在工业生产过程中有很多环节都涉及到定量称量问题，质量计量的准确与否直接影响到企业的信誉和经济效益。目前，定量质量控制已在成品包装行业得到广泛应用。但是，广西和云南等地区淀粉生产企业，由于处于湿热气候地带，其淀粉时有出现湿沾状态，不能用传统定量质量包装机进行包装，他们的定量质量包装控制都是采用先进行静态的机械称量（或人工估质量），然后再进行人工称量减余补差的方法。这样往往导致生产效率极低，工人劳动强度极大，而且精度不高。因此，研究适合南方地区的粉状物料自动定量控制具有实在的应用价值和潜在的经济效益。为此，笔者研发一种以STC89C58RD+单片机为控制芯片，以HX711称重专用A/D转换器芯片为信号采集和放大部件，以力士乐变频器为调速绞龙控制器的淀粉定量装袋系统。
1淀粉包装工艺改造
淀粉生产的最后环节就是计量装袋。以往的工艺设备只是由淀粉集料箱、绞龙组成。启动绞龙，淀粉自动落袋，由人工估质量，然后放在电子秤上进行减余补差来计量。引入组合控制的淀粉定量装袋系统后，设备增加无动力夹袋器、秤体支架和称重传感器，工艺流程是：淀粉从分级筛底部输送到集料箱里面，由集料箱自由落料到绞龙，无动力夹袋器将淀粉包装袋夹紧，调速绞龙旋转将淀粉装入包装袋进行称量，根据称量结果进行绞龙调速，控制落料速度和精度，当秤量达到要求后，绞龙停止，完成一次自动称量灌装过程。这种工艺流程设备工作原理简单，淀粉落料迅速，不受潮湿淀粉粘附的影响，设备体积不大，安装方便，操作简便，价格低廉。
2定量装袋系统的硬件构成及原理
2.1系统组成框架
控制系统由秤重传感器、单片机测量控制系统、变频器和三相交流异步电动机组成，如图1所示。

2.2系统硬件组成及工作原理
系统硬件由秤重传感器、集成稳压放大24位A/D转换器、单片机系统、四位数码管动态显示模块、信号灯、键盘、光电耦合隔离继电器模块和变频器等组成，如图2所示。

2.2.1数据测量部分
该部分由秤重传感器和集成稳压放大24位A/D转换器组成。称重传感器采用TX-H1型铝合金电阻应变式称重传感器，为了增加秤体的平衡度，采用4个秤重传感器平衡支承秤体，4个传感器并联联接，通过专用接线盒匹配阻抗。
集成稳压放大24位A/D转换器采用HX711电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片。HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器和放大器等其他同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快和抗干扰性强等优点［3］。使用该A/D转换器，降低了的整机成本，简化程序编制，提高了整机的性能和可靠性。
2.2.2数据处理部分
该部分功能是通过单片机控制A/D转换器工作，并接收A/D转换器的质量数字信号，经采样、数字滤波和标度转换，得到实时质量等数据，这样就可以为三段调速，电机启停提供控制的依据。单片机除了对数字信号进行处理外，还对按键信号进行实时检测，对实时质量和预置质量进行显示等。由于在很恶劣的工业环境下工作，单片机系统应有很强的抗干拢能力。因此，单片机的性能优劣直接影响计量系统的整体性能，为了提高系统的运算速度、可靠性，同时考虑到实际工作环境淀粉粉尘多，附近电动机频繁启停，变频器较多，电源电压波动较大，笔者选用STC89系列单片机中的STC89C58RD+作为系统核心控制芯片，该芯片具有超强抗干扰、高抗静电及超低功耗等功能，完全适合上述实际工作环境［4］。
2.2.3变频调速控制部分
变频器是该系统的核心，型号和参数的优化设定，直接关系到系统的稳定性、快速性和准准性。经过性价比较，本系统使用博世力士乐FSCG05系列G型通用型变频器，功率范围是1.0～5.5kW，电压380V。变频器的R、S、T端连接50Hz三相380V交流电源。输出端U、V、W连接三相笼型异步电动机，输出端U、V、W输出频率在一定范围内连续可调的三相交流电。采用多段速、外部控制方式。通过单片机控制继电器的通断来实现调速绞龙的启停及三段速控制。调速绞龙采用快、中、慢三速喂料，其中以25kg淀粉装袋为例，设定0～22kg以50Hz频率快速喂料，设定22～24kg以20Hz频率中速喂料，减小喂料惯性，设定
24～25kg以3Hz频率慢速喂料，使最后落料缓慢稳定，提高装袋精度。
3单片机测量控制系统软件的设计
单片机测量控制系统按模块化设计，模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。从工作原理来看，整个测控系统的功能模块有：按键处理、数据比较、输出控制和数码管显示等。这些功能模块由主函数调用，其中数据采样及滤波由定时器中断控制。软件的设计与调试可根据个人编程的习惯采用不同的组合方式。
4系统抗干扰的措施
4.1软件抗干扰措施
（1）为了克服随机干扰引起的测量误差，软件编程采用软件算法实现数字滤波。本系统采用中值滤波和算术平均值波复合滤波方法。即，把采样值先按从大到小的顺序排列，然后将最大值和最小值去掉，再把余下的求和取其平均值［5］。本系统设置50ms采样周周期，连续采样8次，再通过复合滤波算法得测量值。通过数字滤波，基本能克服低频、脉冲干扰和随机噪声的干扰。
（2）为了克服程序运行混乱、死机等现象，软件编程采用指令冗余、拦截技术、非正常复位的识别等措施。
4.2硬件抗干扰措施
（1）秤重传感器信号引出线采用屏蔽电缆，与其他电缆分开布线。
（2）单片机测量控制系统采用金属盒屏蔽并接地。
（3）单片机测量控制系统电源的开关稳压电源通过低通滤波器接交流电源。
5结束语
本系统通过对现有淀粉企业装袋系统简单改造，从现场运行情况看，有以下特点：①设备改动不大，成本较低；②降低工人劳动强度，改善工作环境；③提高装袋效率和装袋精度；④系统采用三级调速控制，系统启动平稳，落料均匀，速度变换平滑，节能效果明显；⑤可灵活配置电气控制方案，做到多方案选择使用，如手动、自动变频三段调速控制、自动不变频一档快速控制等措施。需改进的地方：①硬件在恶劣环境下的稳定性；②质量标定校正的简易性；③称量定量反应时间有待进一步精确。总之，通过传感器、A/D转换器、单片机和变频器组合控制在自动包装系统的应用探讨，目的在于能起抛砖引玉的作用，我们相信传感器、单片机、变频器技术必将在测量控制领域中日益发挥其优势作用。

作者：老盛林；李伟祥；吴慧芳
 

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