本文介绍一种采用单片机控制的多秤联动自动称重包装机的工作原理、硬件组成以及软件设计。
0.引言
自动称重包装机是目前使用于食品或药品行业的 配料定量包装设备。其主要称重产品对象为:小食品、 薯片、膨化食品、糖果、饼干以及其他一些食品或药品 等规则或不规则颗粒物料。提高包装机的称重精度、 自动化水平以及包装速度能给企业带来可观的经济效 益。目前多数企业使用的是双称联动式包装机,用可 编程控制器来控制。然而我们所承接的却是一台14头 称量双包装机设备。结构框图如图1所示。
由于有14头秤的输入输出信号需要处理,加上包 装机的多工序控制信号,如此大的信号量若用可编程 控制器,所需的输入输出模块是很可观的，造价太高, 用户承受不了。因此我们使用单片机来完成这个多信 号的控制。
1.系统组成与工作原理
根据系统要求,每分钟包装180袋成品。换句话说，就是在300毫米内物料要从主储料斗被分装在14个分料斗中,又对14个分料斗进行称重,当某一包装机
空时将达到目标重量的料斗门打开卸料至包装袋中,然 后进行包装工序。由此可见这种高速度的工作只能由 计算机来完成。
本系统采用重量式计量和多秤组合量原理，14头 秤联动双包装机交替完成包装工序。硬件组成如图2 所示。其工作原理如下：


1. 1电子称量系统
电子称量系统是整机的关键部分，它由机械称量 斗、斗门传感器、重量显示器、A/D转换器、8279可编程 接口、单片机和执行机构（气阀、电磁阀）等部分组成。 按常规控制方式，输入输出均使用并行口，但本系统的 特殊性就在于信号量大，控制复杂。若用并行口方式, 软硬件设计难度大而且调试困难，因此我们采用了 8279传感器方式,输入输出控制全部由8279完成，使系 统设计简单调试方便。
其工作过程是:当8279接收到储料斗传感器发来 的分料完毕的关门信号时，识别是哪杆秤,然后发A/D 采样信号进行称量,称量完毕单片机进入随机组合算法 的运行，组合完成后8279查询到某一包装机的就绪信号则发指令给执行机构实现料斗门打开卸料的机械动 作。在这一系列的过程中，单片机负责控制信号的采 集、发送、数据运算、数据存储、称斗组合、传输管理、报 警判别等工作。
1.2包装机系统
包装机系统由左、右两台包装机组成。完成一袋 成品的包装要经过包装膜递进、打印、包装袋背封、端 封、夹紧、切断六个工序。每包装完一袋,计算机接收 到就绪信号后,控制电子秤又卸下一秤,如此左右两机 交替工作,高速运转完成包装任务。
2.控制软件结构及特点
控制软件为模块式结构。
2.1键功能模块
本系统在面板上提供40个键给用户使用。分为参 数设定和功能键两部分。功能键中手动自检开关料斗 门和零位调整可称作遥控键。因为分料器和料斗安装 在两米以上的高台上，当某一料斗出现故障时需要开 门,爬上爬下很不方便,有了手动开门键,只要按下键, 再按下某一数字键就可将对应料斗门打开。同样,要 想调节某一料斗的零位,按下调零键,再按某一数字键 就可调节对应称斗的零位。另外,分料器工作时间、目 标重量、过冲量值、批号、产量以及包装机各工序时间 间隔均可由键盘设定。键功能采用中断方式,设定时 不影响正常生产。
2.2自动称量模块
此模块完成自动称量(A/D采样、滤波）、目标重量 组合算法、过冲量自动调整等功能。另外,在加料或卸 料过程中,难免会有物料附在称重斗中的现象,造成零 点漂移或配重不准。因此在卸料停止和加料前,程序 进行调零和校正配重的工作,这是自动方式。手动方 式为上述键功能中的遥控方式。
2.3自动包装模块
此模块完成包装机工序的分时控制。
2.4光电信号处理模块
该模块接收主储料斗、14个分料斗，14个称重斗、 左右包装膜递进、制动等光电信号传感器输入信号，经判断处理后再进行下一工序的输出信号发送。
3.高速度高精度的实现
由于本系统采用8279传感器中断方式接收各执行 机构的动作信号，不占用各自工作时间。另外，在称量 时采用组合达到目标重量的方式，即单秤达到目标值 则单称卸料，两秤之和达到目标值则两秤卸料。因此 实现了多秤联动、交替称重包装的高速度运行。而高 精度的实现则是本系统的难点。由于系统采用电子称 量方式，而且要达到180袋/分的速度，因此影响称量精 度的因素很多。首先是电压不稳造成A/D采样不准， 零点漂移也使称量有误差，再有就是分料不匀影响目标 重量的组合。针对电压波动，我们通过软硬件结合的方 法来解决。在硬件上，增加微分电路使输入信号在A/ D 采样时可以充分发挥A/D转换器的12位精度，就是二 进制值的80个字对应1克重量，这样电压的波动就可 忽略不计了。软件上，我们采用滤波方式，就是每个通 道都采样十个循环（间隔10毫秒），而每个循环采样8 次判断其采样值是否有效并求出平均值，然后对十个循 环的值再求平均才作为重量值，若有突发的电压波动， 由于是无效值被去掉了，因而起到滤波的作用。对于零 点漂移，硬件上使用运算放大器进行调整，软件上采用 校零功能，上面已有叙述。分料不匀的问题在机械上增 强分料器上弹簧的强度，振动时不歪斜达到均匀分料的 目的。软件上采用负反馈偏差控制方式对过冲量进行 调整。具体做法是，根据上次称量的值与目标值的偏差 来调整本次称量中采用的过冲量值，即调整进料门的关 门时间，使本次称量与目标值的偏差减小，从而保证了 称量精度。
4.结束语
本系统能通过液晶数码管显示称重数据，用发光二 极管灯动态显示14杆秤运行状态和称斗组合情况，监 视直观，自动化程度高，操作人员只需开启闭合电源即 可。系统在实用中运行良好，使企业降低了损耗，增加 了效益。