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0引言

粉狀物料重量是食品、化工、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)的重要工藝參數(shù),重量計量的準確與否直接影響到企業(yè)的信譽和經(jīng)濟效益。目前,隨著我國食品、化工、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)的迅猛發(fā)展,定量稱重控制器已在成品包裝行業(yè)得到廣泛應用。采用定量稱重控制器的包裝機可大大提高自動化程度,減輕勞動強度,保障生產(chǎn)的可靠性、安全性,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的質量及經(jīng)濟效益。同時隨著電子技術的不斷發(fā)展和進步,對定量稱重控制器的可靠性、穩(wěn)定性及功能健全方面的要求也越來越高。

本文所設計的控制器首要解決定量計量精度、ADC轉換速率和可靠性,其次完善控制器的功能,使之更具有通用性和實用性。

1系統(tǒng)的工作流程

定量稱重包裝機械設備,粉狀物料由供料機構送至備料斗,由備料斗向計量斗裝料采取三料速送方式,即大、中、小粉狀物投料在計量斗完成定量稱量后,卸料至包裝袋中,整個定量過程由定量稱重控制器進行控制,同時該控制器還提供夾袋、松袋控制。

本控制器通過對定時器的編程,實現(xiàn)了過程時間控制。只需要進行數(shù)據(jù)輸入就可以完成標定、工作參數(shù)設置、配方參數(shù)設置、日期時鐘輸入等操作。進行包裝前,從面板按鍵上輸入運行參數(shù)(包裝袋數(shù)、總重量、額定袋數(shù)等)和配方,或在計算機上操作通過通訊口輸入。進行包裝時,控制器根據(jù)運行參數(shù)和配方通過I/O口信號的輸出控制喂料電磁閥和夾袋電磁閥及其他執(zhí)行機構。為了保證喂料和卸料的速度,又要保證稱重的精度,計量過程分為大投、中投和小投階段。在一次稱重包裝過程結束后,控制器將自動把“包裝袋數(shù)”加1,然后把總袋數(shù)與額定袋數(shù)比較,若二者相等則停止下一次稱重包裝過程,返回至停止狀態(tài)。反之,則繼續(xù)進行下一次稱重包裝過程控制。包裝結束后,控制器進入停止狀態(tài)界面。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

本定量稱重控制器是一個機電一體化的計算機控制系統(tǒng)。采用STC89單片計算機配以必要的控制接口和控制軟件,實現(xiàn)定量下料的實時動態(tài)檢測和定量控制[1]。

2.1系統(tǒng)結構

定量稱重控制器是以STC89單片機為核心部件的智能化儀器。

系統(tǒng)由STC89單片機、稱重傳感器、信號的采集部分、A/D及轉換控制信號的輸出等組成。由于采用單片計算機和大規(guī)模集成電路技術、模塊化電路結構設計,因此該系統(tǒng)具有結構簡單、功能強、性能穩(wěn)定、控制精度高、操作維護方便等優(yōu)點。

2.2信號檢測及控制

定量稱重控制器中單片機需要對A/D轉換后的數(shù)字信號、按鍵信號、串口通訊信號等進行處理,數(shù)據(jù)處理部分是通過處理其輸入的數(shù)字信號來獲取測得值以及與測量有關的必需值。定量稱重控制器的應用場合一般還會有靜電、輻射和振動等干擾,根據(jù)這些設計需要,我們選用了STC89系列中的STC89C58RD+單片機。其內部電源供電系統(tǒng)、I/O口、時鐘電路、復位電路、看門狗電路均經(jīng)過特殊處理,所以具有超強抗干擾、抗靜電功能。

信號采集是將傳感器輸出的信號變成適用于數(shù)據(jù)處理的信號。本控制器信號采集是由電阻應變橋式稱重傳感器將受力時產(chǎn)生形變的電壓信號經(jīng)過直流運算放大器進行放大,有源濾波電路對其進行濾波后由A/D轉換模塊進行模數(shù)轉換,最后送入單片機。直流運算放大器選用的是具有低功耗通用的高精度放大器INA128。有源濾波電路中選用了兩個CA3140。

定量稱重控制器的性能除主要取決于單片機外,很大程度上還取決于A/D轉換器。本設計選用的是高精度模數(shù)轉換芯片ADS1211,具有24位精度并內含自校正∑-Δ轉換器、二階∑-Δ調制器、可編程數(shù)字濾波器和微處理器。芯片內有半自動校準功能,與SPI兼容,并可提供雙線控制模式。由于定量稱重控制器對信號的精確度要求較高,所以為了提高測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定度、消除干擾,A/D轉換部分的基準電壓和傳感器供電電源及ADC供電電源均采用獨立供電,如圖3所示[2]。

控制信號輸出電路是用于傳輸處理好的測量結果。主要由液晶顯示電路、開關量輸入輸出電路、串口通訊電路等構成。

本控制器的液晶顯示器主要用于監(jiān)控稱重數(shù)據(jù)、顯示工作狀態(tài)、查看有關參數(shù)、輸入數(shù)據(jù)及實時時間等。液晶顯示器選用的是OCMJ(奧可拉中文集成模塊)B系列液晶顯示器OCMJ4X12B,用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII碼即可實現(xiàn)文本顯示。單片機與液晶顯示器的連接如圖4所示。

開關量輸入輸出部分:開關量實現(xiàn)的是按鈕操作信號的輸入和單片機控制執(zhí)行機構信號的輸出。串口通訊部分:串口通訊芯片選用的是MAX232A,外圍電容為無極性的104電容。由單片機STC89C58RD+的TXD、RXD引腳和MAX232A芯片的T1IN、T2IN引腳連接形成通用的RS-232接口。這樣,控制器就可以方便地與計算機、打印機進行通訊了。

3控制軟件

軟件設計采用調試方便、結構清晰的模塊化結構。程序用KeilCx51語言編寫。軟件部分主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理,控制器外設(按鍵)控制,功能菜單顯示以及與串口的數(shù)據(jù)通訊等。程序包含了A/D采集、按鍵/開關量輸入、液晶顯示、實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲、串口通訊等內容。

程序執(zhí)行時由主程序根據(jù)單片機接收到的信號對各個子程序進行調用,從而達到控制器對各種外部信號進行處理和控制的目的。系統(tǒng)的總程序框圖如圖5所示:

4結束語

本定量稱重控制器主要用于粉狀物料定量裝袋秤測量與控制。此定量稱重控制器與傳感器、執(zhí)行機構組合后可構成各種自動包裝機,用于各類加工和生產(chǎn),控制器的可靠性、穩(wěn)定性好,功能齊全,顯示器菜單以中文的形式顯示出來,全中文菜單形式最大程度地便捷了國內用戶的操作,界面友好,操作方便,具有較高的性能價格比,稱量誤差<±0.004,非常適合粉狀物料的定量計量控制。

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