本文介紹了一種采用89C51單片機控製的自動稱重定量包裝係統的工作原理及其控製係統的硬件和軟件設計。

隨著生產和流通的日益社會化和現代化,實現產品包裝的機械化和自動化,不僅體現了現代生產的發展方向,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展,將微機應用於包裝係統,改造傳統的包裝機械,有利於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單片機為控製器的定量稱量包裝係統。它實現了自動稱重定量給料以及傳送、封口等工作過程的自動控製,具有零位自動跟蹤和過衝量自動修正等功能。適用各種粉狀或小顆粒狀等物品的定量稱重包裝和配料係統。

本係統主要由電子稱重計量、控製、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是由一個由電機控製的鏈板傳動係統,實現對包裝件的傳送;封口機構按產品和包裝的不同,自動執行縫包、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製執行電路承擔了定量稱重包裝係統各個工序的自動控製。

本係統以傳感器輸出信號為依據實現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,控製器控製貯料鬥的粗進料閥和細進料閥同時打開,物料進入稱量鬥。當稱量鬥中物料重量達到粗加料閾值時,控製粗進料閥關閉,物料僅從細進料閥流出,進入細加料階段。當稱量鬥物料量接近目標值,達到細加料閾值時,控製細進料閥關閉,稱量過程完成。接著套上包裝容器並觸動夾具工作,打開稱量鬥的卸料閥,物料卸入包裝容器中。卸料完畢後,關閉卸料閥,夾具裝置自動鬆開,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

本係統硬件電路主要由稱重電路、控製電路和執行機構等部分構成。

在稱量鬥兩側的受力支撐點處各安裝一個稱重傳感器,用以檢測量鬥中每次包裝物料的重量,並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後送至A/D轉換器,將模擬信號轉換成數字信號輸出,利用單片機讀取A/D輸出的數字量並經運算處理後,獲得被測物料的重量值並以數碼形式顯示物料重量。

本係統選用89C51單片機為處理器,其內部集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器、中斷處理係統和I/O口等功能部件[2],使設計電路簡潔,係統可靠性高。

硬件中的LED數碼顯示屏,除可顯示物料重量外同時能顯示係統工作狀態的有關信息;利用鍵盤實現對係統的鍵控操作和有關參量設置;通過擴展I/O口,可實現設定的輸出開關量控製,確保電磁閥、電機等執行部件的可靠、協調工作。

3　軟件設計

係統軟件由多個子程序和一個主程序組成。主程序主要包括係統初始化裝置、零點自動跟蹤調整、粗細加料定量控製、過衝量自動修正和卸料傳送封口的控製等功能模塊。

3.1　零點自動跟蹤調整的實現

在卸料和加料過程中會有少量的物料粘會於稱量鬥壁,導致稱量零點漂移。為修正稱量誤差,在每次加料之前,由單片機控製自動完成一次稱量過程,並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,易於實現對加料量的精確控製,細加料閾值應等於目標值減去過衝量。

3.3　過衝量自動修正

當細加料閥關閉,係統停止加料時,從料口到稱量鬥之間有一段“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,同時加料過程中由於物料衝擊稱量鬥將產生瞬時重量標值增加的現象。可將兩者對稱量結果的影響量統稱為過衝量。由此可見,實際加料量應等於細加料閾值加上過衝量。本係統采用負反饋偏差控製技術自動修正過衝量。其基本方法是根據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衝量的值,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對按鍵狀態的查詢判斷和響應並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

顯示子程序實現對稱量結果的轉換處理,並控製LED數碼管顯示,同時顯示當前係統工作狀態信息,便於用戶實時直觀地掌握係統的運行狀況。

4　結束語

本設計將89C51單片機應用於稱重定量包裝係統,實現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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