多功能自动电子配料系统的设计

多功能自动电子配料系统的设计

论文答辩姓名：张晓东指导老师：曲尔光专业：机械设计制造及其自动化2011090129我们要讲什么？基本概念选题背景及意义系统硬件介绍系统控制原理系统硬件设计系统软件设计总结与展望致谢01基本概念PartOne什么是自动配料？

将很多产品原料按照一定的比例来混合而成，比如：水泥、化肥、药品等等。这种事先将已经设定好比例的原料混合的配料称重系统就称作自动配料。我们可以根据事先的配料单用不同的配料机或者同一个配料机通过配料系统进行称重配料。什么是自动配料？

水泥配料罐食品配料机化肥配料罐什么是自动配料系统？自动配料系统是一种集在线测量动态称重和对工业过程实时监控管理的自动化系统的系统，广泛应用于冶金、建材、化工、矿山、食品、饲料加工等行业。02选题背景及意义PartTwo什么是巧克力

以可可制品（可可脂、可可液块或可可粉）、白砂糖和/或甜味剂为主要原料，添加或不添加乳制品、食品添加剂，经特定工艺制成的固体食。（GBT19343—2003）巧克力的历史

最早出现的巧克力，据说起源于玛雅人，他们习惯种植可可树，他们将可可豆烘干碾碎后加入树汁、沸水和辣椒。由于含有可可碱和微量可卡，被当做兴奋剂使用。后来传到墨西哥，当时这种饮料在宫廷中特别受欢迎，并且被称为“众神的饮料”。14世纪的时候墨西哥人在生产可可豆时加入糖进行了简单的加工处理，制成一种既能冲饮又能咀嚼的食物，巧克力问世。

到16世纪被西班牙征服者在墨西哥尝到一种用可可做成的饮料，因此巧克力及其制造技术传到了西班牙，后又传到意大利。巧克力的历史

到18世纪中叶传入英国。自19世纪以来瑞士的巧克力消耗和生产，在世界上占领先地位。根据统计，2001年瑞士人均消费巧克力12.3公斤。

经过两个多世纪的漫长历程发展和演变，巧克力的生产技术已成为现代食品工业领域中一个独特门类。而生产技术由小型手工业作坊，逐渐发展到大规模的机械化、连续化生产，并采用电子计算机控制自动化生产方式。巧克力分类

按配方中原料油脂的性质来源不同分为：天然可可脂纯巧克力、代可可脂和类可可脂巧克力。

依添加物不同分为：实心巧克力（solidchocolate）、混有其他成分的实心巧克力（solidchocolatewithinclusions）、夹心巧克力、饼干类内容物（enrobedormouldedproductswithbakerycenters）的巧克力。天然可可脂纯巧克力类可可脂巧克力代可可脂巧克力巧克力的种类巧克力的分类GB/T19343—2003黑巧克力牛奶巧克力白巧克力混合型巧克力制品涂层型巧克力制品糖衣型巧克力制品其他型巧克力制品世界十大巧克力品牌SWISSTHINS瑞士莲GUYLIAN吉利莲FERREROROCHER费列罗GODIVA高迪瓦HERSHEY’S好时DEBAUVE&GALLAIS黛堡嘉莱M&M’S巧克力DCOSLE多利是BELGIAN白丽人TOFFKFEE乐飞飞其他著名巧克力品牌德芙Dove金帝巧克力金莎巧克力明治巧克力格力高巧克力吉百利Cadbury徐福记巧克力雀巢巧克力恰浓巧克力Why

为什么我国的巧克力制品如此之少？目前，我国的巧克力加工厂少之又少，加之生产设备条件限制和资金问题，在巧克力自动配料上面临重重困难。现在绝大多数巧克力工厂都是人工填料，

工人收到每天的生产作业表后,将依次对每种原料进行称重、包装，在这个过程中工人工作繁重,出错率高。课题研究的自动电子配料系统可以：1.降低工人的劳动强度，2.保证比例的精确度，提高巧克力的质量3.提高了工厂的经济效益。其次，智能配料控制系统可以实现配料过程自动化，降低了设备故障，对于企业生产的自动化以及管理有很大帮助。配料系统的发展状况1.控制器采用工业计算机，数据采集卡采集传感信号，进过AD转换进入计算机人机交互界面采用VB或C++语言编写程序。优点：是具有称重算法丰富，有强大的数据库功能缺点：是人机交互功能差，控制软件时各个厂家专门开发，兼容性不好

2.以单片机为核心控制器，并由单片机开发的专门的称重控制器来进行配料称重计量。控制程序采用汇编语言进行编写，整个配料系统是由一台或者多台称重控制器和称重传感器构成。优点：是价格低廉、设备可靠性以及操作简单缺点：存在兼容性能、在开发能力差3.用可编程控制器（PLC），控制程序采用梯形图等PLC编程语言进行编写，通讯信号通过的I/O模块处理，称重传感器的信号则通过PLC的AD模块进行A/D转换为数字信号后再进入PLC主机进行处理；采用触摸屏、LED数显等。优点：人机交互性能好，现场操作简单缺点:数据储存和处理能立较差4.编程控制器与工控机相结合的形式作为控制主体，工控机完成参数设定和数据采集、处理等，PLC则完成配料控制。目前国内大多数中、小型配料系统均采用这种集散控制系统（DCS）。缺点：当工控机出现问题时，操作人员无法将料参数和数据采集处理后的结果传递给PLC，也就无法进行配料工作。而手动控制必须通过按钮输入到PLC中，工作量大.5.摒弃传统的配料系统，采用现场总线技术，传统的测量控制仪表加入了几个的微处理器，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，把多个测量控制仪表连接成网络系统，实现数据传递与信息交换，这将是科技发展的必然趋势。总体上我国在配料控制系统上存在技术落后、企业平均规模小、综合生产水平低等问题。由于效率和可靠性问题，提高配料的自动化程度和产品的质量，设计出高精度的自动配料系统意义重大。日益成熟的自动配料系统巧克力配料系统组成配料控制系统给料系统称重计量系统中心控制系统

给料部分是从料仓向设备中加料的机构。根据物料的不同特性,选用不同的给料设备。

该系统应该物料流动性好、速度要求快、精度要求相对较低的场合。对于巧克力配料中有一部分为液体，例如油脂、水以及一些添加剂，我们用电磁阀给料方式，该方式控制简单，但是由于我们技术问题，我们没有使用。称重计量系统是自动配料系统的核心。称量部分由传感器、标准连接件和称量斗组成,与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。我们的承重装置需要对面粉、可可粉、砂糖进行称重。所以使用电子称重器，它由承重、传力复位系统和传感器等组成。称重系统和中心系统是配料系统的核心。我们可以使用单片机或者微机来实现控制中心的设计。系统的上位机一般采用工控机。一台上位机连接多台下位机，用于生产线的集中管理。上位机具有数据采集和分类储存的功能，还可实现人机对话，完成集中监视、集中操作和集中管理等多项任务。03系统硬件介绍PartThree巧克力配料系统系统硬件其他压力传感器CZL-AA/D转换器HX711单片机STC89C52单片机STC89C52

单片机式配料系统配料机的核心，所以单片机的选择尤为重要，我们将详细介绍单片机。我们的配料系统主要以单片机STC89C52控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统扩展了电子日历时钟,系统可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源几部分。最小系统部分主要包括STC89C52和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器和A/D转换部分组成，信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和1602液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据。我们的配料系统可以实现基本的称重功能（范围是0-10KG）并且我们的系统具有自动报警功能。结构简单且方便。A/D转换器HX711

HX711利用海芯科技集成电路专利技术的优点，集稳压电源、片内时钟振荡器额一款专为高精度电子称设计的A/D转换器。具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。并且它降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性.该芯片的变成比较简单。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。压力传感器CZL-A实验电子秤、邮政电子秤、厨房电子秤等一般选用双孔悬臂平行梁应变式称重传感器。它的特点是:精度高、易加工、结构简单紧凑、抗偏载能力强、固有频率高。04系统控制原理PartFourA/D转换器HX711管脚说明HX711的内部结构与工作原理内部结构图压力传感器CZL-A受力方式05系统的硬件设计PartFive单片机STC89C52RC系统模块STC89C52简介单片机系统是整个控制系统的核心，他完成整个系统的信息处理及协调控制功能。由于系统对控制速度、精度及功能要求都无特别之处，所以本系统采用STC89C52单片机，外围主要有晶振电路、复位电路。在控制电路部分，我们采用了STC89C52单片机，这是一种低电压，高性能CMOS8位单片机，内部有4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单。单片机STC89C52RC内部结构

ALE：地址锁存有效信号，在它的下降沿用与外部程序存储器的低8位地址锁存，在P0分时用作地址总线低8位和数据总线。EA（低电平有效）：访问外部程序存储器控制信号输入端。当为低电平时，单片机都到外部程序存储器取指。当EA为高电平且PC值小于OFFFFH时，CPU执行内部程序存储器程序。在本系统中，EA与+5V相连，表明单片机使用内部程序存储器。P0：引脚号为32~39，单片机的双向数据总线和低8位地址总线。P1：引脚号为1 ~8，准双向I/O口。用于传送用户的输入和输出数据。系统采用STC89C52RC，P1.0和P1.1可以作为定时器2的输入。在系统中使用P1.6与P1.7作为与外围设备的通信端口。单片机STC89C52RC仿真图LED显示模块

LED显示，由集成有多行、多列的发光二极管四边形模块构成，所述的四边形模块至少一边为带有一组以上凹凸槽块的边缘。所述的四边形模块至少可有一组对边两壁均带有一组以上凹凸槽块，其中，两对边凹凸槽块可呈对应状，亦可呈对称状系统向前通道

在单片机机测、控系统中，对被控对象状态的测试及对控制条件的监测是不可缺少的环节，系统就是利用其前向通道作为被测信号的输入通道，实现对输入信号的拾取本系统中前向通道实现的功能是压力采集。系统后向通道设计

本系统叫动态配料控制器，就要对配料进行控制，就少不了输出模块，当单片机知道加在压力传感器上的重物的重量后，就要对加料的漏斗进行控制，单片机要根据得到的数据选择哪一个加料斗，然后还要选择加料的方式，是快加，中加或慢加。当外界的环境出现特殊情况时，超出了系统的控制范围，单片机总要对控制对象实施控制操作。因此，在这样的系统中总要有后向通道。后向通道是单片机实施控制运算处理后，对控制对象的输出通道接口。06系统的软件设计PartSix系统工作过程简述

接通电源，系统处于待机状态，等待按键输入。当按下压力设定键是，用户可以进行压力设定，设定值为四位数码管显示，系统自动对压力进行检测并通过数码管显示。通过传感器来感应压力，把压力转换成电压。通过A/D转换后，再四位数码管显示。再与设定值进行比较。配料器开始工作时，发光二极管导通工作作为提示。当没到设定压力时，配料控制器正常工作，当超过设定压力时，配料控制器停止工作，蜂鸣器警报。静态检查

静态检查一般是指在不加输入信号，或者只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试。首先，用万用电表短接测试，各电路板先不插上器件，加上外接电源检测有无短路及半短路现象，结合电路原理分析，判断电路直流工作状态是否正常。然后逐点检查各器件的电源脚电压值是否正确逐块插入器件，逐次检查电源电流值及器件电源脚电压值，并注意电路板上有无异常现象，直至全部器件插入、总电流值在合理范围内、电压值正常、电路板上无异常现象为止。然后将静态检查合格的电路板插在机架上，用系统电源再次检查电源的电压值及电流值，直到全部电路板插上后为，电路能够正常的导通，静态检查结束。动态检查单步运行命令启动系统执行地址n处的一条指令，执行完毕后返回监控状态，是系统调试是用来定位故PIA的最基本方法。每次执行一条指令后停止，可对执行后的现场进行检查，检查与这一条指令相关的寄存器、内部RAM.数据存储器及1/0口和设备的情况。全部正确时，可继续执行下一条指令，再返回监控检查运行后的现场。若某状态或数据与指令与目的不符，则说明这一条指令或相关硬件有问题，需根据情况对故障定位处理断点运行命令在程序中设置断点，程序从起始处运行到断点时停止，然后调试者可以检查执行后的现场状态连续全速运行命令连续全速运行.一般在排除了系统各种软、硬件故障后才使用，主要用于全面测试系统的技术指标。配料系统生产过程监控

自动配料系统是工厂生产线的上游系统，能够满足生产需求，系统启动后，配料装置能自动识别系统的需求以及使用情况，并且能够达到无人值守的自动化程度，在系统下游需求时能够自动配料并且能够满足使用，能够通知上游系统的供配料，达到生产线的一体化。配料的温度控制，每种成分的精度能够必须控制在误差范围内。必须记录每次配料的数据情况，以及误差情况，存储数据，以供口后查询。并且生成报表，生管理人员可以查询系统的状态信息，运行情况，报警等与生产管理密切相关的信息。自动报警功能系统报警是系统的重要性能体现，一个良好的系统，必须有优秀的报警系统包括报警事件的设定，报警发出的失效对操作者有很重要的提示作用。为了确保系统运行稳定，有良好的维护性和预见性。系统设定对每个设备的状态，每个检测的数据，每个工艺流程，每个生产环节都有完整的报警指示。在整个控制系统中，每个设备的状态，每个报警的设定都是一个报警事件，在不同的报警事件中，可以设定相应的等级和系统处理方式。自动称料开始时，系统时刻检测每个设备，每个过程，每个工艺流程，每个环节的状态确保系统运行良好。如果某个设备或者过程出现异常时候，会有相应的报警和记录。例如，放料阀未关，或系统检测不到放料阀关闭信号，系统会发出报警声响，暂停称重仪表的称料过程，并使运行指示灯闪烁。出现报警，自动放料不会进行。仿真电路图07总结与展望PartSeven总结

本文围绕“多功能自动电子配料系统的设计”这一课题进行了一系列的研究工作。伴随着科技的日益进步，我们生活也变得越来越好。如今世界在进步，我们也必须要进步。我国传统的自动配料甚至手工配料已经远远不能适应社会的要求了。工业生产中的自动配料涵盖各个领域。所以本文结合山东省青岛市妙缘巧克力厂实际生产问题，就实现自动配料控制系统的信息化和自动化等问题进行了研究与分析，并结合当前国内巧克力目前自动配料系统的生产流程开发出了一套多功能电子自动配料系统，集合目前各行业生产的大多需求，并且实现了企业的配料与人机的集成，并且效果良好。本智能多功能电子自动配料机理论上可以对多种物料（油脂、可可粉、白糖、果仁）进行不同重量的同时配料，也可以单独对一种物料进行称重。本产品可以进行商业推广，对大型的配料机进行控制，针对性强，结构合理，检测方便，可达到设计要求标准。未来展望本文的研究工作基于C++进行的基于Windows应用的的研究和设计，利用Windows程序的基本设计理念。整个系统可以实现生产过程的基本信息化和自动化，大大提高配料向信息化的自动的转变。但是由于受到系统的开发时间、实际现状及本身技术水平的限制，系统的一些功能内有进一步的完善和扩展，一下几点有待完善：1.本系统为多功能自动配料，但是由于条件的限制，可以实现单物料多范围调控，但是不支持多物料同时进行称重