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1引言
隨著科技進步、社會發(fā)展以及人民生活水平提高，量尤其是加人WTO后，企業(yè)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(nóng)用產(chǎn)品.量如糧食、種子、飼料、化肥，農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用品，以及薯量片、米花、豆花等農(nóng)副產(chǎn)品的深加工食品，都需要大量各量種規(guī)格定量包裝.目前國內(nèi)大量農(nóng)用產(chǎn)品仍然采用手工量定量包裝。手工包裝一方面勞動強度大，工作環(huán)境惡劣,量速度慢，準確度低，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益差；另一方面量對采用手工包裝不能符合衛(wèi)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(xiàn)大量粉粒狀農(nóng)用產(chǎn)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(nóng)用產(chǎn)品自動定量包裝現(xiàn)狀
目前國內(nèi)粉粒狀農(nóng)用產(chǎn)品自動定量包裝有2種方量式:％量1)容積式自動定量包裝,是基于容積來計量包裝量物料的數(shù)量，結構簡單，成本低，定量速度高，但定最準量確度依賴于物料比重的穩(wěn)定性，受物料松散程度、顆粒量大小均勻程度、吸濕性、結塊性等物理化學性質(zhì)的變化量影響較大。主要適用于顆粒大小均勻、自流性好、比重相量對穩(wěn)定、價格較低的農(nóng)用產(chǎn)品定量包裝.目前農(nóng)用產(chǎn)品量自動定量包裝主要釆用容積式.中小規(guī)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。由于準確度差,企業(yè)在執(zhí)行《定量包裝商品的計量量監(jiān)督規(guī)定》時，為了滿足計量監(jiān)督部門檢查，只能.'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(shù)量，與容積量式相比，結構復雜，成本高.定量速度慢，但準確度較高。量主要適用于顆粒大小不均勻不規(guī)則、比重不穩(wěn)定、價格量較高的農(nóng)用產(chǎn)品定量包裝。目前中小規(guī)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(yè)實現(xiàn)“稱量平量準”上已經(jīng)前進了一大步,但速度慢.仍然不能滿足量大量粉粒狀農(nóng)用產(chǎn)品定量包裝要求
國外自動定量包裝發(fā)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，但量結構復雜，成本髙.一套設備上百萬元.國內(nèi)一般企業(yè)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系統(tǒng)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(shù)字控制組量成給料子系統(tǒng).由稱重料斗、投料汽缸、稱重傳感器及其量稱重數(shù)據(jù)采集組成稱重子系統(tǒng)、包裝機及其控制子系量統(tǒng).主控微機。

ffi量1髭合量弍自動定*包裝系妬
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(fā)展起來的:氣其自動定量整個過程在主量控微機的協(xié)調(diào)控制下，采用多級給料及靜態(tài)稱重實現(xiàn)。量首先由粗給料器采用容積式快速往稱重料斗加入目標量量的大部分（主加料）量穩(wěn)定一定時間后進行準確靜態(tài)稱量重，而不象稱重式自動定量.一邊給料一邊稱重的動態(tài)量稱重；然后計算確定剩余的小部分量，并將其換算成細量給料器加料的容積，在流量一定的情況下用時間大小表量示；最后控制細給料器加料（補加料），同時控制稱重料量斗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(huán)過程。
其中，給料和稱重分時進行、以提高加料速度，減少量加料沖擊和落差對稱重的影響。細給料器采用容積式加量料，但由于加料最少，補加料誤差亦小，提高了定量準確量度。同時細給料器加料后不再稱重，在細給料同時就投量料，進一步提高了定量速度?；旌鲜阶詣佣堪b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(yōu)點.
4混合式自動定畳包裝實現(xiàn)方法
4.1混合式自動定量包裝工藝流程
根據(jù)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(jié)量拍.如表1所示.其中時間以中小規(guī)格定量包裝為例。
1）    主加料，由給料子系統(tǒng)完成,每個工作循環(huán)主加量料時間固定，由物料比重穩(wěn)定性、粗給料器性能等決定。量通過調(diào)節(jié)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(wěn)定，由主控微機完成，每個工作循環(huán)穩(wěn)定時間量固定，由主加料量對稱重料斗沖擊大小、稱重料斗抗振量動性能等決定。
3）    靜稱重，由稱重子系統(tǒng)完成，每個工作循環(huán)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(shù)、數(shù)據(jù)濾波方式及處理速度等決定。
4）    補加料及投料，補加料由給料子系統(tǒng)完成,投料量由包裝機控制子系統(tǒng)完成，毎個工作循環(huán)補加料時間隨量著補加料量不同而變化。毎個工作循環(huán)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(jié)拍在主控微機統(tǒng)一協(xié)調(diào)下進行，即由主量控微機控制給料子系統(tǒng)、稱重子系統(tǒng)及包裝機控制子系量統(tǒng)開始工作時間.
4.2混合式自動定置稱重子系統(tǒng)實現(xiàn)原理及方法
從混合式自動定量過程來看，靜態(tài)稱重準確度對最量后定量準確度影響最大，也是第4節(jié)拍補加料的基礎。量因此高速高準確度稱重是實現(xiàn)混合式自動定量包裝的量基礎。
1）稱重料斗機械振動性能分析。稱重料斗在主加量料f（t）量=量A后振動系統(tǒng)可以簡化為圖2a所示四，其中量m為稱重料斗質(zhì)量成為稱重傳感器的彈性系數(shù),『為稱量重料斗振動阻尼系數(shù)。在主加料后稱重料斗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。
在主加料后較短穩(wěn)定時量間后.在非常短的靜態(tài)稱重時間內(nèi)，要實現(xiàn)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制忌受到量稱重傳感器結構限制，因此只有通過增加阻尼系數(shù)，來量滿足稱重要求.

a量2林重料斗機械振動系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)硬件。它由量AT89C652單片機，看門狗定時器、電壓監(jiān)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(shù)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(qū)動器74HC14.輸出反相驅(qū)動器量MC1413等組成。
子系統(tǒng)通過RS-485串行接口總線與主控微機、其量它子系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù).包括接收主控微機發(fā)送的工作參數(shù)量和向主控微機及其它子系統(tǒng)發(fā)送的稱重數(shù)據(jù)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(xié)調(diào)，以提高系統(tǒng)執(zhí)行的可靠性和快速性；通過X5045的量EEPROM存儲器存放運行參數(shù)'如釆樣速率、釆樣點量數(shù)、稱重量程等。
子系統(tǒng)通過兩臺UH-53高準確度電阻應變片式稱量重傳感器，支撐稱重料斗，提高稱重料斗抗振性和穩(wěn)定量性。2臺稱重傳感器釆用并聯(lián)組秤方法。并聯(lián)后，總輸出量電阻小,信號傳輸抗干擾能力強，輸出電壓與被稱物料量重量成線形關系，提高了稱重準確度。
子系統(tǒng)通過厚模工藝制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、強抗共模干擾能量力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益、輸入電壓范圍量大、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、輸入電壓范圍大等特量點，內(nèi)置釆樣保持器和三態(tài)緩沖輸出器，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(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)軟件.在主加料后，稱量重信號經(jīng)過放大、A/D轉換后，以釆樣頻率2量000次/s量采集數(shù)值，采集數(shù)值波形如圖4所示。由圖可見.經(jīng)過穩(wěn)量定時間To后波形低頻部分主要在物料重量對應數(shù)值量（圖中水平實線）上下震蕩逐漸衰減趨向穩(wěn)定值量的曲線.同時包含高頻干擾信號量因此稱重數(shù)據(jù)采集處量理必須在稱重時間（?量,量-量TQ范圍內(nèi),在適當?shù)牟蓸铀倭柯屎筒蓸狱c數(shù)下，采集一定數(shù)量釆樣值,剔除高頻或隨量機干擾值后，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谷上，量同時直到波形震蕩峰或谷結束。其次，采用非線形數(shù)字量濾波.將高頻或隨機干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(shù)字濾波后信量號序列為切門。開始采樣點,訶。］=以后采樣點’量根據(jù)干擾強弱設定粗大誤差閥值。最后，對量在有效采樣點范圍內(nèi)非線形數(shù)字濾波值求平均，并經(jīng)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(shù)字控制
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(wěn)定，主加量料愈接近目標質(zhì)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(wěn)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(xiàn)混合式量自動定量包裝的關鍵。

I.績料楕2,彈性系統(tǒng).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，廣泛用于粉粒狀物料的定量給料、配料等生產(chǎn)流程量中〔吼電磁振動給料器組成結構包括;給料槽、料厚調(diào)節(jié)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(jīng)過單向半波整流后，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(chǎn)生一對大小相等的脈沖電磁力相量互吸引，這時給料槽向后運動，彈性系統(tǒng)發(fā)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，由于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量作往復振動,使給料槽中物料不斷向前拋起移動，達到量給料目的〔氣通過控制50量Hz交流電供電電壓、供電時量間可實現(xiàn)給料量自動控制；調(diào)節(jié)給料槽中料厚度，可實量現(xiàn)給料量手動調(diào)節(jié):
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(huán)境量變化，將導致給料器給料量發(fā)生變化，因此在定量過程量中根據(jù)前一次給料目標量和實際量差反饋自動控制供量電電壓或時間。電磁振動給料器供電電壓釆用數(shù)字控量制。應用單向半波可控硅整流電路，通過數(shù)字控制可控量硅的導通角的大小，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(tài)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制性量能、物料容重穩(wěn)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制性能，補量加料的最小控制量可達0.量2?0.量5量g左右。物料容重穩(wěn)量定性對補加料準確度的影響相對較大，例如包裝目標質(zhì)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(zhì)量的95量%量.即量380量g,主加料一定容積物料,質(zhì)量將在360?400量g之量間變化，通過穩(wěn)定及靜態(tài)稱量后確定補加料量將在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(zhì)量將在38?42量g之間，最終質(zhì)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(zhì)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系統(tǒng)性能對比實驗
混合式自動定量包裝系統(tǒng)對小米、化肥、農(nóng)藥等農(nóng)量業(yè)生產(chǎn)用品進行中小規(guī)格定量包裝實驗。由于篇幅所量限，這里僅給出小米實驗數(shù)據(jù)。實驗質(zhì)量參數(shù)是：包裝目量標質(zhì)量400量g和200量g,定容積小米質(zhì)量變化率約為量土量5%,因此對應主加料目標質(zhì)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(shù)是:通過調(diào)節(jié)料量厚度,使給料器在一定加料流量下，控制主加料時間為量600量ms和400量ms,最大補加料時間為800量ms和600量ms,穩(wěn)定時間20。ms,靜態(tài)稱量時間300量ms。補加料的量最小控制量分別為1.。g和0.量7量g左右。實驗質(zhì)量數(shù)據(jù)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(zhì)量在量397.量4?402.量4量g之間，與目標質(zhì)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(nèi)。200量g實驗定量速度平均為46包/min,量質(zhì)量在198.量6?200.量8量g之間.與冃標質(zhì)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(nèi)。
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(nóng)用產(chǎn)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，既適應于顆粒大小量均勻、容重相對穩(wěn)定的農(nóng)用產(chǎn)品定量包裝，也適應于顆量粒大小不均勻不規(guī)則、容重不穩(wěn)定的農(nóng)用產(chǎn)品定量包量裝。它與傳統(tǒng)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(yè)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(yè)包裝損耗，提高包裝合量格率,對生產(chǎn)企業(yè)和消費者無疑都具有非常大的經(jīng)濟效量益和社會效益,在自動定量包裝方面有重要的理論指導量意義和應用推廣價值。

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