本文介绍了一种采用89C51 单片机控制的自动称重定量包装系统的工作原理及其控制系统的硬件和软件设计。

随着生产和流通的日益社会化和现代化, 实现产品包装的机械化和自动化, 不仅体现了现代生产的发展方向, 同时也可以获得巨大的经济效益。随着计算机技术的飞速发展, 将微机应用于包装系统, 改造传统的包装机械, 有利于改善包装机械的性能, 提高包装设备的计量精度、速度和自动化水平[1 ]。本文提出一种以 89C51 单片机为控制器的定量称量包装系统。它实现了自动称重定量给料以及传送、封口等工作过程的自动控制, 具有零位自动跟踪和过冲量自动修正等功能。适用各种粉状或小颗粒状等物品的定量称重包装和配料。

本系统主要由电子称重计量、控制、传输和封口部件等组成。传输部件是由一个由电机控制的链板传动系统, 实现对包装件的传送; 封口机构按产品和包装的不同, 自动执行缝包、垫封或加盖卷边等功能; 计量部件由称重传感器及相应的测量和显示仪表构成, 完成对物料的称重分包与重量显示; 单片机及其相应的控制执行电路承担了定量称重包装系统各个工序的自动控制。

本系统以传感器输出信号为依据实现物料的自动定量包装。其基本工作过程分称量、卸料、传输和封口等四个阶段。

称量开始时, 控制器控制贮料斗的粗进料阀和细进料阀同时打开, 物料进入称量斗。当称量斗中物料重量达到粗加料阈值时, 控制粗进料阀关闭, 物料仅从细进料阀流出, 进入细加料阶段。当称量斗物料量接近目标值, 达到细加料阈值时, 控制细进料阀关闭, 称量过程完成。接着套上包装容器并触动夹具工作, 打开称量斗的卸料阀, 物料卸入包装容器中。卸料完毕后, 关闭卸料阀, 夹具装置自动松开, 装有物料的包装容器落到传送带上, 由传送机构送至封口装置, 完成封口工序。

2　硬件设计

本系统硬件电路主要由称重电路、控制电路和执行机构等部分构成

在称量斗两侧的受力支撑点处各安装一个称重传感器, 用以检测量斗中每次包装物料的重量, 并将其转换成电信号输出。通过测量电路对信号进行放大等处理后送至A /D 转换器, 将模拟信号转换成数字信号输出, 利用单片机读取A /D 输出的数字量并经运算处理后, 获得被测物料的重量值并以数码形式显示物料重量。

本系统选用89C51 单片机为处理器, 其内部集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、中断处理系统和I/O 口等功能部件[2 ] , 使设计电路简洁, 系统可靠性高。

硬件中的L ED 数码显示屏, 除可显示物料重量外同时能显示系统工作状态的有关信息; 利用键盘实现对系统的键控操作和有关参量设置; 通过扩展I/O 口,可实现设定的输出开关量控制, 确保电磁阀、电机等执行部件的可靠、协调工作。

3　软件设计

系统软件由多个子程序和一个主程序组成。主程序主要包括系统初始化装置、零点自动跟踪调整、粗细加料定量控制、过冲量自动修正和卸料传送封口的控制等功能模块。

3. 1　零点自动跟踪调整的实现

在卸料和加料过程中会有少量的物料粘会于称量斗壁, 导致称量零点漂移。为修正称量误差, 在每次加料之前, 由单片机控制自动完成一次称量过程, 并以此值为下一次加料称量过程的参考零点, 这样可保证每次实际加料量的值不会因称量零点的漂移而受到影响。

3. 2　粗、细加料阈值的设定

采用粗、细两加料阀的设计目的是兼顾加料的速度和给料的准确性。当粗、细加料阀均打开时, 加料速度快, 阈值一般可设置为目标值的70%～ 90%。在细加料过程中, 仅细加料阀开启, 易于实现对加料量的精确控制, 细加料阈值应等于目标值减去过冲量。

3. 3　过冲量自动修正

当细加料阀关闭, 系统停止加料时, 从料口到称量斗之间有一段“飞流物料”最终将落入包装容器中, 使实际重量超过定量包装的目标值, 同时加料过程中由于物料冲击称量斗将产生瞬时重量标值增加的现象。可将两者对称量结果的影响量统称为过冲量。由此可见, 实际加料量应等于细加料阈值加上过冲量。本系统采用负反馈偏差控制技术自动修正过冲量。其基本方法是根据上次称量值与目标值的偏差来调整本次称量过程中采用的过冲量的值, 即调整细进料阀的关门时间, 以减小本次称量值与目标值的偏差, 提高定量包装精度。

3. 4　键盘子程序

用键盘处理程序实现对按键状态的查询判断和响应并完成相应键功能的处理, 键功能主要有: 目标值设置、粗加料阈值设置、手动键控操作功能等。

3. 5　显示子程序

显示子程序实现对称量结果的转换处理, 并控制L ED 数码管显示, 同时显示当前系统工作状态信息, 便于用户实时直观地掌握系统的运行状况。

4　结束语

本设计将89C51 单片机应用于称重定量包装系统, 实现了定量包装过程的自动化, 提高了生产效率和包装精度。

参考文献

1. 许林成. 包装机械原理与设计. 上海: 上海科学技术出版社,1988.
2. 余永全. A TM EL 89 系统列F lash 单片机原理及应用. 北京: 电子工业出版社, 1997

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