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0引言
隨著包裝設(shè)備智能化、自動(dòng)化水平不斷發(fā)展,以及人們對(duì)包裝效率和包裝精度的要求不斷提高，傳統(tǒng)的單秤工作包裝機(jī)已經(jīng)滿足不了廣大用戶的需求。因此開發(fā)一種雙秤交替使用的糧食包裝機(jī)械已成為二種必然⑴。本文對(duì)糧食包裝行業(yè)需求的雙秤定量包裝機(jī)進(jìn)行研究，介紹了雙秤定量包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制硬件和控制軟件等部分的設(shè)計(jì)。包裝機(jī)以STC公司的Stc89c52單片機(jī)作為該系統(tǒng)核心處理部分。為保證傳輸信號(hào)的精度，包裝機(jī)采用了HBB波紋管稱重傳感器。同時(shí)為了保證D/A轉(zhuǎn)換的精度采用了MAX1224/MAX1225系列12位串行A/D轉(zhuǎn)換器。
1稱重控制分析
動(dòng)態(tài)定量稱重的關(guān)鍵技術(shù)在于解決稱量精度與速度的矛盾。動(dòng)態(tài)稱重過程的被控對(duì)象具有慣性、滯后、非時(shí)變等非線性環(huán)節(jié)的特性，是單輸入單輸出的無自平衡能力的二階純滯后對(duì)象。稱重過程不確定因素多，誤差主要來源于物料、給料裝置、稱量裝置和控制系統(tǒng)。定量稱重是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,動(dòng)態(tài)稱量精度與控制過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。它需要在短時(shí)間內(nèi)對(duì)被稱量物料的質(zhì)量加以判斷、檢測，通過算法運(yùn)算控制調(diào)整物料流量、修正因空中飛料的測量誤差,為下一次稱量做準(zhǔn)備。一次稱量過程如下:釆樣，物料質(zhì)量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，經(jīng)高精度放大、數(shù)字濾波、12位高精度A/D轉(zhuǎn)換,得到的數(shù)字量與設(shè)定量程數(shù)字量比較，獲取此次稱量誤差，將此誤差經(jīng)過處理輸入控制器,控制器根據(jù)不同的控制算法輸出控制量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并通過終端部件——閥門改變給料量，直到下一采樣時(shí)刻到來。這樣就構(gòu)成了一個(gè)反饋的閉環(huán)控制回路，直至系統(tǒng)反饋值無限逼近給定值，控制器輸出為零。
2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與作用
包裝機(jī)的所有機(jī)械元件均采用氣動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)時(shí)間短,控制精度高的目的。在整個(gè)過程中，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào),再通過運(yùn)放電路控制電磁閥從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各閥門氣動(dòng)元件的控制。雙秤定量包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

包裝機(jī)的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)說明，圖1示出此包裝機(jī)分為A稱重系統(tǒng)和B稱重系統(tǒng)。在儲(chǔ)料斗的下方設(shè)計(jì)成了衩型結(jié)構(gòu),分別安裝了兩套氣缸和電磁閥對(duì)放料進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)稱重更精確，閥門實(shí)行了分料速控制，從而對(duì)下料的落差控制更加精確。在中間部位的關(guān)鍵稱重料斗上分別安放了3個(gè)HBB波紋管稱重傳感器，三者分別成120。。確保了稱重的穩(wěn)定性。同時(shí)兩套電磁閥和氣缸配合結(jié)構(gòu)來控制著A秤和B秤的卸料。在下方是夾袋部分，采用一個(gè)電磁閥同時(shí)控制2個(gè)氣紅作用。當(dāng)夾袋請(qǐng)求發(fā)出后2氣缸相對(duì)外伸，從而將包裝袋夾緊。當(dāng)松袋請(qǐng)求發(fā)出后2氣缸相對(duì)回縮，從而將包裝袋放下⑵。
2.2包裝過程的時(shí)序圖
圖2示出，在雙秤交替使用過程中，首先A秤、B秤分別延時(shí)小時(shí)間到后，開始加料過程。以A秤為例系統(tǒng)首先使A秤大投、A秤中投。A秤小投信號(hào)有效,開始慢速加料過程。但A秤料斗中的物料重量N單秤目標(biāo)值一A秤大投提前量時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)關(guān)閉相應(yīng)的A秤大投輸出信號(hào),A秤進(jìn)入中速加料過程，同時(shí)單片機(jī)定時(shí)器啟動(dòng)壇、在知時(shí)間內(nèi)，不對(duì)當(dāng)前秤斗內(nèi)的重量進(jìn)行判別（以避免過沖），知延時(shí)過后，定時(shí)器發(fā)出中斷將實(shí)時(shí)檢測料斗內(nèi)的重量。當(dāng)A秤秤料斗中的物料重N單秤目標(biāo)值一A秤中投提前量時(shí),控制系統(tǒng)將關(guān)閉A秤中投信號(hào),A秤進(jìn)入慢速加料過程，同時(shí)單片機(jī)中的定時(shí)器知再次啟動(dòng)。在知時(shí)間內(nèi)，不對(duì)當(dāng)前秤斗內(nèi)的重量進(jìn)行判別（以避免過沖），」延時(shí)過后，定時(shí)器發(fā)出中斷將實(shí)時(shí)檢測料斗內(nèi)的重量。當(dāng)A秤秤料斗中的物料重N單秤目標(biāo)值一A秤落差值時(shí)，控制系統(tǒng)將關(guān)閉A秤小投信號(hào),A秤加料過程完成。A秤定值輸出有效，同時(shí)開始勺延時(shí)上時(shí)間到后，啟動(dòng)定時(shí)器益，當(dāng)歸延時(shí)到后定時(shí)器發(fā)出中斷使得單片機(jī)發(fā)出A秤卸料信號(hào)，卸料后系統(tǒng)判斷A秤料斗內(nèi)的物料是否低于近零值，低于則啟動(dòng)定時(shí)器％,%時(shí)間到后，單片機(jī)關(guān)閉A秤的卸料信號(hào)完成一次定量循環(huán)。B秤的定量過程與A秤相同。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖3示出，系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)作為主要控制核心部件，在閥門控制方面主要用電磁閥作為電一氣轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。單片機(jī)在接受到夾袋請(qǐng)求及A、B兩秤傳感器傳來的信號(hào)以后，進(jìn)行分析計(jì)算，做出對(duì)儲(chǔ)料斗閥門及卸料松袋閥門電磁閥電信號(hào)響應(yīng)。電磁閥接到電信號(hào)后發(fā)生動(dòng)作，氣缸伸縮達(dá)到張開關(guān)閉閥門的效果。
3.2主機(jī)的軟件工作流程
(1)初始化，包括中斷和定時(shí)器的初始化,A秤、B秤傳感器信號(hào)的初始化。(2)判斷夾袋請(qǐng)求的狀態(tài),若未發(fā)出請(qǐng)求，等待，否則，進(jìn)行裝料。同時(shí)程序到(3)o(3)判斷A、B計(jì)量稱重秤是否到達(dá)目標(biāo)值，若不到秤，等待，否則，到(4)o(4)清空到秤標(biāo)志，給A秤或B秤發(fā)出放料信號(hào)。(5)延時(shí)到一定時(shí)間后，打開袋夾，同時(shí)清除給甲或乙機(jī)的放料信號(hào)，返回(2)。外中斷服務(wù)程序0：1)禁止外中斷1中斷;2)設(shè)定甲機(jī)到秤標(biāo)志;3)返回。外中斷服務(wù)程序1:1)禁止外中斷0中斷;2)設(shè)定乙機(jī)到秤標(biāo)志;3)返回。定時(shí)器0中斷服務(wù)程序：1)判斷按鈕按下狀態(tài)，為高，到(4),為低，到(2)。2)延時(shí)一段時(shí)間，判斷按鈕按下狀態(tài)，為高，到(4),為低，到(3)。3)設(shè)定按紐按下標(biāo)志。4)重裝定時(shí)器初值，返回〔3-句。
4結(jié)束語
本文介紹了雙秤式包裝機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)械控制系統(tǒng)。給出了包裝機(jī)的工作時(shí)序，闡述了整機(jī)的軟件作用機(jī)理。目前，本產(chǎn)品已經(jīng)在衡鑫包裝機(jī)械廠批量生產(chǎn)，并在玉米包裝行業(yè)中得到應(yīng)用。產(chǎn)品在內(nèi)蒙古奈曼旗農(nóng)場進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用,取得了很好的效果。其包裝速度達(dá)到每分鐘10~12袋。包裝精度也達(dá)到了2%。。但在現(xiàn)場實(shí)踐中也存在著一些小的問題，相信對(duì)雙秤定量包裝機(jī)的進(jìn)一步開發(fā)研究會(huì)取得更好的效果，其結(jié)構(gòu)和控制也將會(huì)被推廣到其他包裝行業(yè)中。

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