组合秤控制系统设计

　　0　引言

　　组合秤自20世纪70年代问世以来,在食品、医药、化工等行业得到了广泛的应用,它解决了不均匀物料的计量包装问题,具有计量精度高、包装速度快、可靠性高等特点,尤其对某些价值较高的颗粒或块状产品可实现快速、准确定量包装,精度可控制在±0.1g,国外最快称量速度达350包/分钟。但由于价格较贵,使其应用受到限制,基于PIC18FXX2单片机为控制中心的组合秤,可降低成本,便于推广。

　　1　组合秤的称量过程

　　组合秤主要由称量机构和控制系统组成,其称量工艺过程如图1。

　　该组合秤有10个称量斗,目标组合重量500 g,包装速度≥60包/分,精度为±0.1g。物料从集料斗,经圆形振动分配器和径向进料器,按要求定量将一份物料进入相应备料斗暂存,备料斗料门打开,物料进入称料斗进行称量,备料斗物料放完料后,其料门关上,继续存料。微机将测定的十个称量值进行组合计算,总共有210-1=1023个组合方式,从中选出最佳称量组合(105g、99g、104g、100.2g和91.9g),其加和值500.1g最接近目标值500g,属于最佳称量组合的称料斗料门打开,物料经卸料仓流出进入包装。接着,与属于最佳称量组合的称料斗对应的备料斗料门打开,给卸空的称料斗加上新的一份物料并称量,其称量值与上次未被选中的称量值一起进行新一轮组合计算,查找最佳称量组合。同时,径向进料器自动给卸空的备料斗加料。如此循环往复,直到人为停止。若某称料斗在连续30个工作循环中未被选中,则该称料斗被强迫选中一次,在含该称料斗重量的组合中选择最佳组合,并对卸掉物料的该称料斗的称重传感器自动调零。料门的开闭采用步进电机驱动,根据物料的特性细微调整料门开闭速度。集料斗中的料位由光电传感器检测。

　　2　系统硬件设计

　　2.1　PIC18FXX2单片机

　　组合秤微机控制系统硬件原理如图2。选用Miorochip公司生产的PIC18FXX2型单片机作为控制核心,该单片机属于高级PIC单片机,内含FLASH程序存储器、EEPROM和丰富接口模块,它采用16位的RISC指令集、哈佛总线结构、二极流水取指方式,指令为单周期、单字指令,晶振频率为0~40MHz,具有速度快、实用、低价、指令集小、低功耗、体积小、功能强等优点。它体现了单片机发展的一种新趋势,逐渐成为世界单片机的新潮流。系统工作时,10个称重信号分时通过多路开关、放大器和A/D转换器,输入到PIC18XX2单片机,PIC18FXX2单片机发信号控制20台步进电机的转速和方向,使备料斗和称料斗的料门打开或关闭。

　　2.2　多路开关

　　MAX307和MAX309为高精度CMOS模拟多路开关,导通电阻小(小于100Ω),转换速度快(小于250ns),工作电压为4.5V~30V。MAX307为双组八选一多路开关,MAX309为双组四选一多路开关,因为只有10个输入信号,MAX309多路开关只用到每组两路。单片机在检测信号之前通过RB0~RB4口用软件设定通道号,以完成多路开关通道的切换。