自动称重选别系统的研制

《轻工机械》

1 引言?

伴随着社会的进步，科学技术的发展更是突飞猛进，人们的生活水平也随之高涨。人们购买商品不再仅仅是为了满足生活所必需，对商品的包装也提出了要求。在中国加入世贸组织以后，企业参与国际化竞争也愈加激烈。其中与企业、个人都有密切关系的定量包装和分等级包装的准确性要求也越来越高。产品定量包装和分等级包装超重，会有损企业的利益，从某种程度上降低了其竞争能力；产品定量包装和分等级包装短缺，则会损害消费者的利益，影响企业的信用，导致在竞争白热化的市场中无法立足。?

当前急需一种机器系统，用以解决产品包装的超重或短缺的问题。自动称重选别系统可以在产品输送过程中，通过单片机对称重传感器的数据进行采集处理，对产品进行称重选别。主要用于自动化包装流水线中，对通过的包装产品在线连续动态称重，进行自动分类和统计，满足速度快、精度高的要求。?

2 自动称重选别系统的组成及结构特点?

2.1 自动称重选别系统的工作原理?

自动称重选别系统的工作流程图如图1所示。它包括：前后辊子输送机构、称重输送机构、剔除分选机构和单片机动态称重控制系统。?

产品通过前输送机构送上称重输送机构(光电感应开关信号从有到无)，称重传感器对产品进行快速动态称重，并将称重信号通过模/数转换器送给单片机，单片机根据系统设置的参数，辨别出该产品是否合格或属于什么等级。合格的产品由后输送机构进入下一个工序；不合格的产品则在到达后输送机构上的光电感应开关时，系统发出警报，并且使剔除机构——气缸发生动作将其剔除，也可按照重量等级进行分选。

研制的主要技术参数有：最大称重量30kg；包装物最大输送速度0.1m/s；包装物尺寸，宽W＜400m，长L＜600mm，高H＜50mm；称重平带输送机构中心距800mm左右。?

2.2 称重输送机构?

自动称重选别系统的核心是称重输送结构，其结构示意图如图2所示。它包括：底座1、称重传感器2、称重支撑杆3、搬运支撑杆4、称重台架5、光电感应开关6、平带输送机构7、同步带传动机构8、电动机及减速器9、称重支撑球杆10等。?

称重输送机构由2只UH53系列称重传感器双支点支撑在底座上。在称重输送选别工作时，称重台架分别通过2只称重支撑杆和2只称重支撑球杆支撑在2只称重传感器上；在搬运或运输过程中，称重台架通过4只搬运支撑杆支撑在底座上。2只称重支撑杆是扁平杆，由柔软性较好材料制作而成。通过2只弹性“细腰形”称重支撑杆和2只单端固定称重支撑球杆可以减少或消除称重台架振动引起称重传感器上的弯矩力，提高称重传感器的称重准确度。电动机及减速器、同步带传动机构、平带输送机构等均安装在称重台架上。?

称重输送机构和前后输送机构采用相同的电动机和传动机构。所需电机轴上的功率P1=KP=0.06kW。其中K——当量系数，P——要克服的负载功率。因要求电机效率高，运转平稳、振动小、质量轻，故选用90YYJT90型齿轮减速电子调速电动机，额定功率0.99kW，频率50Hz，电压200V，电子调速，输出转速1-500r/min(任意选择)。?

电机输出轴与传动轴间传动带的功率计算Pb=KaP=0.126kW。由于要求传动效率高、传动平稳准确、压轴力小、结构紧凑，采用靠啮合传动的H型同步带。根据同步带设计计算，选用300H300型周节制梯形同步带。带轮的设计，小带轮为双挡圈，大带轮采用无挡圈形式，这样便于拆装和防跑偏。?

称重输送机构采用平带输送包装物。平带的接头，采用“齿形啮合”的形式，这比重叠式接头的速度要高，并且平行度高，工作稳定性好。前后输送机构采用辊子输送包装物，结构简单，成本低。?

2.3 剔除分选机构?

剔除分选机构选用气缸实现。气缸的选用是由行程、克服阻力的拉力或推力决定。选用QGBⅡ321×500。其特点为：气体来源广泛，无污染，能作往复运动，可以通过电磁阀的控制实现自动剔除或分选动作。剔除分选机构安装在后输送机构上，使称重输送机构与剔除分选机构分开，这样可以防止剔除分选机构在动作时对称重输送机构产生干扰，降低称重准确性。

3 单片机动态称重控制的系统组成及软件结构?

3.1 单片机动态称重控制的系统硬件组成?

自动称重选别系统由单片机动态称重控制系统完成称重和选别控制，它包括：UH53系列称重传感器，AD623仪表放大器，AD977模数转换器，AT89C52单片机应用系统，及其他输入输出调理电路等。单片机应用系统除了AT89C52单片机外，还有X25045芯片、RS-485接口转换芯片LBC184、键盘、LCD显示器等。?

AT89C52是一种8位低功能，高性能COMS微处理芯片。X25045集看门狗定时器、电压监控和EEPROM功能于一体。它能电擦除或保存数据采集处理的运行参数，如称重传感器量程、采样速率、采样点数、皮重、标定参数等等。系统通过RS-485串行总线与上位机相连，接受上位机发送的运行参数，向上位发送工作状态。?

称重传感器将被测产品的重量转换为传输和测量的电信号。其选用根据测量的额定重量和精度决定。它处于数据采集系统的最前端，其性能会影响整个系统的工作状态和称重精度。考虑最大称重量30kg和系统的皮重，称重精度±0.2%，故选用额定量程30kg，精度可达0.02%的UH53系列高精度电阻应变式称重传感器。它具有准确度高，结构合理，偏移误差调整方便和长期稳定性好等优点。?

支撑称重台架的2个称重传感器如采用串联组秤，传感器的灵敏度是相叠加的。这里采用并联组秤的方法，并联后传感器的总输出电阻小，信号传输系统的抗干扰能力加强，迟滞重复性指标大大改善，长期稳定性好；并且总的输出电压与被称物品重成线性关系，不受物品在传输带上位置的影响。?

AD623仪表放大器，被测物品重量通过传感器变成微弱的电信号，在无干扰情况下，信号源单一有效，可以直接输入到放大器进行信号放大。但是，由于其他机器的干扰以及工况影响存在着干扰。选用集成仪表放大器AD623，其输入电压范围大，执行时间短，放大误差小，线性度好，可靠性高，且受湿度影响小。为了提高系统的抗干扰能力，系统信号输入输出均通过光电隔离器调理及电平转换电路，输入信号经反向驱动器74HC14驱动输入。?

4 结束语?

在设计中，机械方面采用齿轮减速电子调速电动机，电机输出轴与传动轴间采用300H300型周节制梯形同步带准确、高效、平稳地进行传动；通过弹性“细腰形”支撑杆和单端固定支撑球杆可减小传感器工作时所受的弯矩、扭矩，能提高称重选别的精度；传送平带的接头采用“齿形啮合”的形式，可以提高连接的强度和传送平稳度。控制方面使用灵敏度高、精度高、线性好的称重传感器；利用并联组秤后总输出电压与被测物品的质量成线性关系等优点，提高了信号传输系统的抗干扰能力，不受物料在传输带上具体位置的影响；选用精密集成仪表放大器AD623，数模转换器AD977，信号放大精度高，速度快，系统输入输出信号均通过光电隔离器调理电路，提高了系统的抗干扰能力；在电子电路设计和软件设计上，均采用滤波措施等。上述种种措施，保证了数据采集正确快速可靠。试制系统通过试运行，工作稳定可靠，实现了提出的研制主要技术参数。