多功能自動電子配料系統(tǒng)的設(shè)計

論文答辯姓名：張曉東指導(dǎo)老師：曲爾光專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化2011090129我們要講什么？基本概念選題背景及意義系統(tǒng)硬件介紹系統(tǒng)控制原理系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計總結(jié)與展望致謝01基本概念PartOne什么是自動配料？

將很多產(chǎn)品原料按照一定的比例來混合而成，比如：水泥、化肥、藥品等等。這種事先將已經(jīng)設(shè)定好比例的原料混合的配料稱重系統(tǒng)就稱作自動配料。我們可以根據(jù)事先的配料單用不同的配料機(jī)或者同一個配料機(jī)通過配料系統(tǒng)進(jìn)行稱重配料。什么是自動配料？

水泥配料罐食品配料機(jī)化肥配料罐什么是自動配料系統(tǒng)？自動配料系統(tǒng)是一種集在線測量動態(tài)稱重和對工業(yè)過程實(shí)時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、礦山、食品、飼料加工等行業(yè)。02選題背景及意義PartTwo什么是巧克力

以可可制品（可可脂、可可液塊或可可粉）、白砂糖和/或甜味劑為主要原料，添加或不添加乳制品、食品添加劑，經(jīng)特定工藝制成的固體食。（GBT19343—2003）巧克力的歷史

最早出現(xiàn)的巧克力，據(jù)說起源于瑪雅人，他們習(xí)慣種植可可樹，他們將可可豆烘干碾碎后加入樹汁、沸水和辣椒。由于含有可可堿和微量可卡，被當(dāng)做興奮劑使用。后來傳到墨西哥，當(dāng)時這種飲料在宮廷中特別受歡迎，并且被稱為“眾神的飲料”。14世紀(jì)的時候墨西哥人在生產(chǎn)可可豆時加入糖進(jìn)行了簡單的加工處理，制成一種既能沖飲又能咀嚼的食物，巧克力問世。

到16世紀(jì)被西班牙征服者在墨西哥嘗到一種用可可做成的飲料，因此巧克力及其制造技術(shù)傳到了西班牙，后又傳到意大利。巧克力的歷史

到18世紀(jì)中葉傳入英國。自19世紀(jì)以來瑞士的巧克力消耗和生產(chǎn)，在世界上占領(lǐng)先地位。根據(jù)統(tǒng)計，2001年瑞士人均消費(fèi)巧克力12.3公斤。

經(jīng)過兩個多世紀(jì)的漫長歷程發(fā)展和演變，巧克力的生產(chǎn)技術(shù)已成為現(xiàn)代食品工業(yè)領(lǐng)域中一個獨(dú)特門類。而生產(chǎn)技術(shù)由小型手工業(yè)作坊，逐漸發(fā)展到大規(guī)模的機(jī)械化、連續(xù)化生產(chǎn)，并采用電子計算機(jī)控制自動化生產(chǎn)方式。巧克力分類

按配方中原料油脂的性質(zhì)來源不同分為：天然可可脂純巧克力、代可可脂和類可可脂巧克力。

依添加物不同分為：實(shí)心巧克力（solidchocolate）、混有其他成分的實(shí)心巧克力（solidchocolatewithinclusions）、夾心巧克力、餅干類內(nèi)容物（enrobedormouldedproductswithbakerycenters）的巧克力。天然可可脂純巧克力類可可脂巧克力代可可脂巧克力巧克力的種類巧克力的分類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層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瑞士蓮GUYLIAN吉利蓮FERREROROCHER費(fèi)列羅GODIVA高迪瓦HERSHEY’S好時DEBAUVE&GALLAIS黛堡嘉萊M&M’S巧克力DCOSLE多利是BELGIAN白麗人TOFFKFEE樂飛飛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徐福記巧克力雀巢巧克力恰濃巧克力Why

為什么我國的巧克力制品如此之少？目前，我國的巧克力加工廠少之又少，加之生產(chǎn)設(shè)備條件限制和資金問題，在巧克力自動配料上面臨重重困難。現(xiàn)在絕大多數(shù)巧克力工廠都是人工填料，

工人收到每天的生產(chǎn)作業(yè)表后,將依次對每種原料進(jìn)行稱重、包裝，在這個過程中工人工作繁重,出錯率高。課題研究的自動電子配料系統(tǒng)可以：1.降低工人的勞動強(qiáng)度，2.保證比例的精確度，提高巧克力的質(zhì)量3.提高了工廠的經(jīng)濟(jì)效益。其次，智能配料控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)配料過程自動化，降低了設(shè)備故障，對于企業(yè)生產(chǎn)的自動化以及管理有很大幫助。配料系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1.控制器采用工業(yè)計算機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡采集傳感信號，進(jìn)過AD轉(zhuǎn)換進(jìn)入計算機(jī)人機(jī)交互界面采用VB或C++語言編寫程序。優(yōu)點(diǎn)：是具有稱重算法豐富，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能缺點(diǎn)：是人機(jī)交互功能差，控制軟件時各個廠家專門開發(fā)，兼容性不好

2.以單片機(jī)為核心控制器，并由單片機(jī)開發(fā)的專門的稱重控制器來進(jìn)行配料稱重計量?？刂瞥绦虿捎脜R編語言進(jìn)行編寫，整個配料系統(tǒng)是由一臺或者多臺稱重控制器和稱重傳感器構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：是價格低廉、設(shè)備可靠性以及操作簡單缺點(diǎn)：存在兼容性能、在開發(fā)能力差3.用可編程控制器（PLC），控制程序采用梯形圖等PLC編程語言進(jìn)行編寫，通訊信號通過的I/O模塊處理，稱重傳感器的信號則通過PLC的AD模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再進(jìn)入PLC主機(jī)進(jìn)行處理；采用觸摸屏、LED數(shù)顯等。優(yōu)點(diǎn)：人機(jī)交互性能好，現(xiàn)場操作簡單缺點(diǎn):數(shù)據(jù)儲存和處理能立較差4.編程控制器與工控機(jī)相結(jié)合的形式作為控制主體，工控機(jī)完成參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)采集、處理等，PLC則完成配料控制。目前國內(nèi)大多數(shù)中、小型配料系統(tǒng)均采用這種集散控制系統(tǒng)（DCS）。缺點(diǎn)：當(dāng)工控機(jī)出現(xiàn)問題時，操作人員無法將料參數(shù)和數(shù)據(jù)采集處理后的結(jié)果傳遞給PLC，也就無法進(jìn)行配料工作。而手動控制必須通過按鈕輸入到PLC中，工作量大.5.摒棄傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，傳統(tǒng)的測量控制儀表加入了幾個的微處理器，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通訊能力，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞與信息交換，這將是科技發(fā)展的必然趨勢?？傮w上我國在配料控制系統(tǒng)上存在技術(shù)落后、企業(yè)平均規(guī)模小、綜合生產(chǎn)水平低等問題。由于效率和可靠性問題，提高配料的自動化程度和產(chǎn)品的質(zhì)量，設(shè)計出高精度的自動配料系統(tǒng)意義重大。日益成熟的自動配料系統(tǒng)巧克力配料系統(tǒng)組成配料控制系統(tǒng)給料系統(tǒng)稱重計量系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)

給料部分是從料倉向設(shè)備中加料的機(jī)構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性,選用不同的給料設(shè)備。

該系統(tǒng)應(yīng)該物料流動性好、速度要求快、精度要求相對較低的場合。對于巧克力配料中有一部分為液體，例如油脂、水以及一些添加劑，我們用電磁閥給料方式，該方式控制簡單，但是由于我們技術(shù)問題，我們沒有使用。稱重計量系統(tǒng)是自動配料系統(tǒng)的核心。稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件和稱量斗組成,與稱量儀表一起進(jìn)行物料的稱量以及誤差的檢測。我們的承重裝置需要對面粉、可可粉、砂糖進(jìn)行稱重。所以使用電子稱重器，它由承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)和傳感器等組成。稱重系統(tǒng)和中心系統(tǒng)是配料系統(tǒng)的核心。我們可以使用單片機(jī)或者微機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制中心的設(shè)計。系統(tǒng)的上位機(jī)一般采用工控機(jī)。一臺上位機(jī)連接多臺下位機(jī)，用于生產(chǎn)線的集中管理。上位機(jī)具有數(shù)據(jù)采集和分類儲存的功能，還可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，完成集中監(jiān)視、集中操作和集中管理等多項(xiàng)任務(wù)。03系統(tǒng)硬件介紹PartThree巧克力配料系統(tǒng)系統(tǒng)硬件其他壓力傳感器CZL-AA/D轉(zhuǎn)換器HX711單片機(jī)STC89C52單片機(jī)STC89C52

單片機(jī)式配料系統(tǒng)配料機(jī)的核心，所以單片機(jī)的選擇尤為重要，我們將詳細(xì)介紹單片機(jī)。我們的配料系統(tǒng)主要以單片機(jī)STC89C52控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)擴(kuò)展了電子日歷時鐘,系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源幾部分。最小系統(tǒng)部分主要包括STC89C52和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和1602液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)。我們的配料系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能（范圍是0-10KG）并且我們的系統(tǒng)具有自動報警功能。結(jié)構(gòu)簡單且方便。A/D轉(zhuǎn)換器HX711

HX711利用海芯科技集成電路專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，集穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器額一款專為高精度電子稱設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換器。具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且它降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性.該芯片的變成比較簡單。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。壓力傳感器CZL-A實(shí)驗(yàn)電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器。它的特點(diǎn)是:精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高。04系統(tǒng)控制原理PartFourA/D轉(zhuǎn)換器HX711管腳說明HX711的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖壓力傳感器CZL-A受力方式05系統(tǒng)的硬件設(shè)計PartFive單片機(jī)STC89C52RC系統(tǒng)模塊STC89C52簡介單片機(jī)系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，他完成整個系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)控制功能。由于系統(tǒng)對控制速度、精度及功能要求都無特別之處，所以本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)，外圍主要有晶振電路、復(fù)位電路。在控制電路部分，我們采用了STC89C52單片機(jī)，這是一種低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，內(nèi)部有4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單。單片機(jī)STC89C52RC內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ALE：地址鎖存有效信號，在它的下降沿用與外部程序存儲器的低8位地址鎖存，在P0分時用作地址總線低8位和數(shù)據(jù)總線。EA（低電平有效）：訪問外部程序存儲器控制信號輸入端。當(dāng)為低電平時，單片機(jī)都到外部程序存儲器取指。當(dāng)EA為高電平且PC值小于OFFFFH時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器程序。在本系統(tǒng)中，EA與+5V相連，表明單片機(jī)使用內(nèi)部程序存儲器。P0：引腳號為32~39，單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。P1：引腳號為1 ~8，準(zhǔn)雙向I/O口。用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用STC89C52RC，P1.0和P1.1可以作為定時器2的輸入。在系統(tǒng)中使用P1.6與P1.7作為與外圍設(shè)備的通信端口。單片機(jī)STC89C52RC仿真圖LED顯示模塊

LED顯示，由集成有多行、多列的發(fā)光二極管四邊形模塊構(gòu)成，所述的四邊形模塊至少一邊為帶有一組以上凹凸槽塊的邊緣。所述的四邊形模塊至少可有一組對邊兩壁均帶有一組以上凹凸槽塊，其中，兩對邊凹凸槽塊可呈對應(yīng)狀，亦可呈對稱狀系統(tǒng)向前通道

在單片機(jī)機(jī)測、控系統(tǒng)中，對被控對象狀態(tài)的測試及對控制條件的監(jiān)測是不可缺少的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)就是利用其前向通道作為被測信號的輸入通道，實(shí)現(xiàn)對輸入信號的拾取本系統(tǒng)中前向通道實(shí)現(xiàn)的功能是壓力采集。系統(tǒng)后向通道設(shè)計

本系統(tǒng)叫動態(tài)配料控制器，就要對配料進(jìn)行控制，就少不了輸出模塊，當(dāng)單片機(jī)知道加在壓力傳感器上的重物的重量后，就要對加料的漏斗進(jìn)行控制，單片機(jī)要根據(jù)得到的數(shù)據(jù)選擇哪一個加料斗，然后還要選擇加料的方式，是快加，中加或慢加。當(dāng)外界的環(huán)境出現(xiàn)特殊情況時，超出了系統(tǒng)的控制范圍，單片機(jī)總要對控制對象實(shí)施控制操作。因此，在這樣的系統(tǒng)中總要有后向通道。后向通道是單片機(jī)實(shí)施控制運(yùn)算處理后，對控制對象的輸出通道接口。06系統(tǒng)的軟件設(shè)計PartSix系統(tǒng)工作過程簡述

接通電源，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，等待按鍵輸入。當(dāng)按下壓力設(shè)定鍵是，用戶可以進(jìn)行壓力設(shè)定，設(shè)定值為四位數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)自動對壓力進(jìn)行檢測并通過數(shù)碼管顯示。通過傳感器來感應(yīng)壓力，把壓力轉(zhuǎn)換成電壓。通過A/D轉(zhuǎn)換后，再四位數(shù)碼管顯示。再與設(shè)定值進(jìn)行比較。配料器開始工作時，發(fā)光二極管導(dǎo)通工作作為提示。當(dāng)沒到設(shè)定壓力時，配料控制器正常工作，當(dāng)超過設(shè)定壓力時，配料控制器停止工作，蜂鳴器警報。靜態(tài)檢查

靜態(tài)檢查一般是指在不加輸入信號，或者只加固定的電平信號的條件下所進(jìn)行的直流測試。首先，用萬用電表短接測試，各電路板先不插上器件，加上外接電源檢測有無短路及半短路現(xiàn)象，結(jié)合電路原理分析，判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常。然后逐點(diǎn)檢查各器件的電源腳電壓值是否正確逐塊插入器件，逐次檢查電源電流值及器件電源腳電壓值，并注意電路板上有無異?，F(xiàn)象，直至全部器件插入、總電流值在合理范圍內(nèi)、電壓值正常、電路板上無異常現(xiàn)象為止。然后將靜態(tài)檢查合格的電路板插在機(jī)架上，用系統(tǒng)電源再次檢查電源的電壓值及電流值，直到全部電路板插上后為，電路能夠正常的導(dǎo)通，靜態(tài)檢查結(jié)束。動態(tài)檢查單步運(yùn)行命令啟動系統(tǒng)執(zhí)行地址n處的一條指令，執(zhí)行完畢后返回監(jiān)控狀態(tài)，是系統(tǒng)調(diào)試是用來定位故PIA的最基本方法。每次執(zhí)行一條指令后停止，可對執(zhí)行后的現(xiàn)場進(jìn)行檢查，檢查與這一條指令相關(guān)的寄存器、內(nèi)部RAM.數(shù)據(jù)存儲器及1/0口和設(shè)備的情況。全部正確時，可繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，再返回監(jiān)控檢查運(yùn)行后的現(xiàn)場。若某狀態(tài)或數(shù)據(jù)與指令與目的不符，則說明這一條指令或相關(guān)硬件有問題，需根據(jù)情況對故障定位處理斷點(diǎn)運(yùn)行命令在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，程序從起始處運(yùn)行到斷點(diǎn)時停止，然后調(diào)試者可以檢查執(zhí)行后的現(xiàn)場狀態(tài)連續(xù)全速運(yùn)行命令連續(xù)全速運(yùn)行.一般在排除了系統(tǒng)各種軟、硬件故障后才使用，主要用于全面測試系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。配料系統(tǒng)生產(chǎn)過程監(jiān)控

自動配料系統(tǒng)是工廠生產(chǎn)線的上游系統(tǒng)，能夠滿足生產(chǎn)需求，系統(tǒng)啟動后，配料裝置能自動識別系統(tǒng)的需求以及使用情況，并且能夠達(dá)到無人值守的自動化程度，在系統(tǒng)下游需求時能夠自動配料并且能夠滿足使用，能夠通知上游系統(tǒng)的供配料，達(dá)到生產(chǎn)線的一體化。配料的溫度控制，每種成分的精度能夠必須控制在誤差范圍內(nèi)。必須記錄每次配料的數(shù)據(jù)情況，以及誤差情況，存儲數(shù)據(jù)，以供口后查詢。并且生成報表，生管理人員可以查詢系統(tǒng)的狀態(tài)信息，運(yùn)行情況，報警等與生產(chǎn)管理密切相關(guān)的信息。自動報警功能系統(tǒng)報警是系統(tǒng)的重要性能體現(xiàn)，一個良好的系統(tǒng)，必須有優(yōu)秀的報警系統(tǒng)包括報警事件的設(shè)定，報警發(fā)出的失效對操作者有很重要的提示作用。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有良好的維護(hù)性和預(yù)見性。系統(tǒng)設(shè)定對每個設(shè)備的狀態(tài)，每個檢測的數(shù)據(jù)，每個工藝流程，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有完整的報警指示。在整個控制系統(tǒng)中，每個設(shè)備的狀態(tài)，每個報警的設(shè)定都是一個報警事件，在不同的報警事件中，可以設(shè)定相應(yīng)的等級和系統(tǒng)處理方式。自動稱料開始時，系統(tǒng)時刻檢測每個設(shè)備，每個過程，每個工藝流程，每個環(huán)節(jié)的狀態(tài)確保系統(tǒng)運(yùn)行良好。如果某個設(shè)備或者過程出現(xiàn)異常時候，會有相應(yīng)的報警和記錄。例如，放料閥未關(guān)，或系統(tǒng)檢測不到放料閥關(guān)閉信號，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲響，暫停稱重儀表的稱料過程，并使運(yùn)行指示燈閃爍。出現(xiàn)報警，自動放料不會進(jìn)行。仿真電路圖07總結(jié)與展望PartSeven總結(jié)

本文圍繞“多功能自動電子配料系統(tǒng)的設(shè)計”這一課題進(jìn)行了一系列的研究工作。伴隨著科技的日益進(jìn)步，我們生活也變得越來越好。如今世界在進(jìn)步，我們也必須要進(jìn)步。我國傳統(tǒng)的自動配料甚至手工配料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會的要求了。工業(yè)生產(chǎn)中的自動配料涵蓋各個領(lǐng)域。所以本文結(jié)合山東省青島市妙緣巧克力廠實(shí)際生產(chǎn)問題，就實(shí)現(xiàn)自動配料控制系統(tǒng)的信息化和自動化等問題進(jìn)行了研究與分析，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)巧克力目前自動配料系統(tǒng)的生產(chǎn)流程開發(fā)出了一套多功能電子自動配料系統(tǒng)，集合目前各行業(yè)生產(chǎn)的大多需求，并且實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的配料與人機(jī)的集成，并且效果良好。本智能多功能電子自動配料機(jī)理論上可以對多種物料（油脂、可可粉、白糖、果仁）進(jìn)行不同重量的同時配料，也可以單獨(dú)對一種物料進(jìn)行稱重。本產(chǎn)品可以進(jìn)行商業(yè)推廣，對大型的配料機(jī)進(jìn)行控制，針對性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，檢測方便，可達(dá)到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)。未來展望本文的研究工作基于C++進(jìn)行的基于Windows應(yīng)用的的研究和設(shè)計，利用Windows程序的基本設(shè)計理念。整個系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的基本信息化和自動化，大大提高配料向信息化的自動的轉(zhuǎn)變。但是由于受到系統(tǒng)的開發(fā)時間、實(shí)際現(xiàn)狀及本身技術(shù)水平的限制，系統(tǒng)的一些功能內(nèi)有進(jìn)一步的完善和擴(kuò)展，一下幾點(diǎn)有待完善：1.本系統(tǒng)為多功能自動配料，但是由于條件的限制，可以實(shí)現(xiàn)單物料多范圍調(diào)控，但是不支持多物料同時進(jìn)行稱重