電子定量包裝系統(tǒng)是在電子稱量技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的一種動(dòng)態(tài)定量稱量系統(tǒng),，是集機(jī)械、電氣,、自動(dòng)化,、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的自動(dòng)智能計(jì)量稱量設(shè)備 [1—3] 。電子定量包裝設(shè)備根據(jù)具體的控制程序,，自動(dòng)將大份的物料分成預(yù)定的小份物料,。該設(shè)備因其具有智能自動(dòng)稱量、生產(chǎn)效率高,、解放勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn),，在糧食加工、食品包裝,、水泥包裝,、醫(yī)藥包裝等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 [4—6] 。電子定量包裝系統(tǒng)是否穩(wěn)定,，對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有直接影響,，該系統(tǒng)如果能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，可以使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益,。為了提高定量稱量包裝機(jī)的包裝速度以及包裝精度,，文中提出了一種基于觸摸屏和 DSP 的智能稱量包裝控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),，在硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,，開發(fā)了與之配套的定量稱量包裝的控制系統(tǒng)軟件。

1 定量稱量包裝機(jī)
1.1 結(jié)構(gòu)介紹
定量稱量包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見圖 1,。所述定量包裝機(jī)主要包括自動(dòng)控制系統(tǒng),、下料裝置、送料裝置、稱量裝置,、夾袋裝置,、成品傳送裝置 [7—10] 。

儲存料倉采用漏斗形結(jié)構(gòu),，主要用來存儲待稱量包裝的物料,。在儲料倉側(cè)面裝有 2 個(gè)物料檢測傳感器，主要作用是對料倉中的物料量進(jìn)行檢測,，從而保證料倉中有足夠的物料,。當(dāng)?shù)臀晃锪蟼鞲衅鳈z測到物料不足時(shí)，將信號傳送到下位機(jī)中,，下位機(jī)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送命令進(jìn)行加料,，當(dāng)高位物料傳感器檢測到物料時(shí)，則將信號傳送到下位機(jī),，下位機(jī)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送命令停止加料,。輸料槽主要用來對料倉下落的物料進(jìn)行傳輸，輸料槽通過電磁鐵振動(dòng)帶動(dòng)物料抖動(dòng)從而均勻的落入稱量斗中,。在稱量斗后端連接一個(gè)高精度壓力傳感器,，當(dāng)傳感器檢測到落入稱量斗中的物料質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，便將信號迅速傳送到控制器中,，電磁鐵停止振動(dòng),，卸料電機(jī)開始動(dòng)作將物料擋板打開物料送入包裝袋中，從而完成稱量包裝,。
1.2 定量包裝控制原理
在現(xiàn)有定量包裝機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),，總體來說，加料方式仍采用二級加料的方式,。所謂二級加料是指初始階段加料速度比較快,，當(dāng)加料量達(dá)到設(shè)定值的90%左右時(shí)，降低加料速度,，以提高系統(tǒng)稱量精度,。初始階段，定量稱量誤差比較大,，此時(shí)應(yīng)首先考慮加料速度,，所以采用恒速控制以實(shí)現(xiàn)快速加料；當(dāng)加料量達(dá)到某一特定值或稱量誤差小于設(shè)定值時(shí),，控制方式調(diào)整為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,，以確保定量稱量的精度 [11—15] 。定量稱量自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 2,。


2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)定量稱量包裝工藝流程,，文中采用了“HMI+DSP”的控制模式，控制系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)見圖 3。定量稱量控制系統(tǒng)硬件主要由人機(jī)觸摸屏,、DSP 信號處理模塊,、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及數(shù)字量輸入輸出模塊等組成,。

觸摸屏是開發(fā)或操作人員與控制系統(tǒng)聯(lián)系的主要平臺,。通過觸摸屏可以設(shè)定或修改一些參數(shù)，如稱量質(zhì)量,、下料速度,、放料速度等。另外,，稱量包裝過程中的實(shí)時(shí)參數(shù)也可以由人機(jī)界面顯示出來，便于相關(guān)人員進(jìn)行包裝過程監(jiān)控,、參數(shù)整定等,。該控制系統(tǒng)選用 Eview MT4300C 系列觸摸屏，支持多串口同時(shí)通訊,、64 K 色顯示方式以及 C 語言宏代碼,，RISC 處理速度可以達(dá)到 200 MHz，具有靈活,、易用等特點(diǎn),。
考慮到該稱量包裝控制需求，設(shè)計(jì)了一種基于DSP 的主控制器,。DSP 芯片選用 Motorola DSP56F807,，其內(nèi)核為 32 位可編程數(shù)字信號處理器；外圍功能模
塊主要包括：異步串行通信模塊 SCI,，用于觸摸屏通信,；通用 I/O 模塊 GPIO，用于接收按鈕及檢測傳感器觸發(fā)信號,；Counter 模塊,，用于伺服電機(jī)控制；模
數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC,，采集稱量傳感器信號,；CAN 總線模塊，用于控制電磁閥,、信號燈等,；相位檢測器，用于檢測編碼器信號,；JTAG 接口等,。該控制器利用 PC
機(jī)編寫應(yīng)用程序，通過 JTAG 接口下載與調(diào)試。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)物料流量的控制,，通過采集稱量傳感器的模擬量信號,，反饋到控制器中實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，進(jìn)而控制物料流量,。主程序流程見圖 4,，其控制過程為啟動(dòng)定量稱量系統(tǒng)使其進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)滿足稱量啟動(dòng)條件時(shí)（稱量斗內(nèi)有無物料,、卸料門是否關(guān)閉）,，開始稱量。下限位傳感器檢測是否有物料,，若無物料則儲料倉開始加料,，當(dāng)儲料倉中物料被上限位傳感器檢測到時(shí)，物料倉則停止加料,。出料倉中的物料隨著振動(dòng)電磁鐵的振動(dòng)沿著輸料槽被輸送到稱量斗中,，壓力傳感器檢測到物料質(zhì)量達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，則振動(dòng)電磁特停止振動(dòng),，在延時(shí) 1.5 s 后放料電機(jī)運(yùn)動(dòng)將稱量斗下方的放料擋板打開,，使物料沿著料斗進(jìn)入到包裝袋中，此時(shí)完成 1 個(gè)周期的包裝稱量,，當(dāng)傳感器檢測到下一個(gè)包裝袋到位時(shí),，再重復(fù)上述動(dòng)作繼續(xù)稱量。

基于人機(jī)界面,，操作或開發(fā)人員可與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù),、信息等的交流與處理。另外,，人機(jī)界面還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控,、顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如果運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障,，那么引發(fā)故障的原因會顯示在人機(jī)界面上,，對系統(tǒng)故障解決具有很大幫助。運(yùn)行界面見圖 5,。進(jìn)入主界面后,，會出現(xiàn)監(jiān)控界面、報(bào)警界面,、系統(tǒng)界面,。其中監(jiān)控界面可用于運(yùn)行方式選擇，即系統(tǒng)報(bào)警復(fù)位,、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置,、啟動(dòng)自動(dòng)控制,、停止手動(dòng)控制、啟動(dòng)手動(dòng)控制等,；自動(dòng)操作,；手動(dòng)操作，即包裝急停,、手動(dòng)松袋,、漲袋啟動(dòng)、手動(dòng)快加,、手動(dòng)慢加,；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，即伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速,、I/O 點(diǎn)狀態(tài),、包裝物料質(zhì)量、不合格包數(shù),、合格包數(shù),、包裝完成包數(shù)等。報(bào)警界面可用于系統(tǒng)急停報(bào)警,、*報(bào)警,、電機(jī)故障,、超差故障燈,。


4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為了驗(yàn)證所述控制方法的可行性和有效性，搭建控制系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)測試,。包裝質(zhì)量設(shè)定值為每袋25 kg,，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，基于 DPS 定量稱量控制下,，稱量裝置的稱量值為(25±0.0063) kg,，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.0063kg，大相對誤差為 0.6%,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，采用所述基于 DSP 的定量稱量包裝控制系統(tǒng)，相對誤差較小,，可以滿足設(shè)計(jì)要求,。

5 結(jié)語
設(shè)計(jì)了以 Motorola DSP56F807 為控制核心、以觸摸屏 Eview MT4300C 為操作屏的定量稱量包裝控制系統(tǒng),。介紹了定量稱量包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工作原理,，并詳細(xì)論述了基于 DSP 和觸屏的硬件結(jié)構(gòu)。在硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,，開發(fā)了與之配套的定量稱量包裝的控制系統(tǒng)軟件,。該控制系統(tǒng)提高了定量稱量包裝機(jī)的精度,、可靠性和可操作性。