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隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，產品的定量包裝廣泛采用電子秤，尤其是小秤量定量包裝，要求計量準確度高、包裝速度快、可靠性高等。常規(guī)的定量包裝秤是單體秤，即用一個稱重料斗，其包裝速度最快為20λ30包/min，對物料顆粒的流動性和均勻程度要求較高，但對于象糖塊、干果、薯片等不均勻物品也用單體秤稱量，無論是稱量準確度與速度上較難滿足生產要求?；诮M合稱量技術的電腦組合秤，可有效提高計量精度和速度，解決了不均勻物品的計量包裝問題。電腦組合秤按料斗頭數分，有8、10、14、16、20、24、28頭，較常用的為10、12或14個。每個頭通常包括一個備料斗和一個稱料斗，料斗容量有200、300、500ml等，質量最大可達500kg，最小刻度為±0.1g，稱量速度最快達350包/min。電腦組合秤是衡器行業(yè)中一種智能組合型定量自動包裝衡器，組合稱量技術將簡單的稱量物品重量發(fā)展到調整產品重量，滿足大批量生產需要，拓展了稱量功能和應用范圍，為稱量的概念增加了新的內容。
1組合稱量的工作原理
組合秤由若干獨立的性能相同的稱量部件和微機組成。組合稱量工藝流程如圖1，為了節(jié)約成本，以便使電腦組合秤在中小型企業(yè)中得到普遍應用，此處稱量斗用10個，物料通過電磁振動給料器進入備料斗暫存，備料斗料門打開，物料進入稱量斗進行稱量，借助微機系統(tǒng)進行同步計量，并從中自動選出接近或略大于標定值的最佳計算值作為物料的輸出量。因此，對某些價值較高的粗顆?；蛐K狀等散體物料，可實現快速、準確稱重包裝。

加料過程在總體上服從正態(tài)分布，雖然離散性大，但若有足夠的可組合數，則多個單元組合可得到高精度的整體，加料的結果是由稱重和計算組合而成的，這與傳統(tǒng)的計量方式有著本質的區(qū)別。利用這種高技術的工作原理，可優(yōu)于普通自動定量裝置的速度和精度，而且，不僅可對不規(guī)則塊狀物進行計量，一切可流動的物料均可采用電腦組合秤定量。
稱料斗裝有稱重傳感器及控制閘門，稱重傳感器測出稱料斗內物料的重量，且以電信號形式送入微機，計算機進行篩選組合。系統(tǒng)根據參數的設定值進行組合計算后，便獲得滿足產品目標重量范圍內的一個最佳組合結果。假如有n個料斗，則有2n-1種組合模式，從中選出最接近目標重量的組合模式，即最佳組合。然后系統(tǒng)對選中的稱料斗作標記，如果某稱料斗被選中，微機發(fā)出指令開啟參與最佳組合的料斗的閘門，排出物料。該料斗中的產品被釋放到集中卸料斗中，輸送給包裝機進行包裝。如果稱量斗未被選中，則稱料斗物料保留，下一個工作循環(huán)時微機對未選中而仍在繼續(xù)喂料的稱量斗直接參與組合計算。如此循環(huán)往復，直到人為停止。若某稱料斗在連續(xù)30個工作循環(huán)中未被選中，則該稱料斗被強迫選中一次，在含該稱料斗重量的組合中選擇最佳組合，并對卸掉物料的該稱料斗的稱重傳感器自動調零。料門的開閉采用步進電機驅動，根據物料的特性細微調整料門開閉速度，防止破損和卡料，動作平穩(wěn)，壽命長。
一般的單頭秤在即將達到目標重量時，為了保證精度，喂料速度不能太快，而電腦組合秤可以快速喂料，每個料斗的加料量通常定為目標重量的1/3到1/5。組合秤進行組合計算時僅用部分組合，計算機根據參與組合的頭數，按下式可計算出其組合數：
其中：m為稱量斗的總數，i為參與組合的斗數。通常m、i增加，可能的組合數就增加，則得到合格品的可能性就越大。然而，盡管微機的運算速度很快，但過多的組合數會導致包裝速度的降低，且增加成本。從合理性和經濟性來看，m通常取8到16，而i一般取3~5。組合秤的微機控制系統(tǒng)見圖2。

選用美國某公司生產的高級PIC單片機作為控制中心。該單片機是目前世界上8位單片機中運行速度最快的，具有一個指令周期內完成8位乘8位二進制乘法的能力，可在一些需要高速數字運算的場合取代DsP（數字信號處理器）芯片，它采用16位的RIsC指令集、哈佛總線結構、二級流水取指方式，指令為單周期、單字指令，具有實用、低價、指令集小、低功耗、高速度、體積小、功能強等優(yōu)點。它體現了單片機發(fā)展的一種新趨勢，逐漸成為世界單片機的新潮流。組合秤在工作時，要完成60包/min（1包/s）以上的能力，即至少要在1s鐘內完成重量檢測、組合計算、查找最佳組合等，從而完成一次包裝，其中組合計算費時相對較多，對普通51系列單片機來說，料斗頭數越多越難以滿足要求。所以，為了滿足高速計算的要求，目前市場上的組合秤常用51系列單片機作重量檢測，通過單片機的串行口與PC機通訊，在PC機上完成組合運算，把最佳組合結果通過串行口發(fā)送給單片機，由單片機最終完成實時控制；或者，用32位CPU作為控制中心組成微機控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用高性能的PIC單片機（8位CPU），直接完成檢測、計算、控制輸出，既能滿足組合秤實時控制的精度要求，又能滿足包裝速度要求，是一種較有效的控制方式?？刂葡到y(tǒng)工作時，由單片機發(fā)信號給多路開關，分時選擇10個稱重傳感器，信號經放大、A/D轉換，輸入到單片機，單片機對10個輸入值進行組合計算，得到最佳組合所在的一組稱量斗編號，根據編號控制對應步進電機的轉速和方向，使該組料門打開，完成卸料，然后關閉料門；儲料斗中的料位由狀態(tài)開關檢測。另外，本系統(tǒng)還設計了顯示、報警和鍵盤電路，使系統(tǒng)功能更加完善。
2組合稱量的軟件設計
系統(tǒng)軟件采用結構化的設計方法，根據系統(tǒng)的功能要求，主要由以下模塊構成：主程序、A/D采集、數據濾波、組合計算、顯示子程序、鍵盤服務子程序等。主程序框圖見圖3。

下面重點介紹組合計算程序模塊的設計。設定精度為0.1g，選三、四、五個料斗進行組合計算就能獲得成功組合，每次從10個中選i個進行計算（i=3，4，5），對應的組合編號為a、b、c，a、b、c、d和a、b、c、d、e，M為目標重量（假定為100g），A、B、C、D、E代表選中的一組稱量值，與編號a、b、c、d、e相對應，w代表組合后的加和值，組合計算的程序框圖見圖4。微機系統(tǒng)CPU的晶振頻率選為40MHz，由于高級PIC單片機先進的結構形式，具有高速的指令執(zhí)行能力，在40MHz時鐘情況下執(zhí)行一條指令的時間達100ns，則在1s內單片機可執(zhí)行1千萬條指令，完全能滿足組合秤工作的速度要求。
3結語
組合稱量技術以其高精度，高速度代表了當今稱量技術的最高水平及發(fā)展的方向，雖然，我國目前的組合稱量技術發(fā)展仍處于初步階段，電腦組合秤的制造與國外的先進水平相比相差甚遠，但隨著我國的商品包裝向高速、高準確度的方向快速發(fā)展，電腦組合秤必會快速地進入我國的商品加工、包裝行業(yè)?？梢哉f，包裝行業(yè)的發(fā)展推動了稱量技術的發(fā)展，同時，稱量技術也提高了包裝水平，促進了包裝行業(yè)的發(fā)展。本文提出的以高級PIC單片機作為控制中心的組合稱量系統(tǒng)可節(jié)省成本，方便操作，有助于促進組合稱量技術的發(fā)展。目前，組合秤仍在不斷地發(fā)展與提高，其稱量速度不斷提高，成本也在不斷下降。它的用途也在逐漸擴大，不僅可以用于食品的計量包裝，還可以用于金屬零件等的包裝。相信不久的將來，組合秤會大量進入我國的包裝領域。

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