電(dian)子定量包裝系(xi)統(tong)是在(zai)電子稱量技術(shu)的(de)基(ji)礎(chu)之上發展而(er)來(lai)的(de)壹(yi)種動(dong)態(tai)定量稱量系統(tong)，是(shi)集機械(xie)、電氣(qi)、自動化、計(ji)算(suan)機等技術(shu)於(yu)壹(yi)體(ti)的(de)自動智能(neng)計量(liang)稱量設(she)備(bei) [1—3] 。電子定量包裝設(she)備(bei)根據(ju)具體(ti)的(de)控制程(cheng)序，自動將大份的物料分(fen)成預定(ding)的(de)小(xiao)份物料。該設(she)備(bei)因(yin)其(qi)具有(you)智能(neng)自動稱量、生(sheng)產效(xiao)率(lv)高(gao)、解(jie)放勞動力(li)等優點，在(zai)糧食(shi)加(jia)工(gong)、食(shi)品(pin)包裝、水(shui)泥包裝、醫藥(yao)包(bao)裝等領(ling)域被廣泛(fan)應(ying)用 [4—6] 。電(dian)子定量包裝系(xi)統(tong)是否穩定，對(dui)企業經濟(ji)效(xiao)益(yi)具有(you)直(zhi)接(jie)影響(xiang)，該(gai)系統(tong)如(ru)果能(neng)夠(gou)穩定的(de)運行，可以(yi)使企業獲得經濟(ji)效(xiao)益(yi)。為了(le)提高(gao)定(ding)量稱量包裝機的(de)包(bao)裝速度以(yi)及(ji)包裝精(jing)度(du)，文(wen)中(zhong)提(ti)出了(le)壹(yi)種基(ji)於觸(chu)摸屏和 DSP 的智能(neng)稱量包裝控制系(xi)統，詳(xiang)細介(jie)紹(shao)了(le)該(gai)系(xi)統硬件結(jie)構(gou)，在(zai)硬件結(jie)構(gou)的基(ji)礎(chu)上，開發了與(yu)之配套(tao)的(de)定量稱量包裝的(de)控制系(xi)統軟件。

1 定(ding)量(liang)稱量包裝機
1.1 結(jie)構(gou)介(jie)紹(shao)
定(ding)量(liang)稱量包裝機的(de)基(ji)本(ben)結構(gou)見圖 1。所(suo)述定量包裝機主(zhu)要(yao)包(bao)括自動控制系(xi)統、下料裝置(zhi)、送(song)料裝置(zhi)、稱量裝置(zhi)、夾(jia)袋裝置(zhi)、成(cheng)品(pin)傳送裝置(zhi) [7—10] 。

儲存料倉(cang)采用漏鬥(dou)形(xing)結構(gou)，主要用來存儲待(dai)稱量包裝的(de)物(wu)料。在(zai)儲料倉(cang)側面(mian)裝有(you) 2 個(ge)物料檢(jian)測傳感器(qi)，主要(yao)作用是對(dui)料(liao)倉(cang)中(zhong)的(de)物(wu)料(liao)量(liang)進行檢測，從而(er)保(bao)證料倉(cang)中(zhong)有(you)足夠(gou)的物(wu)料。當(dang)低(di)位(wei)物料(liao)傳(chuan)感器(qi)檢測到(dao)物(wu)料不(bu)足時(shi)，將(jiang)信號傳(chuan)送(song)到(dao)下(xia)位(wei)機中(zhong)，下(xia)位(wei)機對(dui)執(zhi)行機構(gou)發(fa)送(song)命令進行加(jia)料，當(dang)高(gao)位(wei)物料(liao)傳(chuan)感器(qi)檢測到(dao)物(wu)料時(shi)，則(ze)將信(xin)號傳(chuan)送(song)到(dao)下(xia)位(wei)機，下(xia)位(wei)機對(dui)執(zhi)行機構(gou)發(fa)送(song)命令停止加(jia)料。輸(shu)料(liao)槽主(zhu)要(yao)用(yong)來對料(liao)倉(cang)下落的物料(liao)進行傳輸，輸(shu)料(liao)槽通過電(dian)磁鐵(tie)振動(dong)帶動物(wu)料抖(dou)動從(cong)而(er)均(jun)勻的落入(ru)稱量鬥(dou)中(zhong)。在(zai)稱量鬥(dou)後(hou)端(duan)連接(jie)壹(yi)個高(gao)精(jing)度(du)壓(ya)力傳感器(qi)，當(dang)傳(chuan)感器(qi)檢測到(dao)落入(ru)稱量鬥(dou)中(zhong)的(de)物(wu)料(liao)質(zhi)量達(da)到(dao)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，便(bian)將信(xin)號迅速傳送(song)到(dao)控制器(qi)中(zhong)，電(dian)磁(ci)鐵(tie)停止振動(dong)，卸(xie)料(liao)電(dian)機開(kai)始(shi)動(dong)作將物料(liao)擋(dang)板打開(kai)物(wu)料送(song)入(ru)包(bao)裝袋(dai)中(zhong)，從(cong)而(er)完(wan)成(cheng)稱量包裝。
1.2 定(ding)量(liang)包裝控制原(yuan)理
在(zai)現(xian)有定量(liang)包(bao)裝機的(de)基(ji)礎(chu)上進行適當(dang)改進，總體(ti)來(lai)說，加(jia)料方式(shi)仍(reng)采用二(er)級(ji)加(jia)料的(de)方式(shi)。所(suo)謂(wei)二級(ji)加(jia)料是(shi)指初(chu)始(shi)階(jie)段(duan)加(jia)料速度比(bi)較(jiao)快，當(dang)加(jia)料量(liang)達(da)到(dao)設(she)定(ding)值(zhi)的(de)90%左(zuo)右時(shi)，降(jiang)低加(jia)料速度，以(yi)提高(gao)系(xi)統稱量精(jing)度(du)。初(chu)始(shi)階(jie)段(duan)，定(ding)量稱量誤差(cha)比(bi)較(jiao)大(da)，此(ci)時(shi)應(ying)首先(xian)考慮(lv)加(jia)料速度，所(suo)以(yi)采用恒速控制以(yi)實現(xian)快速加(jia)料；當(dang)加(jia)料量(liang)達(da)到(dao)某(mou)壹(yi)特定(ding)值(zhi)或稱量誤差(cha)小(xiao)於設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，控制方式(shi)調整為神經網(wang)絡(luo)控制，以(yi)確保(bao)定量(liang)稱量的精(jing)度(du) [11—15] 。定量稱量自動控制系(xi)統結構見圖 2。


2 硬件系(xi)統(tong)設(she)計(ji)
根據(ju)定(ding)量(liang)稱量包裝工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)，文(wen)中(zhong)采用了(le)“HMI+DSP”的(de)控制模(mo)式，控制系(xi)統硬件整體(ti)結(jie)構見圖 3。定(ding)量(liang)稱量控制系(xi)統硬件主(zhu)要(yao)由人機觸(chu)摸屏、DSP 信號處(chu)理(li)模(mo)塊、模(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)入(ru)模(mo)塊、模(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)出模(mo)塊以(yi)及(ji)數字(zi)量(liang)輸入(ru)輸(shu)出模(mo)塊等組成(cheng)。

觸(chu)摸屏是開發(fa)或(huo)操(cao)作人員與控制系(xi)統聯系的主要(yao)平臺(tai)。通過觸(chu)摸屏可以(yi)設(she)定(ding)或(huo)修(xiu)改壹(yi)些參數(shu)，如稱量質量(liang)、下(xia)料(liao)速度、放(fang)料(liao)速度等。另外，稱量包裝過程(cheng)中(zhong)的(de)實時(shi)參數(shu)也(ye)可以(yi)由人機界(jie)面(mian)顯示出來(lai)，便於(yu)相(xiang)關人員進行包裝過程(cheng)監控、參數(shu)整定(ding)等。該控制系(xi)統選用 Eview MT4300C 系列觸(chu)摸屏，支持多(duo)串(chuan)口同時(shi)通訊、64 K 色顯示方式(shi)以(yi)及(ji) C 語言宏(hong)代碼(ma)，RISC 處理(li)速度可以(yi)達(da)到(dao) 200 MHz，具有(you)靈(ling)活(huo)、易(yi)用等特點。
考慮(lv)到(dao)該(gai)稱量包裝控制需求，設(she)計(ji)了(le)壹(yi)種基(ji)於DSP 的(de)主控制器(qi)。DSP 芯(xin)片(pian)選(xuan)用(yong) Motorola DSP56F807，其內核(he)為 32 位(wei)可編程(cheng)數(shu)字(zi)信(xin)號處(chu)理(li)器；外圍功能(neng)模(mo)
塊主(zhu)要(yao)包(bao)括：異步(bu)串行通信模(mo)塊 SCI，用(yong)於(yu)觸(chu)摸屏通信；通用 I/O 模(mo)塊 GPIO，用(yong)於(yu)接(jie)收(shou)按鈕(niu)及(ji)檢測傳感器(qi)觸發(fa)信(xin)號；Counter 模(mo)塊，用(yong)於(yu)伺(si)服電機控制；模(mo)
數轉(zhuan)換(huan)器 ADC，采集稱量傳感器(qi)信號；CAN 總線(xian)模(mo)塊，用(yong)於(yu)控制電(dian)磁閥、信號燈(deng)等；相位(wei)檢測器，用於檢測編碼(ma)器信(xin)號；JTAG 接(jie)口(kou)等。該控制器(qi)利用 PC
機編(bian)寫(xie)應(ying)用程(cheng)序，通過 JTAG 接(jie)口(kou)下(xia)載(zai)與(yu)調試。

3 軟件系(xi)統(tong)設(she)計(ji)
該(gai)控制系(xi)統主要實現(xian)物料流(liu)量(liang)的(de)控制，通過采集稱量傳感器(qi)的模(mo)擬(ni)量(liang)信(xin)號，反(fan)饋(kui)到(dao)控制器(qi)中(zhong)實現(xian)執行機構(gou)的(de)動(dong)作，進而(er)控制物(wu)料流(liu)量(liang)。主(zhu)程序流(liu)程(cheng)見圖 4，其(qi)控制過程(cheng)為啟動(dong)定量稱量系統(tong)使其進入(ru)運行狀(zhuang)態(tai)，當(dang)滿足稱量啟動(dong)條件時(shi)（稱量鬥(dou)內(nei)有(you)無(wu)物(wu)料(liao)、卸(xie)料(liao)門(men)是(shi)否關(guan)閉(bi)），開(kai)始(shi)稱量。下限(xian)位(wei)傳感器(qi)檢測是否有物料，若(ruo)無(wu)物(wu)料(liao)則(ze)儲料倉(cang)開始(shi)加(jia)料，當(dang)儲料倉(cang)中(zhong)物(wu)料(liao)被上限位(wei)傳感器(qi)檢測到(dao)時(shi)，物(wu)料倉(cang)則(ze)停止加(jia)料。出料(liao)倉(cang)中(zhong)的(de)物(wu)料(liao)隨(sui)著(zhe)振動(dong)電磁鐵(tie)的(de)振動(dong)沿著(zhe)輸料(liao)槽被輸送到(dao)稱量鬥(dou)中(zhong)，壓(ya)力傳感器(qi)檢測到(dao)物(wu)料質量達(da)到(dao)目(mu)標(biao)值時(shi)，則(ze)振動(dong)電磁特停止振動(dong)，在(zai)延時(shi) 1.5 s 後(hou)放料(liao)電(dian)機運動將稱量鬥(dou)下(xia)方的(de)放(fang)料擋(dang)板打開(kai)，使物料沿著(zhe)料鬥(dou)進(jin)入(ru)到(dao)包(bao)裝袋(dai)中(zhong)，此(ci)時(shi)完(wan)成(cheng) 1 個(ge)周(zhou)期(qi)的包(bao)裝稱量，當(dang)傳(chuan)感器(qi)檢測到(dao)下(xia)壹(yi)個包(bao)裝袋(dai)到(dao)位(wei)時(shi)，再(zai)重(zhong)復(fu)上述動作繼續(xu)稱量。

基(ji)於人機界(jie)面(mian)，操(cao)作或開發(fa)人員可與主(zhu)控制器(qi)進行數據(ju)、信(xin)息(xi)等的交(jiao)流(liu)與(yu)處(chu)理。另(ling)外，人機界(jie)面(mian)還(hai)可以(yi)實時(shi)監(jian)控、顯示系統的運行狀(zhuang)態(tai)。如果運行過程(cheng)中(zhong)出現(xian)故障(zhang)，那(na)麽(me)引(yin)發故(gu)障(zhang)的原(yuan)因(yin)會(hui)顯示在(zai)人機界(jie)面(mian)上，對系統故(gu)障(zhang)解決具有(you)很大幫(bang)助(zhu)。運行界(jie)面(mian)見圖 5。進(jin)入(ru)主(zhu)界(jie)面(mian)後(hou)，會出現(xian)監控界(jie)面(mian)、報(bao)警界(jie)面(mian)、系(xi)統界(jie)面(mian)。其(qi)中(zhong)監(jian)控界(jie)面(mian)可用於(yu)運行方式(shi)選(xuan)擇，即(ji)系統(tong)報警復(fu)位(wei)、運行參數(shu)設(she)置(zhi)、啟動(dong)自動控制、停止手(shou)動控制、啟動(dong)手(shou)動控制等；自動操(cao)作；手(shou)動操(cao)作，即(ji)包裝急(ji)停、手(shou)動松(song)袋(dai)、漲袋啟動(dong)、手(shou)動快加(jia)、手(shou)動慢(man)加(jia)；實時(shi)數(shu)據(ju)顯示，即(ji)伺服電機的(de)轉(zhuan)速、I/O 點狀(zhuang)態(tai)、包裝物(wu)料(liao)質量、不(bu)合(he)格(ge)包(bao)數(shu)、合(he)格(ge)包(bao)數(shu)、包裝完(wan)成(cheng)包(bao)數(shu)等。報警界(jie)面(mian)可用於(yu)系(xi)統急停報警、*報警、電機故(gu)障(zhang)、超差(cha)故(gu)障(zhang)燈。


4 實驗(yan)數據(ju)分(fen)析
為了(le)驗證所述控制方法(fa)的(de)可行性和有效(xiao)性，搭(da)建(jian)控制系(xi)統並進行相關測試。包(bao)裝質(zhi)量(liang)設(she)定(ding)值(zhi)為每袋25 kg，由實驗(yan)結果可知(zhi)，基(ji)於 DPS 定(ding)量稱量控制下(xia)，稱量裝置(zhi)的(de)稱量值為(25±0.0063) kg，標(biao)準(zhun)差(cha)為 0.0063kg，大(da)相對(dui)誤差(cha)為 0.6%。實驗(yan)結果表(biao)明，采用所(suo)述基(ji)於 DSP 的(de)定量(liang)稱量包裝控制系(xi)統，相對誤差(cha)較(jiao)小(xiao)，可以(yi)滿足設(she)計(ji)要(yao)求。

5 結語
設(she)計(ji)了(le)以(yi) Motorola DSP56F807 為控制核(he)心、以(yi)觸摸屏 Eview MT4300C 為操(cao)作屏的定(ding)量(liang)稱量包裝控制系(xi)統。介(jie)紹(shao)了(le)定(ding)量(liang)稱量包裝機的(de)機械(xie)結構(gou)以(yi)及(ji)工(gong)作原(yuan)理，並(bing)詳(xiang)細論(lun)述了基(ji)於 DSP 和觸屏的硬件結(jie)構(gou)。在(zai)硬件結(jie)構(gou)的基(ji)礎(chu)上，開發了與(yu)之配套(tao)的(de)定量稱量包裝的(de)控制系(xi)統軟件。該(gai)控制系(xi)統提高(gao)了(le)定量稱量包裝機的(de)精(jing)度(du)、可靠(kao)性和可操(cao)作性。