乳粉包装自动称重系统的设计与实现项目可行性研究报告.docx

1、乳粉包装自动称重系统的设计与实现项目可行性研究报告乳粉包装自动称重系统的设计与实现项目可行性研究报告摘要：论文分析了国内外称重技术发展的基础上，主要讨论了一个用于工业控制且功能较齐全的自动称重系统的开发。随着自动化和管理现代化的进展，自动在线称重,快速动态称重和称重系统中有了很大的发展，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统,提高称重的准确度。论文所介绍的自动称重系统是应用于工业上的乳粉包装自动称重中的，它的实现有两个过程，第一阶段由异步电机带动粗螺旋推进器给料，这一阶段可看成为粗调过程，给料重量一定要小于额定重量。第二阶段由步进电机带动细螺旋推进器进料，可看成是细调过程，使实际重量等于要求的

2、额定重量。本系统应用了传感器，各种芯片及单片机。工业性能强，便于应用与工业上。关键词:自动称重系统 粗调 细调1 引言电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，从国防技术、航空航天等到日常生活中的电梯、微波炉等都采用到了微机测控技术。工业生产中的自动称重系统就是微机测控技术的应用。自动称重系统主要包括称重装置和数据的存储两大部分。物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡量器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤已不能适应上产自动化和管理现代化的要求。自六十年代以后，由于传感器

3、技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、淮确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而工作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用。称重装置应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。但是，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重

4、系统是势在必行的。2 国内电子称重的现状我国从六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字式。由于当时技术条件的限制，产品准确度低、可靠性差，适应工厂恶劣环境的能力差，一直故障率和损坏率都很高。自八十年代初以来，开展了与国外技术交流和合作，引进了一批样机、生产技术和加工测试设备；通过消化、吸收和改造，使电于称重装置的综合水平有了很大的提高。产品品种发展到几十种包括电子计价秤，电子台秤、电子吊秤、电子汽车衡、电子皮带秤、电子轨道秤、电子包装秤。电子配料秤以及各种专用电子秤。这此产品中作为商用静态秤都已能满足国际法制汁量组织（O、I、 M、 L） III级秤 3000d的要求

5、。静态使用的工艺秤也都能达到 0.10.3的准确度。动态计量用的皮带秤能做到0.250.5，动态轨道衡能达到国家规定的0.5级的要求，个别的产品也可达到0.2级。总的来说我国电子称重装置的水平相当于发达国家八十年代中期水平。这里应强调的是有少数产品的技术已处于国际先进水平。这表明我国在引进消化国外先进技术的基础上，走上了自行开发的道路。但是同发达国家相比，尚存在着不少的差距，突出表现在数量上电子衡器所占比例仅为6.6，其次是品种尚少，功能不齐全，不能满足经济建设科技进步的全部需要，第三是有些制造厂的产品稳定性和可靠性还比较差，产品好的厂家，其所用的关键配套件还得依赖于进口，例如动态轨道衡用的高

6、稳定性称重传感器还大部分依赖于进口。应该看到中国的大市场本身就为电子称重装置的发展开辟了广阔的前景。据调查冶金企业是电子衡器的最大用户每年新增和更换的各类工业电子秤约5000台，其他工业交通部门如港日、铁道、煤炭、建材、化工、饲料以及商业部门都需要在技术进步中装备人量的电子称重装置。因此有人称衡器工业为朝阳工业也是有道理的。3 电子称重技术发展的趋势自七十年代以来，发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平。在技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前作为贸易结算用的静态秤（如平台秤、汽车衡、静态轨道衡等）己能做到O、l、M、L规定的3000d（分度

7、），最高可做到6000d。在稳定性方面要求一年内不允许超差。在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时（MTBF）都超过2000 小时，有些产品达到5000小时。在生产过程用电子秤方面，由于加强了应用技术开发，能够适应各种恶劣环境（高温、振动、粉尘、电磁干扰、爆炸危险等）下使用；准确度一般能做到0.103。在品种方面随着生产发展的需要和新技木的应用，出现了新品种，如非连续式自动累加秤、电脑组合包装秤、高速自动包装秤等、这些自动秤往往与生产过程紧密相连，成为生产线的一个组成部分，或者与生产机械组合成一台机电一体化设备。电子称重装置主要由承载器、称重传感器和称

8、重仪表三部分组成，称重方式也是电子称重技术不可分割的内容，下面分别叙述其进展和发展趋势。3.1 称重传感器称重传感器是电子称重的核心部件，它把重力转换成电信号。称重传感器从原理上分有很多种，包括电阻应变式、压磁式、电容式、振弦式、电感式、核辐射式等，但从准确度、重复性、经济性、使用方便等方面综合考虑，目前大量生产的仍然是电阻应变式传感器。它在称重传感器中所占的比例达90以上。电阻应变式传感器近几年在性能上又有了提高， 随着工业控制系统向数字化发展，近几年来数字式称重传感器也被开发和应用。由干它直接输出数字量，大大提高了传输中的抗干扰能力，并使得与计算机的通信极为方便。由于取消了仪表中的模拟放大

9、、A/D转换的环节，使仪表大为简化在计算机中显示和控制的场合，可以不用称重仪表。目前这种传感器大致有两类：电阻应变式数字称重传感器和新型数字式称重传感器。3.2 称重仪表称重仪表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率AD转换器、单片微型机、电可擦存储器（EEPROM）和非易失性随机存储器（NOVRAM），使其性能和功能都有了很大提高。近几年来称重仪表又增加了两项新技术：（积分的增量）调制型模数转换器和印刷电路板的表面安装技术（SMT）。这些新技术的采用，进一步提高了仪表性能和可靠性，井为仪表小型化创造了有利条件。在性能上已能做到：非线性优于0.01灵敏度优十0.2Vd，AD转换速度一般为103

10、0次秒，用于动态称重可达 100次秒以上。由于采用了比较方式测量，传感器供桥电源和 AD转换基准电源共用一个电源，使电源波动的影响得到了补偿。在功能上也比较齐全，人部分是用软件来实现。这些功能包拈：各种参数的设定；如分度值、最大秤量、小数点、固定皮重等设定；零点自功跟踪；自动去皮；量程自动校准；动态检测；开机自检和故障诊断，停电数据保扩：超载报警：非线性补偿；以及毛重、净重、皮重和累加值的显示等。有些专用的仪表中还有附加的各种功能。为了便于与计算机通信，现代称重仪表都配有各种输出接口供选用。如RS232C、RS485或RS422A、20mA电流环、模拟量（420mA）以及继电器接点输出。有些制

11、造厂为了加强仪表与计算机的通信，采用直接与工业控制机总线相连的方式。如西门子SIWARE称重仪的输出能直接与两门子PLC控制器的总线相连。为了适应各种应用的需要，当前称重仪表发展的一个趋势是：通过硬件或软件的积木式组合来实现不同的功能需求。例如在仪表机箱内通过不同电路板的组合或更换软件存储芯片，来实现不同的功能，以满足各种用途。3.3 承载器承载器是承载重力并将力传递到称重传感器的机械结构。国外已较多的采用CAD进行承载器（秤台或秤架）的设计，在保证一定强度和刚度的前提下优化设计，从而达到节省钢材，降低造价的目的。据国外资料介绍，在电子称重装置中，称重传感器的价格这几年变动不大，仪表价格随着电

12、子器件价格下降而成下降趋势，而占成本比重比较大的承载器由于钢材和加工费用的上涨使成本提高。回此要降低成本提高竞争力，重点是降低秤台造价，所以优化设计，发展薄型结构己是制造厂向的主要目标。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速在线称重和称重系统有了很大发展。进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。本课题正是从这一方面出发进行设计的，使得本课题设计的自动称重系统既能获取称重信息，又能实现对称重信息的管理，而且其稳定性好，称量速度快、精度高，可连续自动称重，显示、打印称量结果，实现了称重数据的存储，并且该自动称重系统还实现了可视化

13、，从而杜绝不真实计量现象，维护企业和客户的利益。另外，其界面直观，便于使用。4 乳粉包装称重的工艺流程图1为乳粉包装称重系统的工艺流程图。当输送带把一个空的乳粉袋送往落料管下方时，称重系统开始工作。异步电机启动，带动粗螺旋推进器（又称绞笼）旋转，推动乳粉从落料管落下。当乳粉重量接近设定重量时（略小于设定重量），停止粗螺旋推进器进料，然后启动细螺旋推进进行微量添加，直到乳粉重量满足给定重量的要求。细螺旋推进器由步进电机带动。一袋乳粉称重满足要求后，由输送带把该袋乳粉传到下一道工序进行包装，而后面的空袋又输送来，进行第二袋乳粉的称重，如此周而复始的工作，乳粉称重分为两个阶段，第一阶段由异步电机带动

14、粗螺旋推进器给料，这一阶段可看成为粗调过程，给料重量一定要小于额定重量。第二阶段由步进电机带动细螺旋推进。图1：乳粉包装称重系统工艺流程图5 系统方案的设计5.1 系统的硬件构成该硬件电路系统实际上就是一个数据采集系统，任务是把由压力传感器输出的420mA的电流信号转换来的0SV的电压信号传送给模数转换器。然后AD转换器将该模拟信号转换为00HFFH的数字信号，当其转换结束时发送转换结束信号给单片机，单片机对其转换后的结果进行滤波、量化等处理，处理后的结果送往LED进行显示。5.1.1系统的技术要求和传感器选择 传感、通信、计算机技术构成现代信息的三大基础，80年代是个人计算机，90年代是计算

15、机网络，预计21世纪第一个10年热点很可能是传感、执行与检测。传感器的作用主要是获取信息、是信息技术的源头。在信息时代里，随着各种系统的自动化程度和复杂度的增加，需要获取的信息越来越多，不仅对传感器的精度、可靠性和响应要求越来越高，还要求传感器与标准输出形式以便和系统连接。显然传统的传感器因其功能差，体积大，很难满足要求。发展高性能的，以硅材料为主的各种先进的传感器已成为必然。如谐振式、电容式、光电式和场效应化学传感器等。尽管它们的敏感机理不同，但其总的共同特点是向微型化、智能化发展。是因近年来，微电子，微机械，新材料，新工艺的发展与计算机、通信技术的结合创造出新一代的传感器与检测系统。新型的

16、电子称重系统，大都采用传感器作为载重量度以及转换。本系统是高精度的称重系统。要求使用精度高、性能稳定的压力传感器。压力传感器通常以应变片为敏感元件，压力传感器一般按检测对象分类，包括加速度传感器、荷重传感器、扭矩传感器、位移传感器。检测原理有压阻式和压电式。我们知道硅锗半导体材料的导带都是多个极值，由于受应力作用，晶格间距发生变化，导带极值发生移动，导致禁带宽度的变化；同时能谷发生转移，使载流子迁移率u不相同，故引起电阻率的变化，这种现象称为压阻效应。电阻应变片是进行应力应变测量的关键元件，同时也是用来制造荷重、扭矩、加速度、位移、压力等传感器的敏感元件。电阻应变片分为金属电阻应变片和半导体应变片。半导体应变片的种类很多，目前使用较多的是体型硅应变片和扩散硅应变片.根据乳粉包装称重系统的工艺流程图，提出以下技术要求：（1）该称重系统中每袋乳粉额定重量