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自动装料控制装置设计

发表时间：2021/6/17 来源：《文化研究》2021年7月上作者：于俊伟；钟逸飞；方伟豪；文俊翔

[导读] 自动装料机是企业生产活动中十分重要的工具，优良的自动装料机能较大程度上提高企业的生产速度，减少产品规格的不合格率，从而使得时间和资源有更高的利用率。本文研究了自动装料机，在研究探讨中寻找自动装料机的工作原理和运作方式，并运用单片机技术，提出了自动装料机的一些初步制作方法。

四川成都西华大学于俊伟；钟逸飞；方伟豪；文俊翔 610039

【摘要】自动装料机是企业生产活动中十分重要的工具，优良的自动装料机能较大程度上提高企业的生产速度，减少产品规格的不合格率，从而使得时间和资源有更高的利用率。本文研究了自动装料机，在研究探讨中寻找自动装料机的工作原理和运作方式，并运用单片机技术，提出了自动装料机的一些初步制作方法。
【关键词】自动装料机；单片机技术；制作方法
        一、自动装料机的定义
        自动装料机由料盒输送装置、排料架及加热器、机械手及控制系统等组成。当料盒按要求方向放入导引槽后,料盒内引线体将被逐个推到导轨上,等待机械手提取并放置在排料架上。一旦装满,机器将自动发出信号,将其送入封装模进行封装。
        二、影响计量部分静态精度的主要因素
        这里指的是用砝码或物料标定、校准时所得到的静态精度。
        （一）称重传感器和称重显示器所产生的误差
        对这类误差常有论述，对用户来说只要合理的选择高稳定性、高精度的称重传感器和称重显示器即可。
        （二）传感器安装不良引起的误差
        该类误差在实际使用中非常重要，常由于安装不良引起的重复性和线性性能不良，每次卸料后的回零不一致。对于采用多只称重传感器时，要求称重传感器的输出特性一致，否则将使称量信号综合后的误差增大，线性度变差。称量支点应保持在同一水平面，即安装基面应垂直于载荷方向，并使各支点受力均匀。称量限位装置必须保持一致，否则某一称量传感器已被限位时，显示控制器将误判断，显示出一个虚假值。
        （三）外界条件引起的影响量
        这里主要指支承受力点位移，电源引入的干扰，电场、磁场引起的干扰。这就要求我们对称量支承点采用自复位性能优越的支承压头；对传感器的信号线采用屏蔽线并可靠接地；对于供电电源引入的干扰一般称重显示器内均有抗干扰滤波器和软件抗干扰措施，必要时称重显示器的供电电源与生产场地大载荷的动力电源分开，以避免电源电压瞬间波动、脉冲波和谐波的影响。
        （四）机器未预热引起的误差
        用砝码或物料对计量部分进行检定或校验并不能确定系统运行时的准确度，在短时间内对同一称量进行重复称重，其准确度并不具有代表性，由于目前使用的称重显示器一般有自校准功能，笔者在对一台300kg的包装秤用等量物料重复标准和称量，其准确度达到0.05%，所以检定时必须开启系统工作几次后再进行检定，使最终的检定结果中包含了影响量和控制精度。
        三、影响精度的解决方法
        （一）优化机械性能和控制系统
        控制系统的控制精度应理解为系统运行所得到的最终产品是否符合设定的重量，自动称量的偏差不仅仅取决于计量斗装置的计量性能，还取决于控制方式和控制性能，系统的机械性能结构。
        （二）减轻震动，降低装料高度
        机械振动对控制精度的影响，由于系统在运行中不可避免的产生振动，将使称重显示器在采样过程中产生误判断，我们采取的措施是：在机械结构上减小装置的振动；称重传感器的安装平面应高于计量斗重心的位置，以减小计量斗由于振动引起的晃动；采用振动较小的给料装置，如螺旋给料机或皮带输送机的振动小于电振给料机；条件允许时，给料装置及其他装置与计量斗不在同一支架上。
        （三）缓解冲击力
        加料时物料冲击力的影响，物料冲击力取决于物料比重、粒度大小和物料的落差，而这取决于生产工艺。当生产工艺已定，无法改变时，我们一般采取：在配料秤配料过程中先加大称量的料，后加小称量的料；尽可能减小物料的落差；在接近定量值时，加料速度的设定从高速→低速1→低速2→零速，使接近定量值时冲击力的影响变为极小。
        （四）估算落差影响
        物料落差引起的影响量，虽然一般的称量控制器均有落差自动修正功能，但只有在加料速度和物料落差重量不变的情况下才达到，在实际使用中必须注意到这一点，并进行一定的估算。
        （五）控制加料速度
        加料速度的控制问题，在既要保持系统快速运行而在接近定量值时为保证控制精度又必须尽量慢速加料，为解决这个问题，应采用变频调速器，并充分利用变频器具有的多段速功能、点动功能和PIP功能，使速度的控制曲线如图1所示。

        图1中t1为速度上升时间为加快工作效率可减小t1以快速上升，t2→t3为从快速向慢速转换时间，t3→t4为接近定量值时通过设置适当的下降时间不仅可以减小物料的冲击力，并使称量值达到定量时加料速度也同时达到零值，同时落差的量也更小。若需要更高的控制精度在接近t4时可采用点动控制方式。
        四、装料机工作原理
        高精度自动装料称重系统主要以C8051F021单片机为系统的主要控制芯片，由中国空气动力研究所生产的两路S3压力传感器采集物料装填过程中产生的压力，将压力的变化反映为电压值的变化。之后经放大电路进行放大，通过Ａ／Ｄ芯片进行模数转换，将得到的数据通过串行通信接口传送到上位机（董婷，2014）。上位机程序对两路传感器的数据进行处理与标定得到重量信息，同时对采集重量过程进行控制，同时能够对装料机械装置发出命令，实现装料过程的精确控制。自动装料成袋过程中，上位机、称重电路以及机械装置３
部分的关系如图所示。

上位机程序对称重电路与机械装置发出控制命令，称重电路向上位机返回采集数据，机械装置向上位机给出一次称重过程开始的信号。
参考文献
[1]康光华.电子技术基础.高等教育出版社.2005.7
[2]董婷.一种自动称重包装控制系统设计［Ｊ］．控制工程，2017，24（2）：372－377．