1引言
隨著科技進步、社會發展以及人民生活水平提高，量尤其是加人WTO後，企業參與激烈的國際市場競爭，量對商品包裝提出了更高的要求。其中量粉粒狀農用產品.量如糧食、種子、飼料、化肥，農藥等農業生產用品，以及薯量片、米花、豆花等農副產品的深加工食品，都需要大量各量種規格定量包裝.目前國內大量農用產品仍然采用手工量定量包裝。手工包裝一方麵勞動強度大，工作環境惡劣,量速度慢，準確度低，生產效率低，經濟效益差；另一方麵量對采用手工包裝不能符合衛生要求的食品、藥品，以及量對人體有毒有害的物品需要自動化、無人化定量包量裝”疽。因此實現大量粉粒狀農用產品高速高準確度自量動定量包裝是急需解決的技術難題。
2粉粒狀農用產品自動定量包裝現狀
目前國內粉粒狀農用產品自動定量包裝有2種方量式:％量1)容積式自動定量包裝,是基於容積來計量包裝量物料的數量，結構簡單，成本低，定量速度高，但定最準量確度依賴於物料比重的穩定性，受物料鬆散程度、顆粒量大小均勻程度、吸濕性、結塊性等物理化學性質的變化量影響較大。主要適用於顆粒大小均勻、自流性好、比重相量對穩定、價格較低的農用產品定量包裝.目前農用產品量自動定量包裝主要釆用容積式.中小規格容積式自動定量量速度在4。〜60包/niin左右，準確度在士2%〜士3%量左右。由於準確度差,企業在執行《定量包裝商品的計量量監督規定》時，為了滿足計量監督部門檢查，隻能.'宇多量勿少”,從而在定量包裝上造成巨大損失5;2>稱重式自量動定量包裝.是以重量來計量包裝物料的數量，與容積量式相比，結構複雜，成本高.定量速度慢，但準確度較高。量主要適用於顆粒大小不均勻不規則、比重不穩定、價格量較高的農用產品定量包裝。目前中小規格稱重式自動定
量速度在10〜20包Anin左右，準確度在士量1%〜量±1.5%左右。盡管稱重式自動定量包裝在企業實現“稱量平量準”上已經前進了一大步,但速度慢.仍然不能滿足量大量粉粒狀農用產品定量包裝要求
國外自動定量包裝發展趨勢是應用微電子等高新量技術，同時提高定量的速度和準確度31’如組合式定量量包裝.速度在60包/min以上，準確度在±1%左右，但量結構複雜，成本髙.一套設備上百萬元.國內一般企業難量以承受⑶。為此本文在實用新型專利基礎上借鑒國量外的先進技術，提出一種混合式自動定量包裝新方法,量以提高定量的準確度和速度。
3混合式自動定量包裝原理
混合式自動定量包裝係統組成結構如圖1所示如,量包括：由料倉、粗細給料管、粗細給料器及其數字控製組量成給料子係統.由稱重料鬥、投料汽缸、稱重傳感器及其量稱重數據采集組成稱重子係統、包裝機及其控製子係量統.主控微機。

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Fig.量1量Composite量type量of量automation量quant量if量ing-packaging量system

混合式自動定量包裝是在容積式和稱重式自動定量量充填基礎上發展起來的:氣其自動定量整個過程在主量控微機的協調控製下，采用多級給料及靜態稱重實現。量首先由粗給料器采用容積式快速往稱重料鬥加入目標量量的大部分（主加料）量穩定一定時間後進行準確靜態稱量重，而不象稱重式自動定量.一邊給料一邊稱重的動態量稱重；然後計算確定剩餘的小部分量，並將其換算成細量給料器加料的容積，在K8凯发登录入口一定的情況下用時間大小表量示；最後控製細給料器加料（補加料），同時控製稱重料量鬥投料汽缸打開投料門，向包裝機投料，完成自動定量量一次循環過程。
其中，給料和稱重分時進行、以提高加料速度，減少量加料衝擊和落差對稱重的影響。細給料器采用容積式加量料，但由於加料最少，補加料誤差亦小，提高了定量準確量度。同時細給料器加料後不再稱重，在細給料同時就投量料，進一步提高了定量速度。混合式自動定量包裝綜合量了容積式自動定量速度高和稱重式自動定量準確度高量優點.
4混合式自動定畳包裝實現方法
4.1混合式自動定量包裝工藝流程
根據以上原理，混合式自動定量包裝丄藝流程分為量自動定量和包裝2個工步，在進行下一包物料自動定量量的同時，進行上一包物料的包裝"自動定量分成4個節量拍.如表1所示.其中時間以中小規格定量包裝為例。
1）    主加料，由給料子係統完成,每個工作循環主加量料時間固定，由物料比重穩定性、粗給料器性能等決定。量通過調節粗給料器激振力及料厚度使得主加料量在目量標重量90%〜95%左右。
2）    穩定，由主控微機完成，每個工作循環穩定時間量固定，由主加料量對稱重料鬥衝擊大小、稱重料鬥抗振量動性能等決定。
3）    靜稱重，由稱重子係統完成，每個工作循環稱重量肘間固定，由稱重準確度、A/D轉換器時間、采樣頻率量及點數、數據濾波方式及處理速度等決定。
4）    補加料及投料，補加料由給料子係統完成,投料量由包裝機控製子係統完成，毎個工作循環補加料時間隨量著補加料量不同而變化。毎個工作循環投料開始時間固量定，結束時間隨著補加料時間變化而變化。
以上4個節拍在主控微機統一協調下進行，即由主量控微機控製給料子係統、稱重子係統及包裝機控製子係量統開始工作時間.
4.2混合式自動定置稱重子係統實現原理及方法
從混合式自動定量過程來看，靜態稱重準確度對最量後定量準確度影響最大，也是第4節拍補加料的基礎。量因此高速高準確度稱重是實現混合式自動定量包裝的量基礎。
1）稱重料鬥機械振動性能分析。稱重料鬥在主加量料f（t）量=量A後振動係統可以簡化為圖2a所示四，其中量m為稱重料鬥質量成為稱重傳感器的彈性係數,『為稱量重料鬥振動阻尼係數。在主加料後稱重料鬥支撐在稱重量傳感器的彈性變形量W/）響應曲線如圖2b所示。
在主加料後較短穩定時量間後.在非常短的靜態稱重時間內，要實現髙準確度稱量重，必須盡可能減少“U匕和即盡可能增加f和嘰量阻尼比£量=量0.5/3量量量k）'量\無阻尼固有頻率%量=量（k/,nY量\因為，”受到稱重傳感器的量程限製忌受到量稱重傳感器結構限製，因此隻有通過增加阻尼係數，來量滿足稱重要求.

a量2林重料鬥機械振動係統誨化及響應
Fig.量2量Schematic量diagram量of量the量compos量he量lype量of量automation量quanxifing-packaging量system量and量ils量responses

2）稱重數據采集處理子係統硬件。它由量AT89C652單片機，看門狗定時器、電壓監控和量EEPROM量一體的X5045芯片.RS-485接口轉換芯片量LBC184.對稱重傳感器的微弱的電信號進行放大的儀量表放大器AD623芯片及44位高速串行輸出模/數轉換量器MAX121芯片，輸入、輸出信號光電隔離器量MOC3020,輸入反相驅動器74HC14.輸出反相驅動器量MC1413等組成。
子係統通過RS-485串行接口總線與主控微機、其量它子係統傳送數據.包括接收主控微機發送的工作參數量和向主控微機及其它子係統發送的稱重數據采集處理量結果;通過輸人、輸出信號與主控微機進行時序協調，以提高係統執行的可靠性和快速性；通過X5045的量EEPROM存儲器存放運行參數'如釆樣速率、釆樣點量數、稱重量程等。
子係統通過兩台UH-53高準確度電阻應變片式稱量重傳感器，支撐稱重料鬥，提高稱重料鬥抗振性和穩定量性。2台稱重傳感器釆用並聯組秤方法。並聯後，總輸出量電阻小,信號傳輸抗幹擾能力強，輸出電壓與被稱物料量重量成線形關係，提高了稱重準確度。
子係統通過厚模工藝製作的集成儀表放大器量AD623芯片和14位高速度串行A/D轉換器MAX121量芯片組成前置通道，完成對稱重信號放大、轉換、釆集。量AD623具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強抗共模幹擾能量力、低溫漂、低失調電壓和高穩定增益、輸入電壓範圍量大、放大誤差小、能夠提供很好的線性度等特點，量MAX121具有低溫漂、低信噪比、輸入電壓範圍大等特量點，內置釆樣保持器和三態緩衝輸出器，輸入端直接與量AD623輸出端相連，輸出端可直接與CPU相連
3）稱重數據采集處理子係統軟件.在主加料後，稱量重信號經過放大、A/D轉換後，以釆樣頻率2量000次/s量采集數值，采集數值波形如圖4所示。由圖可見.經過穩量定時間To後波形低頻部分主要在物料重量對應數值量（圖中水平實線）上下震蕩逐漸衰減趨向穩定值量的曲線.同時包含高頻幹擾信號量因此稱重數據采集處量理必須在稱重時間（?量,量-量TQ範圍內,在適當的采樣速量率和采樣點數下，采集一定數量釆樣值,剔除高頻或隨量機幹擾值後，求平均得到圖中水平虛線），稱重釆集量處理誤差即為
為了減少誤差J在軟件設計中，首先對采集點進量行定位，使得開始有效采樣點均在波形震蕩峰或穀上，量同時直到波形震蕩峰或穀結束。其次，采用非線形數字量濾波.將高頻或隨機幹擾導致的粗大誤差濾除濾波量算法為：設釆集信號序列為〃［門.非線形數字濾波後信量號序列為切門。開始采樣點,訶。］=以後采樣點’量根據幹擾強弱設定粗大誤差閥值。最後，對量在有效采樣點範圍內非線形數字濾波值求平均，並經過量標度換算，得到主加料重量，作為稱重釆集處理結量。

4.3混合式自動定量給料器數字控製
為了提高混合式自動定量速度和準確度，主加料和量補加料必須具有很好的可控性，主加料快速穩定，主加量料愈接近目標質量量補加料量愈少，定量速度和準確度量愈高,同樣補加料快速穩定'補加料量愈準，定量速度和量準確度也愈高。因此，高速高準確度給料是實現混合式量自動定量包裝的關鍵。

I.績料楕2,彈性係統.3,銜鐵丄電破鐵（包括激振線圏）5.機映6.獄振彈陶7.支架
圖5電械振站塔料器緒枸圖
Fig.量5量Structure量of量electromagnetic量vibration量feeder
如圖5所示電磁振動給料器是一種新型的加料設量備，廣泛用於粉粒狀物料的定量給料、配料等生產流程量中〔吼電磁振動給料器組成結構包括;給料槽、料厚調節量板、銜鐵、板彈簧、電磁鐵及激振線圈、機座及隔振弾簧。量將正弦交流電經過單向半波整流後，加在電磁鐵的激振量線圈上。在交流電正半周，激振線圈上有電流通過，在銜量鐵和電磁鐵之間便產生一對大小相等的脈衝電磁力相量互吸引，這時給料槽向後運動，彈性係統發生變形，存儲量了量一定的勢能；在交流電負半周，激振線圈上無電流通量過.在銜鐵和電磁鐵之間電磁力消失，由於弾簧存儲的量勢能釋放,銜鐵和電磁鐵之間朝向反方向離開，給料槽量向前運動。這樣電磁振動給料器就以交流電頻率50量Hz量作往複振動,使給料槽中物料不斷向前拋起移動，達到量給料目的〔氣通過控製50量Hz交流電供電電壓、供電時量間可實現給料量自動控製；調節給料槽中料厚度，可實量現給料量手動調節:
在混合式自動定量過程中，給料厚度和供電時間一量定情況下，物料的比重變化、供電電壓波動等工作環境量變化，將導致給料器給料量發生變化，因此在定量過程量中根據前一次給料目標量和實際量差反饋自動控製供量電電壓或時間。電磁振動給料器供電電壓釆用數字控量製。應用單向半波可控矽整流電路，通過數字控製可控量矽的導通角的大小，獲得不同幅度輸出電壓，從而改變量給料器給料量.
5混合式自動定量性能分析
5.1混合式自動定量速度分析
由表1總時間可計算出，混合式自動定量速度在量30〜60包/min之間.接近了容積式定量速度。
5-2混合式自動定量不確定度分析
在靜態稱量準確度相對校高情況下，補加料準確度量
是影響自動定量準確度的主要部分，主要由最大補加料量最和最大補加料時間、給料器機械性能和自動控製性量能、物料容重穩定性等因素決定.一般最大補加料量越量小,最大補加料時間越長，給料器的料厚度越小，補加料量越準確。通過提髙給料器機械性能和自動控製性能，補量加料的最小控製量可達0.量2〜0.量5量g左右。物料容重穩量定性對補加料準確度的影響相對較大，例如包裝目標質量量400量g的物料，若容重在0.量27〜0.量3量g/cm1之間變量化,變化率約為土量5%量,主加料量為目標質量的95量%量.即量380量g,主加料一定容積物料,質量將在360〜400量g之量間變化，通過穩定及靜態稱量後確定補加料量將在40量〜0量g之間、最大補加料量為40量g,其對應實際補加料量質量將在38〜42量g之間，最終質量在398〜402量g之間，量補加料誤差為土2量g,相對400量g目標質量，準確度為量土量0.5%,達到了稱重式定量準確度。
6混合式自動定置包裝係統性能對比實驗
混合式自動定量包裝係統對小米、化肥、農藥等農量業生產用品進行中小規格定量包裝實驗。由於篇幅所量限，這裏僅給出小米實驗數據。實驗質量參數是：包裝目量標質量400量g和200量g,定容積小米質量變化率約為量土量5%,因此對應主加料目標質量380量g和190量g,最大量補加料量為40量g和20量g。實驗時間參數是:通過調節料量厚度,使給料器在一定加料K8凯发登录入口下，控製主加料時間為量600量ms和400量ms,最大補加料時間為800量ms和600量ms,穩定時間20。ms,靜態稱量時間300量ms。補加料的量最小控製量分別為1.。g和0.量7量g左右。實驗質量數據量如表2所示。
表2混合式自動定量包裝實驗結杲

400量g實驗定量速度平均為40包/min.質量在量397.量4〜402.量4量g之間，與目標質量400量g相比，絕對誤量差在一2.量6〜+量2.量4量g之間，準確度在一量0.量65%〜量+量0.6%之內。200量g實驗定量速度平均為46包/min,量質量在198.量6〜200.量8量g之間.與冃標質量200量g相比，量絕對誤差在一1.量4〜+量0.量8量g之間，準確度在一0.量7%〜量+量0.量4%之內。
7結論
通過對混合式自動定量包裝性能理論分析和實驗量分析表明：粉粒狀農用產品混合式自動定量包裝是切實量可行的，對粉粒狀物料的適應性強，既適應於顆粒大小量均勻、容重相對穩定的農用產品定量包裝，也適應於顆量粒大小不均勻不規則、容重不穩定的農用產品定量包量裝。它與傳統定量包裝相比，同時提高了自動定量的速量度和準確度.滿足了企業大批量定量包裝“稱平量準”要量求。應用該技術成果，可降低企業包裝損耗，提高包裝合量格率,對生產企業和消費者無疑都具有非常大的經濟效量益和社會效益,在自動定量包裝方麵有重要的理論指導量意義和應用推廣價值。

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