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隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的定量包裝廣泛采用電子秤，尤其是小秤量定量包裝，要求計(jì)量準(zhǔn)確度高、包裝速度快、可靠性高等。常規(guī)的定量包裝秤是單體秤，即用一個(gè)稱重料斗，其包裝速度最快為20λ30包/min，對(duì)物料顆粒的流動(dòng)性和均勻程度要求較高，但對(duì)于象糖塊、干果、薯片等不均勻物品也用單體秤稱量，無論是稱量準(zhǔn)確度與速度上較難滿足生產(chǎn)要求。基于組合稱量技術(shù)的電腦組合秤，可有效提高計(jì)量精度和速度，解決了不均勻物品的計(jì)量包裝問題。電腦組合秤按料斗頭數(shù)分，有8、10、14、16、20、24、28頭，較常用的為10、12或14個(gè)。每個(gè)頭通常包括一個(gè)備料斗和一個(gè)稱料斗，料斗容量有200、300、500ml等，質(zhì)量最大可達(dá)500kg，最小刻度為±0.1g，稱量速度最快達(dá)350包/min。電腦組合秤是衡器行業(yè)中一種智能組合型定量自動(dòng)包裝衡器，組合稱量技術(shù)將簡(jiǎn)單的稱量物品重量發(fā)展到調(diào)整產(chǎn)品重量，滿足大批量生產(chǎn)需要，拓展了稱量功能和應(yīng)用范圍，為稱量的概念增加了新的內(nèi)容。
1組合稱量的工作原理
組合秤由若干獨(dú)立的性能相同的稱量部件和微機(jī)組成。組合稱量工藝流程如圖1，為了節(jié)約成本，以便使電腦組合秤在中小型企業(yè)中得到普遍應(yīng)用，此處稱量斗用10個(gè)，物料通過電磁振動(dòng)給料器進(jìn)入備料斗暫存，備料斗料門打開，物料進(jìn)入稱量斗進(jìn)行稱量，借助微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行同步計(jì)量，并從中自動(dòng)選出接近或略大于標(biāo)定值的最佳計(jì)算值作為物料的輸出量。因此，對(duì)某些價(jià)值較高的粗顆?；蛐K狀等散體物料，可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確稱重包裝。

加料過程在總體上服從正態(tài)分布，雖然離散性大，但若有足夠的可組合數(shù)，則多個(gè)單元組合可得到高精度的整體，加料的結(jié)果是由稱重和計(jì)算組合而成的，這與傳統(tǒng)的計(jì)量方式有著本質(zhì)的區(qū)別。利用這種高技術(shù)的工作原理，可優(yōu)于普通自動(dòng)定量裝置的速度和精度，而且，不僅可對(duì)不規(guī)則塊狀物進(jìn)行計(jì)量，一切可流動(dòng)的物料均可采用電腦組合秤定量。
稱料斗裝有稱重傳感器及控制閘門，稱重傳感器測(cè)出稱料斗內(nèi)物料的重量，且以電信號(hào)形式送入微機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行篩選組合。系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行組合計(jì)算后，便獲得滿足產(chǎn)品目標(biāo)重量范圍內(nèi)的一個(gè)最佳組合結(jié)果。假如有n個(gè)料斗，則有2n-1種組合模式，從中選出最接近目標(biāo)重量的組合模式，即最佳組合。然后系統(tǒng)對(duì)選中的稱料斗作標(biāo)記，如果某稱料斗被選中，微機(jī)發(fā)出指令開啟參與最佳組合的料斗的閘門，排出物料。該料斗中的產(chǎn)品被釋放到集中卸料斗中，輸送給包裝機(jī)進(jìn)行包裝。如果稱量斗未被選中，則稱料斗物料保留，下一個(gè)工作循環(huán)時(shí)微機(jī)對(duì)未選中而仍在繼續(xù)喂料的稱量斗直接參與組合計(jì)算。如此循環(huán)往復(fù)，直到人為停止。若某稱料斗在連續(xù)30個(gè)工作循環(huán)中未被選中，則該稱料斗被強(qiáng)迫選中一次，在含該稱料斗重量的組合中選擇最佳組合，并對(duì)卸掉物料的該稱料斗的稱重傳感器自動(dòng)調(diào)零。料門的開閉采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)物料的特性細(xì)微調(diào)整料門開閉速度，防止破損和卡料，動(dòng)作平穩(wěn)，壽命長。
一般的單頭秤在即將達(dá)到目標(biāo)重量時(shí)，為了保證精度，喂料速度不能太快，而電腦組合秤可以快速喂料，每個(gè)料斗的加料量通常定為目標(biāo)重量的1/3到1/5。組合秤進(jìn)行組合計(jì)算時(shí)僅用部分組合，計(jì)算機(jī)根據(jù)參與組合的頭數(shù)，按下式可計(jì)算出其組合數(shù)：
其中：m為稱量斗的總數(shù)，i為參與組合的斗數(shù)。通常m、i增加，可能的組合數(shù)就增加，則得到合格品的可能性就越大。然而，盡管微機(jī)的運(yùn)算速度很快，但過多的組合數(shù)會(huì)導(dǎo)致包裝速度的降低，且增加成本。從合理性和經(jīng)濟(jì)性來看，m通常取8到16，而i一般取3~5。組合秤的微機(jī)控制系統(tǒng)見圖2。

選用美國某公司生產(chǎn)的高級(jí)PIC單片機(jī)作為控制中心。該單片機(jī)是目前世界上8位單片機(jī)中運(yùn)行速度最快的，具有一個(gè)指令周期內(nèi)完成8位乘8位二進(jìn)制乘法的能力，可在一些需要高速數(shù)字運(yùn)算的場(chǎng)合取代DsP（數(shù)字信號(hào)處理器）芯片，它采用16位的RIsC指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、二級(jí)流水取指方式，指令為單周期、單字指令，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢(shì)，逐漸成為世界單片機(jī)的新潮流。組合秤在工作時(shí)，要完成60包/min（1包/s）以上的能力，即至少要在1s鐘內(nèi)完成重量檢測(cè)、組合計(jì)算、查找最佳組合等，從而完成一次包裝，其中組合計(jì)算費(fèi)時(shí)相對(duì)較多，對(duì)普通51系列單片機(jī)來說，料斗頭數(shù)越多越難以滿足要求。所以，為了滿足高速計(jì)算的要求，目前市場(chǎng)上的組合秤常用51系列單片機(jī)作重量檢測(cè)，通過單片機(jī)的串行口與PC機(jī)通訊，在PC機(jī)上完成組合運(yùn)算，把最佳組合結(jié)果通過串行口發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)最終完成實(shí)時(shí)控制；或者，用32位CPU作為控制中心組成微機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用高性能的PIC單片機(jī)（8位CPU），直接完成檢測(cè)、計(jì)算、控制輸出，既能滿足組合秤實(shí)時(shí)控制的精度要求，又能滿足包裝速度要求，是一種較有效的控制方式?？刂葡到y(tǒng)工作時(shí)，由單片機(jī)發(fā)信號(hào)給多路開關(guān)，分時(shí)選擇10個(gè)稱重傳感器，信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)10個(gè)輸入值進(jìn)行組合計(jì)算，得到最佳組合所在的一組稱量斗編號(hào)，根據(jù)編號(hào)控制對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，使該組料門打開，完成卸料，然后關(guān)閉料門；儲(chǔ)料斗中的料位由狀態(tài)開關(guān)檢測(cè)。另外，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了顯示、報(bào)警和鍵盤電路，使系統(tǒng)功能更加完善。
2組合稱量的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，主要由以下模塊構(gòu)成：主程序、A/D采集、數(shù)據(jù)濾波、組合計(jì)算、顯示子程序、鍵盤服務(wù)子程序等。主程序框圖見圖3。

下面重點(diǎn)介紹組合計(jì)算程序模塊的設(shè)計(jì)。設(shè)定精度為0.1g，選三、四、五個(gè)料斗進(jìn)行組合計(jì)算就能獲得成功組合，每次從10個(gè)中選i個(gè)進(jìn)行計(jì)算（i=3，4，5），對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為a、b、c，a、b、c、d和a、b、c、d、e，M為目標(biāo)重量（假定為100g），A、B、C、D、E代表選中的一組稱量值，與編號(hào)a、b、c、d、e相對(duì)應(yīng)，w代表組合后的加和值，組合計(jì)算的程序框圖見圖4。微機(jī)系統(tǒng)CPU的晶振頻率選為40MHz，由于高級(jí)PIC單片機(jī)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，具有高速的指令執(zhí)行能力，在40MHz時(shí)鐘情況下執(zhí)行一條指令的時(shí)間達(dá)100ns，則在1s內(nèi)單片機(jī)可執(zhí)行1千萬條指令，完全能滿足組合秤工作的速度要求。
3結(jié)語
組合稱量技術(shù)以其高精度，高速度代表了當(dāng)今稱量技術(shù)的最高水平及發(fā)展的方向，雖然，我國目前的組合稱量技術(shù)發(fā)展仍處于初步階段，電腦組合秤的制造與國外的先進(jìn)水平相比相差甚遠(yuǎn)，但隨著我國的商品包裝向高速、高準(zhǔn)確度的方向快速發(fā)展，電腦組合秤必會(huì)快速地進(jìn)入我國的商品加工、包裝行業(yè)?？梢哉f，包裝行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了稱量技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，稱量技術(shù)也提高了包裝水平，促進(jìn)了包裝行業(yè)的發(fā)展。本文提出的以高級(jí)PIC單片機(jī)作為控制中心的組合稱量系統(tǒng)可節(jié)省成本，方便操作，有助于促進(jìn)組合稱量技術(shù)的發(fā)展。目前，組合秤仍在不斷地發(fā)展與提高，其稱量速度不斷提高，成本也在不斷下降。它的用途也在逐漸擴(kuò)大，不僅可以用于食品的計(jì)量包裝，還可以用于金屬零件等的包裝。相信不久的將來，組合秤會(huì)大量進(jìn)入我國的包裝領(lǐng)域。

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