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在工業(yè)生產(chǎn)過程中有很多環(huán)節(jié)都涉及到定量稱量問題，質(zhì)量計量的準確與否直接影響到企業(yè)的信譽和經(jīng)濟效益。目前，定量質(zhì)量控制已在成品包裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，廣西和云南等地區(qū)淀粉生產(chǎn)企業(yè)，由于處于濕熱氣候地帶，其淀粉時有出現(xiàn)濕沾狀態(tài)，不能用傳統(tǒng)定量質(zhì)量包裝機進行包裝，他們的定量質(zhì)量包裝控制都是采用先進行靜態(tài)的機械稱量（或人工估質(zhì)量），然后再進行人工稱量減余補差的方法。這樣往往導致生產(chǎn)效率極低，工人勞動強度極大，而且精度不高。因此，研究適合南方地區(qū)的粉狀物料自動定量控制具有實在的應(yīng)用價值和潛在的經(jīng)濟效益。為此，筆者研發(fā)一種以STC89C58RD+單片機為控制芯片，以HX711稱重專用A/D轉(zhuǎn)換器芯片為信號采集和放大部件，以力士樂變頻器為調(diào)速絞龍控制器的淀粉定量裝袋系統(tǒng)。
1淀粉包裝工藝改造
淀粉生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)就是計量裝袋。以往的工藝設(shè)備只是由淀粉集料箱、絞龍組成。啟動絞龍，淀粉自動落袋，由人工估質(zhì)量，然后放在電子秤上進行減余補差來計量。引入組合控制的淀粉定量裝袋系統(tǒng)后，設(shè)備增加無動力夾袋器、秤體支架和稱重傳感器，工藝流程是：淀粉從分級篩底部輸送到集料箱里面，由集料箱自由落料到絞龍，無動力夾袋器將淀粉包裝袋夾緊，調(diào)速絞龍旋轉(zhuǎn)將淀粉裝入包裝袋進行稱量，根據(jù)稱量結(jié)果進行絞龍調(diào)速，控制落料速度和精度，當秤量達到要求后，絞龍停止，完成一次自動稱量灌裝過程。這種工藝流程設(shè)備工作原理簡單，淀粉落料迅速，不受潮濕淀粉粘附的影響，設(shè)備體積不大，安裝方便，操作簡便，價格低廉。
2定量裝袋系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及原理
2.1系統(tǒng)組成框架
控制系統(tǒng)由秤重傳感器、單片機測量控制系統(tǒng)、變頻器和三相交流異步電動機組成，如圖1所示。

2.2系統(tǒng)硬件組成及工作原理
系統(tǒng)硬件由秤重傳感器、集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器、單片機系統(tǒng)、四位數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊、信號燈、鍵盤、光電耦合隔離繼電器模塊和變頻器等組成，如圖2所示。

2.2.1數(shù)據(jù)測量部分
該部分由秤重傳感器和集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器組成。稱重傳感器采用TX-H1型鋁合金電阻應(yīng)變式稱重傳感器，為了增加秤體的平衡度，采用4個秤重傳感器平衡支承秤體，4個傳感器并聯(lián)聯(lián)接，通過專用接線盒匹配阻抗。
集成穩(wěn)壓放大24位A/D轉(zhuǎn)換器采用HX711電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片。HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器和放大器等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快和抗干擾性強等優(yōu)點［3］。使用該A/D轉(zhuǎn)換器，降低了的整機成本，簡化程序編制，提高了整機的性能和可靠性。
2.2.2數(shù)據(jù)處理部分
該部分功能是通過單片機控制A/D轉(zhuǎn)換器工作，并接收A/D轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量數(shù)字信號，經(jīng)采樣、數(shù)字濾波和標度轉(zhuǎn)換，得到實時質(zhì)量等數(shù)據(jù)，這樣就可以為三段調(diào)速，電機啟停提供控制的依據(jù)。單片機除了對數(shù)字信號進行處理外，還對按鍵信號進行實時檢測，對實時質(zhì)量和預(yù)置質(zhì)量進行顯示等。由于在很惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作，單片機系統(tǒng)應(yīng)有很強的抗干攏能力。因此，單片機的性能優(yōu)劣直接影響計量系統(tǒng)的整體性能，為了提高系統(tǒng)的運算速度、可靠性，同時考慮到實際工作環(huán)境淀粉粉塵多，附近電動機頻繁啟停，變頻器較多，電源電壓波動較大，筆者選用STC89系列單片機中的STC89C58RD+作為系統(tǒng)核心控制芯片，該芯片具有超強抗干擾、高抗靜電及超低功耗等功能，完全適合上述實際工作環(huán)境［4］。
2.2.3變頻調(diào)速控制部分
變頻器是該系統(tǒng)的核心，型號和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準準性。經(jīng)過性價比較，本系統(tǒng)使用博世力士樂FSCG05系列G型通用型變頻器，功率范圍是1.0～5.5kW，電壓380V。變頻器的R、S、T端連接50Hz三相380V交流電源。輸出端U、V、W連接三相籠型異步電動機，輸出端U、V、W輸出頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。采用多段速、外部控制方式。通過單片機控制繼電器的通斷來實現(xiàn)調(diào)速絞龍的啟停及三段速控制。調(diào)速絞龍采用快、中、慢三速喂料，其中以25kg淀粉裝袋為例，設(shè)定0～22kg以50Hz頻率快速喂料，設(shè)定22～24kg以20Hz頻率中速喂料，減小喂料慣性，設(shè)定
24～25kg以3Hz頻率慢速喂料，使最后落料緩慢穩(wěn)定，提高裝袋精度。
3單片機測量控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計
單片機測量控制系統(tǒng)按模塊化設(shè)計，模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計、調(diào)試和維護等操作簡單化。從工作原理來看，整個測控系統(tǒng)的功能模塊有：按鍵處理、數(shù)據(jù)比較、輸出控制和數(shù)碼管顯示等。這些功能模塊由主函數(shù)調(diào)用，其中數(shù)據(jù)采樣及濾波由定時器中斷控制。軟件的設(shè)計與調(diào)試可根據(jù)個人編程的習慣采用不同的組合方式。
4系統(tǒng)抗干擾的措施
4.1軟件抗干擾措施
（1）為了克服隨機干擾引起的測量誤差，軟件編程采用軟件算法實現(xiàn)數(shù)字濾波。本系統(tǒng)采用中值濾波和算術(shù)平均值波復(fù)合濾波方法。即，把采樣值先按從大到小的順序排列，然后將最大值和最小值去掉，再把余下的求和取其平均值［5］。本系統(tǒng)設(shè)置50ms采樣周周期，連續(xù)采樣8次，再通過復(fù)合濾波算法得測量值。通過數(shù)字濾波，基本能克服低頻、脈沖干擾和隨機噪聲的干擾。
（2）為了克服程序運行混亂、死機等現(xiàn)象，軟件編程采用指令冗余、攔截技術(shù)、非正常復(fù)位的識別等措施。
4.2硬件抗干擾措施
（1）秤重傳感器信號引出線采用屏蔽電纜，與其他電纜分開布線。
（2）單片機測量控制系統(tǒng)采用金屬盒屏蔽并接地。
（3）單片機測量控制系統(tǒng)電源的開關(guān)穩(wěn)壓電源通過低通濾波器接交流電源。
5結(jié)束語
本系統(tǒng)通過對現(xiàn)有淀粉企業(yè)裝袋系統(tǒng)簡單改造，從現(xiàn)場運行情況看，有以下特點：①設(shè)備改動不大，成本較低；②降低工人勞動強度，改善工作環(huán)境；③提高裝袋效率和裝袋精度；④系統(tǒng)采用三級調(diào)速控制，系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，落料均勻，速度變換平滑，節(jié)能效果明顯；⑤可靈活配置電氣控制方案，做到多方案選擇使用，如手動、自動變頻三段調(diào)速控制、自動不變頻一檔快速控制等措施。需改進的地方：①硬件在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性；②質(zhì)量標定校正的簡易性；③稱量定量反應(yīng)時間有待進一步精確?？傊?，通過傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機和變頻器組合控制在自動包裝系統(tǒng)的應(yīng)用探討，目的在于能起拋磚引玉的作用，我們相信傳感器、單片機、變頻器技術(shù)必將在測量控制領(lǐng)域中日益發(fā)揮其優(yōu)勢作用。

作者：老盛林；李偉祥；吳慧芳
 

深圳市卓禾儀器有限公司是一家專門從事稱重儀表和全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的研發(fā)及生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，所生產(chǎn)的JY500系列稱重顯示控制器（包括配料秤儀表、皮帶秤儀表、包裝秤儀表、重量變送器等）高速高精度，使用壽命長。卓禾儀器有十數(shù)年的現(xiàn)場校驗經(jīng)驗，在業(yè)內(nèi)有良好的口碑，且有專門的售后工程師幫忙解決產(chǎn)品使用過程中遇到的技術(shù)問題，客戶可以放心省心順心的使用我司的產(chǎn)品。如果對我司的產(chǎn)品感興趣，歡迎咨詢。