)上次稱量值與目標值的偏差來調整本次稱量過程中采用的過沖量的值,即調整細進料閥的關門時間,以減小本次稱量值與目標值的偏差,提高定量包裝精度。

3.4　鍵盤子程序

用鍵盤處理程序實現(xiàn)對按鍵狀態(tài)的查詢判斷和響應并完成相應鍵功能的處理,鍵功能主要有:目標值設置、粗加料閾值設置、手動鍵控操作功能等。

3.5　顯示子程序

顯示子程序實現(xiàn)對稱量結果的轉換處理,并控制LED數(shù)碼管顯示,同時顯示當前系統(tǒng)工作狀態(tài)信息,便于用戶實時直觀地掌握系統(tǒng)的運行狀況。

4　結束語

本設計將89C51單片機應用于稱重定量包裝系統(tǒng),實現(xiàn)了定量包裝過程的自動化,提高了生產效率和包裝精度。

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