1引言
随着科技进步、社会发展以及人民生活水平提高，量尤其是加人WTO后，企业参与激烈的国际市场竞争，量对商品包装提出了更高的要求。其中量粉粒状农用产品.量如粮食、种子、饲料、化肥，农药等农业生产用品，以及薯量片、米花、豆花等农副产品的深加工食品，都需要大量各量种规格定量包装.目前国内大量农用产品仍然采用手工量定量包装。手工包装一方面劳动强度大，工作环境恶劣,量速度慢，准确度低，生产效率低，经济效益差；另一方面量对采用手工包装不能符合卫生要求的食品、药品，以及量对人体有毒有害的物品需要自动化、无人化定量包量装”疽。因此实现大量粉粒状农用产品高速高准确度自量动定量包装是急需解决的技术难题。
2粉粒状农用产品自动定量包装现状
目前国内粉粒状农用产品自动定量包装有2种方量式:％量1)容积式自动定量包装,是基于容积来计量包装量物料的数量，结构简单，成本低，定量速度高，但定最准量确度依赖于物料比重的稳定性，受物料松散程度、颗粒量大小均匀程度、吸湿性、结块性等物理化学性质的变化量影响较大。主要适用于颗粒大小均匀、自流性好、比重相量对稳定、价格较低的农用产品定量包装.目前农用产品量自动定量包装主要釆用容积式.中小规格容积式自动定量量速度在4。〜60包/niin左右，准确度在士2%〜士3%量左右。由于准确度差,企业在执行《定量包装商品的计量量监督规定》时，为了满足计量监督部门检查，只能.'宇多量勿少”,从而在定量包装上造成巨大损失5;2>称重式自量动定量包装.是以重量来计量包装物料的数量，与容积量式相比，结构复杂，成本高.定量速度慢，但准确度较高。量主要适用于颗粒大小不均匀不规则、比重不稳定、价格量较高的农用产品定量包装。目前中小规格称重式自动定
量速度在10〜20包Anin左右，准确度在士量1%〜量±1.5%左右。尽管称重式自动定量包装在企业实现“称量平量准”上已经前进了一大步,但速度慢.仍然不能满足量大量粉粒状农用产品定量包装要求
国外自动定量包装发展趋势是应用微电子等高新量技术，同时提高定量的速度和准确度31’如组合式定量量包装.速度在60包/min以上，准确度在±1%左右，但量结构复杂，成本髙.一套设备上百万元.国内一般企业难量以承受⑶。为此本文在实用新型专利基础上借鉴国量外的先进技术，提出一种混合式自动定量包装新方法,量以提高定量的准确度和速度。
3混合式自动定量包装原理
混合式自动定量包装系统组成结构如图1所示如,量包括：由料仓、粗细给料管、粗细给料器及其数字控制组量成给料子系统.由称重料斗、投料汽缸、称重传感器及其量称重数据采集组成称重子系统、包装机及其控制子系量统.主控微机。

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Fig.量1量Composite量type量of量automation量quant量if量ing-packaging量system

混合式自动定量包装是在容积式和称重式自动定量量充填基础上发展起来的:气其自动定量整个过程在主量控微机的协调控制下，采用多级给料及静态称重实现。量首先由粗给料器采用容积式快速往称重料斗加入目标量量的大部分（主加料）量稳定一定时间后进行准确静态称量重，而不象称重式自动定量.一边给料一边称重的动态量称重；然后计算确定剩余的小部分量，并将其换算成细量给料器加料的容积，在流量一定的情况下用时间大小表量示；最后控制细给料器加料（补加料），同时控制称重料量斗投料汽缸打开投料门，向包装机投料，完成自动定量量一次循环过程。
其中，给料和称重分时进行、以提高加料速度，减少量加料冲击和落差对称重的影响。细给料器采用容积式加量料，但由于加料最少，补加料误差亦小，提高了定量准确量度。同时细给料器加料后不再称重，在细给料同时就投量料，进一步提高了定量速度。混合式自动定量包装综合量了容积式自动定量速度高和称重式自动定量准确度高量优点.
4混合式自动定畳包装实现方法
4.1混合式自动定量包装工艺流程
根据以上原理，混合式自动定量包装丄艺流程分为量自动定量和包装2个工步，在进行下一包物料自动定量量的同时，进行上一包物料的包装"自动定量分成4个节量拍.如表1所示.其中时间以中小规格定量包装为例。
1）    主加料，由给料子系统完成,每个工作循环主加量料时间固定，由物料比重稳定性、粗给料器性能等决定。量通过调节粗给料器激振力及料厚度使得主加料量在目量标重量90%〜95%左右。
2）    稳定，由主控微机完成，每个工作循环稳定时间量固定，由主加料量对称重料斗冲击大小、称重料斗抗振量动性能等决定。
3）    静称重，由称重子系统完成，每个工作循环称重量肘间固定，由称重准确度、A/D转换器时间、采样频率量及点数、数据滤波方式及处理速度等决定。
4）    补加料及投料，补加料由给料子系统完成,投料量由包装机控制子系统完成，毎个工作循环补加料时间随量着补加料量不同而变化。毎个工作循环投料开始时间固量定，结束时间随着补加料时间变化而变化。
以上4个节拍在主控微机统一协调下进行，即由主量控微机控制给料子系统、称重子系统及包装机控制子系量统开始工作时间.
4.2混合式自动定置称重子系统实现原理及方法
从混合式自动定量过程来看，静态称重准确度对最量后定量准确度影响最大，也是第4节拍补加料的基础。量因此高速高准确度称重是实现混合式自动定量包装的量基础。
1）称重料斗机械振动性能分析。称重料斗在主加量料f（t）量=量A后振动系统可以简化为图2a所示四，其中量m为称重料斗质量成为称重传感器的弹性系数,『为称量重料斗振动阻尼系数。在主加料后称重料斗支撑在称重量传感器的弹性变形量W/）响应曲线如图2b所示。
在主加料后较短稳定时量间后.在非常短的静态称重时间内，要实现髙准确度称量重，必须尽可能减少“U匕和即尽可能增加f和叽量阻尼比£量=量0.5/3量量量k）'量\无阻尼固有频率%量=量（k/,nY量\因为，”受到称重传感器的量程限制忌受到量称重传感器结构限制，因此只有通过增加阻尼系数，来量满足称重要求.

a量2林重料斗机械振动系统诲化及响应
Fig.量2量Schematic量diagram量of量the量compos量he量lype量of量automation量quanxifing-packaging量system量and量ils量responses

2）称重数据采集处理子系统硬件。它由量AT89C652单片机，看门狗定时器、电压监控和量EEPROM量一体的X5045芯片.RS-485接口转换芯片量LBC184.对称重传感器的微弱的电信号进行放大的仪量表放大器AD623芯片及44位高速串行输出模/数转换量器MAX121芯片，输入、输出信号光电隔离器量MOC3020,输入反相驱动器74HC14.输出反相驱动器量MC1413等组成。
子系统通过RS-485串行接口总线与主控微机、其量它子系统传送数据.包括接收主控微机发送的工作参数量和向主控微机及其它子系统发送的称重数据采集处理量结果;通过输人、输出信号与主控微机进行时序协调，以提高系统执行的可靠性和快速性；通过X5045的量EEPROM存储器存放运行参数'如釆样速率、釆样点量数、称重量程等。
子系统通过两台UH-53高准确度电阻应变片式称量重传感器，支撑称重料斗，提高称重料斗抗振性和稳定量性。2台称重传感器釆用并联组秤方法。并联后，总输出量电阻小,信号传输抗干扰能力强，输出电压与被称物料量重量成线形关系，提高了称重准确度。
子系统通过厚模工艺制作的集成仪表放大器量AD623芯片和14位高速度串行A/D转换器MAX121量芯片组成前置通道，完成对称重信号放大、转换、釆集。量AD623具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能量力、低温漂、低失调电压和高稳定增益、输入电压范围量大、放大误差小、能够提供很好的线性度等特点，量MAX121具有低温漂、低信噪比、输入电压范围大等特量点，内置釆样保持器和三态缓冲输出器，输入端直接与量AD623输出端相连，输出端可直接与CPU相连
3）称重数据采集处理子系统软件.在主加料后，称量重信号经过放大、A/D转换后，以釆样频率2量000次/s量采集数值，采集数值波形如图4所示。由图可见.经过稳量定时间To后波形低频部分主要在物料重量对应数值量（图中水平实线）上下震荡逐渐衰减趋向稳定值量的曲线.同时包含高频干扰信号量因此称重数据采集处量理必须在称重时间（?量,量-量TQ范围内,在适当的采样速量率和采样点数下，采集一定数量釆样值,剔除高频或随量机干扰值后，求平均得到图中水平虚线），称重釆集量处理误差即为
为了减少误差J在软件设计中，首先对采集点进量行定位，使得开始有效采样点均在波形震荡峰或谷上，量同时直到波形震荡峰或谷结束。其次，采用非线形数字量滤波.将高频或随机干扰导致的粗大误差滤除滤波量算法为：设釆集信号序列为〃［门.非线形数字滤波后信量号序列为切门。开始采样点,诃。］=以后采样点’量根据干扰强弱设定粗大误差阀值。最后，对量在有效采样点范围内非线形数字滤波值求平均，并经过量标度换算，得到主加料重量，作为称重釆集处理结量。

4.3混合式自动定量给料器数字控制
为了提高混合式自动定量速度和准确度，主加料和量补加料必须具有很好的可控性，主加料快速稳定，主加量料愈接近目标质量量补加料量愈少，定量速度和准确度量愈高,同样补加料快速稳定'补加料量愈准，定量速度和量准确度也愈高。因此，高速高准确度给料是实现混合式量自动定量包装的关键。

I.績料楕2,弹性系统.3,衔铁丄电破铁（包括激振线圏）5.机映6.狱振弹陶7.支架
图5电械振站塔料器绪枸图
Fig.量5量Structure量of量electromagnetic量vibration量feeder
如图5所示电磁振动给料器是一种新型的加料设量备，广泛用于粉粒状物料的定量给料、配料等生产流程量中〔吼电磁振动给料器组成结构包括;给料槽、料厚调节量板、衔铁、板弹簧、电磁铁及激振线圈、机座及隔振弾簧。量将正弦交流电经过单向半波整流后，加在电磁铁的激振量线圈上。在交流电正半周，激振线圈上有电流通过，在衔量铁和电磁铁之间便产生一对大小相等的脉冲电磁力相量互吸引，这时給料槽向后运动，弹性系统发生变形，存储量了量一定的势能；在交流电负半周，激振线圈上无电流通量过.在衔铁和电磁铁之间电磁力消失，由于弾簧存储的量势能释放,衔铁和电磁铁之间朝向反方向离开，给料槽量向前运动。这样电磁振动给料器就以交流电频率50量Hz量作往复振动,使给料槽中物料不断向前抛起移动，达到量给料目的〔气通过控制50量Hz交流电供电电压、供电时量间可实现给料量自动控制；调节给料槽中料厚度，可实量现给料量手动调节:
在混合式自动定量过程中，给料厚度和供电时间一量定情况下，物料的比重变化、供电电压波动等工作环境量变化，将导致给料器给料量发生变化，因此在定量过程量中根据前一次给料目标量和实际量差反馈自动控制供量电电压或时间。电磁振动给料器供电电压釆用数字控量制。应用单向半波可控硅整流电路，通过数字控制可控量硅的导通角的大小，获得不同幅度输出电压，从而改变量给料器给料量.
5混合式自动定量性能分析
5.1混合式自动定量速度分析
由表1总时间可计算出，混合式自动定量速度在量30〜60包/min之间.接近了容积式定量速度。
5-2混合式自动定量不确定度分析
在静态称量准确度相对校高情况下，补加料准确度量
是影响自动定量准确度的主要部分，主要由最大补加料量最和最大补加料时间、给料器机械性能和自动控制性量能、物料容重稳定性等因素决定.一般最大补加料量越量小,最大补加料时间越长，给料器的料厚度越小，补加料量越准确。通过提髙给料器机械性能和自动控制性能，补量加料的最小控制量可达0.量2〜0.量5量g左右。物料容重稳量定性对补加料准确度的影响相对较大，例如包装目标质量量400量g的物料，若容重在0.量27〜0.量3量g/cm1之间变量化,变化率约为土量5%量,主加料量为目标质量的95量%量.即量380量g,主加料一定容积物料,质量将在360〜400量g之量间变化，通过稳定及静态称量后确定补加料量将在40量〜0量g之间、最大补加料量为40量g,其对应实际补加料量质量将在38〜42量g之间，最终质量在398〜402量g之间，量补加料误差为土2量g,相对400量g目标质量，准确度为量土量0.5%,达到了称重式定量准确度。
6混合式自动定置包装系统性能对比实验
混合式自动定量包装系统对小米、化肥、农药等农量业生产用品进行中小规格定量包装实验。由于篇幅所量限，这里仅给出小米实验数据。实验质量参数是：包装目量标质量400量g和200量g,定容积小米质量变化率约为量土量5%,因此对应主加料目标质量380量g和190量g,最大量补加料量为40量g和20量g。实验时间参数是:通过调节料量厚度,使给料器在一定加料流量下，控制主加料时间为量600量ms和400量ms,最大补加料时间为800量ms和600量ms,稳定时间20。ms,静态称量时间300量ms。补加料的量最小控制量分别为1.。g和0.量7量g左右。实验质量数据量如表2所示。
表2混合式自动定量包装实验结杲

400量g实验定量速度平均为40包/min.质量在量397.量4〜402.量4量g之间，与目标质量400量g相比，绝对误量差在一2.量6〜+量2.量4量g之间，准确度在一量0.量65%〜量+量0.6%之内。200量g实验定量速度平均为46包/min,量质量在198.量6〜200.量8量g之间.与冃标质量200量g相比，量绝对误差在一1.量4〜+量0.量8量g之间，准确度在一0.量7%〜量+量0.量4%之内。
7结论
通过对混合式自动定量包装性能理论分析和实验量分析表明：粉粒状农用产品混合式自动定量包装是切实量可行的，对粉粒状物料的适应性强，既适应于颗粒大小量均匀、容重相对稳定的农用产品定量包装，也适应于颗量粒大小不均匀不规则、容重不稳定的农用产品定量包量装。它与传统定量包装相比，同时提高了自动定量的速量度和准确度.满足了企业大批量定量包装“称平量准”要量求。应用该技术成果，可降低企业包装损耗，提高包装合量格率,对生产企业和消费者无疑都具有非常大的经济效量益和社会效益,在自动定量包装方面有重要的理论指导量意义和应用推广价值。

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