阀口袋包装机的一种改进控制系统.PDF

居上江 阙沛文 （上海交通大学自动检测研究所，上海 200030） 摘 要 分析了以 51 系列单片机为核心的阀口袋包装机的控制系统，该控制系统为了适应包装物料特性的 变化，提出了一种改进的方案。该方案利用下游重量校准反馈并运用模糊控制过程，使包装速度和精度都有 了一定的提高。 关键词 阀口袋包装机 测量误差 自适应控制 Abstract This paper analyses the 51 series single-chip microprocessor based control system for the air valve packer. In order to adapt to the change of the material characteristic, an improved control system is presented. The control system improves the packing velocity and precision to a certain extent by feeding back from downstream weigh calibration and applying fuzzy control process. Keywords Air valve packer Measurement error Adaptive control 0 引言 阀口袋包装机是为适应颗粒、粉粒混合物及片状物料而专门设计的毛重式包装机型。该 机采用低压空气强制压送物料装袋，成功地解决了自流性差、密度小、微粒度等特性的粉末 物料的自动计量包装，结构新颖合理，操作维护方便，在化工行业有较广泛的应用。 1 阀口袋包装机系统及其误差分析 阀口袋包装机由进料闸板阀、储料仓、物料充填装置（气动双速阀门控制）、机架、回风 除尘装置、称量、翻袋装置以及称重控制柜等组成。 称重传感器的电压信号经过采集放大，与预先用可调电阻调好的信号进行比较，输出开 关量信号，使包装进程结束，从而实现重量的控制。 称重传感器信号的输入、放大、比较、输出全部由控制电路板的模拟电路完成，此控制 回路可视最小分辨值为 0.1Lbs,约 45g，其中影响包装精度的因素有：可调电阻的漂移；外 部机械振动，不稳定的风压，气缸、阀门动作时的振动冲击；切断信号发出到电磁阀动作之 间的延迟以及飞料在出料管中的残留；包装进程中物料特性的变化，例如堆积密度、粒径大 小的变化。 2 控制对象的特点 根据以上分析,可以得出整个包装控制过程有以下特点： ① 控制对象的被控流向是不可逆的,所以输出结果不能通过超调量立即加以调节； ② 由于外部的机械振动和物料在下料过程中堆积密度的变化等,使被控过程具有时变 和随机特性； ③ 被控对象的受控特性是开关性的,无法通过对中间过程的控制来调节输出流量。 为了避免欲使产品控制在规格内（25kg±250g）而将称重中心值调得偏高，同时又尽可 能缩短称量时间在下料过程中因堆积密度等特性变化时不用人工调节各种参数，所以要求改 进控制系统使误差控制在 0.2％以内。 3 改进后系统设计组成及特点 根据我公司的多年使用经验,对控制系统进行了改造，引入了下游电子皮带秤的反馈， 克服了储料仓压力及物料变化带来的影响，保证了包装精度，且能够在保证包装精度的情况 下尽可能减少包装时间，节约成本；增加了飞料吹扫控制，减少了物料残余袋口带来的计量 误差和残料的损失；采用了称重模糊控制数学模型，使控制系统简化并能达到一般熟练操作 工的正常操作水准,能够适应储料仓压力及物料变化及时调整包装的精度和时间。 3.1 系统的硬件组成 系统以 51 系列单片机为核心，主要由称重传感器、信号输入接口（放大、滤波）、A/D 转换、对话界面、串行接口反馈、存储器、卸料控制电路等组成，如图 1 所示。 图 1 系统硬件组成框图 3.1.1 信号输入接口 为避免机械振动对称量造成的影响，必须采用滤波技术。硬件滤波可采用低通滤波；软 件滤波时采集若干数据为一组，去掉最大最小值其余取均值作为有效测量数据，但需要考虑 运算速度以及