1.称重组合秤控制系统的背景及其研究意义

随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，素以民以食为天的中国消费者在对食品的需求上正发生着一系列翻天覆地的变化，我国的粮食加工业已从农业产品加工型态走入工业制造形态。不但从量的追求而且从质的方面都在追求更大的提升。方便、快捷、安全卫生已成为食品工业发展的主要目标。所有这些都促进和推动了食品加工技术的发展。作为粮食生产大国，我国农产品的加工和包装在近些年来越来越受到政府的重视丁随着消费水平的增长，副食品的生产与包装必将产生巨大的社会效益和经济效益。原产品出厂主要采取分包包装形式，以大包装居多，运至销区后再根据市场需求进行小包装。因此生产厂主要进行了两个方面的工作，一是实现产品的质量，二是解决计量包装问题，目前此类行业已经具备一定的企业规模和技术水准，该类企业正从半手工半机械转型为具有现代化的设备和技术水准。而随着产品市场的竞争日益激烈，食品机械和其它工业机械一样，其竞争力已不仅仅取决于量的多少，而更决定于速度的快慢以及产品质量的好坏。因此研制高速度、高精度的专用计量包装设备成为较为紧要的任务。世界发达国家都把农产品的加工产业放在农业经济的首位，高度重视农产品加工和深度利用技术的开发，即如何通过精深加工来实现农产品的大量转化，提高利用与经济价值，这是发展国民经济，提高农业经济，解决农村问题的关键所在。
在组合秤问世之前，常规的产品定量包装是靠单头秤称量完成的。若被称物品重量均匀，该类型的单头秤只需具备零区设定，延时釆样，自动去除皮重和落差修正等即可使称量达到准确值。然而对于质量部不均匀、形状不规则的被称物品，釆用单头秤己无法实现产品称重精度和称重速度上的要求。为解决此类问题，一些国外厂家开始釆用多头单秤同时称重，利用多个分量组合的原理达到目标重量。在达到目标重量后输送给包装机进行产品的成品包装，这即称重组合秤的最初雏形⑴。称重组合秤又称电脑组合秤、电子多头秤等，它是一种基于组合称重技术的新型高科技技术产品，起始于上世纪七十年代，最初是在英国设计并制造出来的。它通过将目标包装量分成若干等份进行同时称重，然后将称得的若干分量累加在一起并求取最佳目标质量，然后完成最终包装⑵。称重组合秤的岀现，不但成功的解决了诸如薯片、干果等质量不均匀、形状不规则产品的计量包装，还有效的解决了传统单秤称重带来的称重速度慢、精度差的问题，是目前食品生产包装行业公认的高科技电子计量产品。高精度电子称重组合秤之所以能得到市场的认可，主要有以下几点原因：
（1）我国食品需求仍有很大的空间，但目前国内食品计量包装行业刚刚进入起步阶段，许多生产厂家还处于七八十年代的老式机械生产阶段，包装机械制造业任重道远。
（2）基于市场的认可和需求，本次设计基于以下几点有必要研制专用食品制品包装
设备，这也是得到目前市场认可的几点原因：（1）目前国内没有专用的此类大包装设备。（2）由于人工费的迅速增加，单靠手工操作完成的计量包装只会增加企业的生产成本。只要该类设备价格合理，就会有很大的潜在市场。（3）此类设备还可用于其他行业，如化工、医药等生产行业。该项目完成后经济效益主要体现在提高生产效率、减少劳动力、降低劳动强度，提高产品质量及卫生和安全性，从而使企业降低劳动成本、减少开支、达到增产增收的目的。因此我国计量包装机械行业的广大科技工作者,要敢于创新，善于学习，坚持科学技术领先，研发出我国食品加工行业急需的、适合国内市场的高自动化、高速度、高效能的计量包装机械，为我国食品工业和包装机械产业的快速发展做出令世人赞叹的业绩。
（3）目前市场上的称重组合秤大多釆用工控机、单片机为电气系统控制核心，但由于工控机和单片机系统自身存在一些无法消除的缺陷，如兼容性差、输出功率弱等。这就给包装设备带来了先天性的性能不足，因此也就无法满足各种环境下的生产需求。而可编程逻辑控制器却可以解决此类问题，与其它智能控制系统相比，可编程逻辑控制器有着极其优越的工业控制性能，它专用于各种恶劣的现场生产环境，具有扩展能力强、抗干扰能力好等优点，本课题釆用这种类型的控制器取代传统的控制单元,从而使系统有着无可比拟的优越性。
2称重组合秤控制系统在国内外的研究动态及发展趋势
基于组合称量技术的高精度组合秤始于20世纪70年代，最初是在英国研制并制造出来的。其后又在日本、德国、美国、法国等几个发达国家得以研制和推广PL我国此类行业起步甚晚，开始于上世纪90年代，最初研制生产技术有国外全权掌握，其中以日本和德国的实力最为雄厚，当时我国只能靠高价从国外购买，自上世纪九十年代中后期以来，国内市场陆续进口的电子组合秤，其组合斗数一般为8~16斗，其计量速度一般为50~90包/分.计量精度可达±0.2%,但价格均较高，一台电子称重组合秤当时的售价是几十万到一百多万不等，这无疑给一些中小企业带来了经济成本上的负担，大大的影响了该类设备在国内的推广，也滞后了市场食品加工生产的速度，拉大了国内外消费和收入的差距。于是国内也相继开始对此类产品进行摸索和研制。并由最初的进口发展为合资再到现在的自主研制。现在国内生产技术已趋于成熟，设备成本大大降低，性能和质量也有很大提高，已在国内企业得到了广泛认同和普遍推广。据统计，2008年，电子组合秤的累计销售额已超过了7亿元"I。市场使用率已超过中等发达国家。总的来说该类产品经历了数字、模拟、单片机、工控机和PLC控制技术的发展过程.称量斗数也从双头、三头逐渐向多头发展。总的来看，这些称量设备主要采用为容积法和一般称重法。上世纪八十年代初期，在食品计量包装领域，应用较多的仍是单头电子秤即常规电子秤，该类设备称重精度低、速度慢，为保证计量精度，而又要提高包装速度.一些国外厂家釆用几套单头电子秤同时称重，同时向同一台包装设备供料；尤其对于形状不规则又无法进行分割、单重不一或非颗粒状物料来说，采用单头电子秤已无法实现计量的高精度和高速度的要求。于是基于组合称量技术的多头称重电子组合秤就诞生了。它是一种具有高速度、高性能的称重计量设备，主要使用在形状不规则.单重不均匀，价格较贵且需要精确计量和需要进行快速计量的固体产品.它最先是由逻辑电路和单片机技术为支撑，现在已经发展成为由计算机或PLC进行控制的高技术产品.目前它是食品计量包装行业公认的一种正确地测量的高精度、高技术、高速度、高性能的计量系统。
食品包装行业近些年在我国迅速发展，食品厂家之间的竞争也愈演愈烈，在国内食品业蓬勃发展的大环境下，就目前食品包装包装机械来看，虽然在共性技术和常规装备方面已形成较为完善的产品包装体系，但在关键设备和关键技术上仍不见起色，初级产品的低水平与高端产品的高性能要求的矛盾一直得不到解决。我国的食品包装机械的生产指标较之发达国家的指标还存在着很大的差距。这就要求在食品生产过程中，所使用的加工包装装备的技术性能，在保障终端产品的生产效率等方面有着更高的要求。但是，我国包装机械岀口额还不足总产值的10%,进口额却占总产值的90%回。这说明我国对包装机械的需求缺口仍旧很大，国产包装机械与国外产品相比，主要差距在科技水平上，对于一个食品消费大国来说这远远满足不了国内需求。从中国食品协会所汇总统计的计量包装机械制造数据来看，我国大部分企业还在低水平上徘徊，高起点的很少。这些企业的包装技术水平还相对落后，我们使用的大部分还是简单机械，或是和国外机械设备配套的附属设施。单靠人工、半人工的生产方式还很常见。从整体技术水平来看，我国大部分计量包装设备还处在欧美90年代的水平，只有很少量的已达到现代化代的水平。目前食品包装机械的开发主要是包装机械制造企业根据市场的需求在进行调整，并且能够自行开发研制的食品加工包装机械制造企业却寥寥无几。很多食品生产企业对我国包装机械的整体技术水平认识不足，只注重设备的价格，从而导致了低档产品的发展，间接的阻碍了该类机械的升级换代和创新。总体上看，目前国内机械包装行业的产品大包装还比较落后，企业生产都由工人手工完成，效率低，速度慢，不能适应企业的现代化生产，远远不能满足各方面的要求。
通过近几十年的发展，目前我国的组合包装技术已有很大提高，特别是产品的包装工艺上已接近世界先进水平，积累了一定的技术经验。尤其是高速度包装设备在外国技术巳经成熟的情况下，国内部分该类企业也已积极投入研制，已由最初的起步到发展再到完善与成熟，特别是由PLC与传感器控制的机电一体化自动生产线，它具有其它同类设备无法比拟的优点，在这方面它取代了以前单靠人工称重并包装的程序，使得产品包装环节得以在艰苦的环境下完成，因此提高了食品卫生标准。计量包装速度是衡量一台组合秤的主要指标，目前国外自动包装机的包装速度最高达150包/分，国内比较著名的组合秤制造公司如广州的某公司，郑州某包装机械公司、江苏某公司、广州某公司等，其颗粒自动包装机的包装速度已达到每分钟140包左右，其计量范围也有很大提高。虽然设备的性能有很大改善，但目前能完全实现自动化的该类设备在国内并不常见，在原有国外设备基础上有设计创新的更是寥寥无几。因此了解了国外先进设备的技术生产原理，吸收国外先进的技术生产经验，增加开发力度，是缩小和国外同类产品差距的有效途径。目前需要的是对这些企业进行支持和合理安排，分别让其开发不同性能的设备，相信会很快会使整个食品加工包装机械制开发出有以下几点性能的组合包装设备。
1.技术含量高、可靠性强。
2.易改造、成套供应能力强。
3.满足高速度、高精度、高准确度的性能要求。
4.整个系统实现生产完全自动化。
5.机身小、重量轻，易于携带并且成本低。

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