專利名稱：微電腦粉末物料連續(xù)包裝計量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種包裝計量控制裝置，該裝置專門用來對粉末物料連續(xù)包裝計量控制，例如，水泥包裝計量控制等。
目前的水泥包裝計量控制裝置，多采用機(jī)械式杠桿稱原理。最典型的機(jī)械式杠桿稱包裝計量裝置組成和工作是這樣的按一定比例在杠桿上選取一個位置作支承點(diǎn)，杠桿的一端掛重錘，另一端對用口袋包裝的物料計量。當(dāng)粉末物料(如水泥)進(jìn)入口袋內(nèi)的重量達(dá)到規(guī)定數(shù)量(例如50公斤)時，杠桿自動下落。一種叫插刀的工具自動關(guān)斷出料口，重錘自動向上移動，人工將裝好水泥的口袋脫下，完成了一袋包裝計量的任務(wù)。但是由于生產(chǎn)水泥時包裝量大，有的多達(dá)每小時50噸，平均每10秒鐘要包裝計量一袋水泥，速度極快，加上機(jī)械動作極頻繁，在支承點(diǎn)處的刀口磨損也極快，造成機(jī)械杠桿比例變化，基準(zhǔn)點(diǎn)(零點(diǎn))漂移，因而計量不準(zhǔn)確。再加上水泥倉內(nèi)水泥來料不均勻，在重錘與各機(jī)械連接件上經(jīng)常堆積水泥灰塵，嚴(yán)重影響準(zhǔn)確計量控制。同時，插刀也經(jīng)常被水泥中顆?？ㄗ。Q體失靈，無法工作。多數(shù)廠家實(shí)際中經(jīng)常是靠工人經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y計量，人工包裝。結(jié)果合格率只有50－70％。有的對此進(jìn)行技術(shù)改造，例如采用晶體管式電檢方法，集成電路控制和無觸點(diǎn)式接近開關(guān)方式進(jìn)行控制，還有的采用微機(jī)控制方式進(jìn)行計量包裝。但是這些包裝計量控制系統(tǒng)，仍采用杠桿稱原理，都未擺托前述機(jī)械式杠桿稱方式。比如一般都是在原機(jī)械稱的重錘上方加傳感器或接近開關(guān)等，因此仍然存在前述機(jī)械式杠桿稱體的缺點(diǎn)。其控制系統(tǒng)不能解決零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，必須經(jīng)常要人工參與調(diào)正，故穩(wěn)定性能差，不適合大批量生產(chǎn)的要求。
本實(shí)用新型的任務(wù)是要克服以往粉末物料包裝計量不準(zhǔn)確或不能穩(wěn)定工作的缺陷，制造一種高精度、高合格率(達(dá)95％以上)、穩(wěn)定性好，成本低、能滿足大批量連續(xù)生產(chǎn)需要的粉末物料連續(xù)包裝計量控制裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣的本實(shí)用新型的構(gòu)成如


圖1所示。該裝置包括用作中心控制(控制包裝和計量、顯示、打印)的微電腦機(jī)控制系統(tǒng)(其中1a為放大器、1b為多路開關(guān)、1c為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、1d為單片微處理機(jī)、1e為輸出接口電路、1f為驅(qū)動電路)，還包括微電腦的執(zhí)行機(jī)構(gòu)力傳感器4，電磁閥5和氣源13。2是它的輸入接口，并連接啟動裝置。在包裝料倉體8內(nèi)的送料機(jī)構(gòu)包括多孔管6和多孔板盒7，包裝料倉體8的出料口與皮閥構(gòu)件3連接，該皮閥構(gòu)件另一端與噴料嘴12連接，它用氣源13的氣作動力，一方面把料倉體8內(nèi)的物料攪動疏松，使其流動到出料口，另一方面在微電腦的指令下，使控制氣進(jìn)入皮閥構(gòu)件3的電磁閥5動作，讓氣進(jìn)入皮閥構(gòu)件3，驅(qū)使皮閥關(guān)閉料口，停止出料。其力傳感器4是為微電腦機(jī)系統(tǒng)1采集包裝托架9(這里包括包裝口袋11，圖中未畫出)的重量信息，氣源13是獨(dú)立的供氣空壓站，由微電腦機(jī)控制工作。另外，該裝置還包括顯示裝置10和打印裝置14。其中傳感器4是微電腦測重部件，其個數(shù)設(shè)計成2的倍數(shù)，本裝置的每一噴料嘴配有兩只力傳感器，且平行并聯(lián)安裝，其一端固定安裝在倉體上，另一端直接與包裝袋托架連接。傳感器4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用電阻式應(yīng)變片作為測量橋路，用屏蔽導(dǎo)線與微電腦機(jī)系統(tǒng)連接，由微機(jī)控制工作。具有抗溫差、防零漂移、防塵土的功能。
微處理機(jī)系統(tǒng)1是1個配電屏，它安裝于距離包裝料倉體10米左右的地方，用鋼管內(nèi)穿線與力傳感器4、電磁閥5、觸摸開關(guān)2、顯示設(shè)備10、打印機(jī)14和氣源13連接。它在本裝置的作用是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，是控制中心。它的硬件系統(tǒng)是與“MCS－48”系列單片機(jī)相似(參見1985年重慶大學(xué)出版“CQD－48A單片微型計算機(jī)開發(fā)裝置使用手冊”第3～25頁)，其中放大器1a是電壓放大器，(本裝置采用MC7650)它是將傳感器產(chǎn)生的電壓信號放大處理，靈敏度高，穩(wěn)定性好，自動穩(wěn)零。
多路開關(guān)1b(本裝置采用MC4051)是接在放大器1a與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間。
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1c(本裝置采用AP574JK芯片)是將經(jīng)多路開關(guān)1b送來的放大器輸入信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號，并送入單片微處理機(jī)1d，進(jìn)行處理。并具有轉(zhuǎn)換時間快、精度高、穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)換范圍大的特點(diǎn)。
單片微處理機(jī)1d在系統(tǒng)中作為中央處理單元，通過軟件程序、監(jiān)控系統(tǒng)指揮系統(tǒng)各部件正常工作。本系統(tǒng)中采用美國英特爾公司的MCS－48系列中的芯片作單片微處理機(jī)。
輸出接口電路1e的出口采用專用接口芯片(本裝置采用日本“M5L8243P”)控制，當(dāng)微處理機(jī)采集的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)字相符合時，發(fā)出指令，控制電磁閥動作和接通氣源，停止出料。
驅(qū)動電路1f用屏蔽導(dǎo)線與電磁閥5連接，它是采用高低壓可控硅控制線路供電，(高壓為220V的交流電，整流后為100V直流電)，由微處理機(jī)指揮可控硅通斷。它所推動的電磁閥5選用截止式直通閥，電磁閥的閥門置于連接皮閥構(gòu)件3和氣源13的沖氣膠皮管管路中。它是這樣工作的先用高壓可控硅瞬間激勵電磁閥線圈，由于在它的高壓電路中設(shè)有一種延時電路(用555時基電路)，在高壓通電1秒后自動消失，然后由低壓可控硅供電，使電磁閥線圈的磁場保持住。因在低壓控制回路中串接有一個電容器，故此時在電磁閥線圈的兩端有一保持電壓，其保持電壓一般為直流15V左右。該環(huán)節(jié)能使電磁閥5動作迅速，保證計量準(zhǔn)確。
輸入接口2采用觸摸開關(guān)，它包括位于包裝袋托架附近的1根直徑20mm長100mm的金屬棒，和在金屬棒上焊接1根屏蔽線與微電腦連接。它是用作啟動的開關(guān)，即用作控制電磁閥5開關(guān)動作。其觸摸開關(guān)控制電路采用M555集成電路。人手每觸摸一次，開關(guān)動作一次。本電路設(shè)有時間控制電路，自己可保持一秒鐘時間記憶，以防接收系統(tǒng)失誤。這種開關(guān)具有使用方便、動作可靠的特點(diǎn)。
皮閥構(gòu)件3是一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)際上是一個開關(guān)。它是由皮閥和皮閥外套組成，皮閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它采用抗疲勞橡膠材料或具有橡膠伸縮功能的高聚塑材料制成。圓筒型膠管外徑約為50mm，長度約125mm。皮閥外套用金屬或其他金屬材料強(qiáng)度的其它材料制成。皮閥置于皮閥外套內(nèi)，兩者之間有5mm間隙，它們兩端相互連接密封。其中一端與料倉8出料口連接，另一端與噴料嘴12連接，在金屬外套上有一氣嘴，用充氣膠皮管與氣源13連接。當(dāng)氣源氣壓(約1.5KPa大氣壓力)作用在皮閥表面時，皮閥受壓變形(皮閥內(nèi)部此時呈三角形狀)將料口封閉。當(dāng)氣源氣壓作用撤銷，皮閥復(fù)原成管筒形，料口打開，粉末經(jīng)皮閥到噴料嘴12噴出。
送料機(jī)構(gòu)包括一個多孔管6和一個多孔板7。多孔管6為四周鉆滿多個孔眼的金屬管。
是接在放大器1a與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間。
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1c(本裝置采用AP574JK芯片)是將經(jīng)多路開關(guān)1b送來的放大器輸入信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號，并送入單片微處理機(jī)1d，進(jìn)行處理。并具有轉(zhuǎn)換時間快、精度高、穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)換范圍大的特點(diǎn)。
單片微處理機(jī)1d在系統(tǒng)中作為中央處理單元，通過軟件程序、監(jiān)控系統(tǒng)指揮系統(tǒng)各部件正常工作。本系統(tǒng)中采用美國英特爾公司的MCS－48系列中的芯片作單片微處理機(jī)。
輸出接口電路1e的出口采用專用接口芯片(本裝置采用日本“M5L8243P”)控制，當(dāng)微處理機(jī)采集的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)字相符合時，發(fā)出指令，控制電磁閥動作和接通氣源，停止出料。
驅(qū)動電路1f用屏蔽導(dǎo)線與電磁閥5連接，它是采用高低壓可控硅控制線路供電，(高壓為220V的交流電，整流后為100v直流電)，由微處理機(jī)指揮可控硅通斷。它所推動的電磁閥5選用截止式直通閥，電磁閥的閥門置于連接皮閥構(gòu)件3和氣源13的沖氣膠皮管管路中。它是這樣工作的先用高壓可控硅瞬間激勵電磁閥線圈，由于在它的高壓電路中設(shè)有一種延時電路(用555時基電路)，在高壓通電1秒后自動消失，然后由低壓可控硅供電，使電磁閥線圈的磁場保持住。因在低壓控制回路中串接有一個電容器，故此時在電磁閥線圈的兩端有一保持電壓，其保持電壓一般為直流15V左右。該環(huán)節(jié)能使電磁閥5動作迅速，保證計量準(zhǔn)確。
輸入接口2采用觸摸開關(guān)，它包括位于包裝袋托架附近的1根直徑20mm長 100mm的金屬棒，和在金屬棒上焊接1根屏蔽線與微電腦連接。它是用作啟動的開關(guān)，即用作控制電磁閥5開關(guān)動作。其觸摸開關(guān)控制電路采用M555集成電路。人手每觸摸一次，開關(guān)動作一次。本電路設(shè)有時間控制電路，自己可保持一秒鐘時間記憶，以防接收系統(tǒng)失誤。這種開關(guān)具有使用方便、動作可靠的特點(diǎn)。
皮閥構(gòu)件3是一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)際上是一個開關(guān)。它是由皮閥和皮閥外套組成，皮閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它采用抗疲勞橡膠材料或具有橡膠伸縮功能的高聚塑材料制成。圓筒型膠管外徑約為50mm，長度約125mm。皮閥外套用金屬或其他金屬材料強(qiáng)度的其它材料制成。皮閥置于皮閥外套內(nèi)，兩者之間有5mm間隙，它們兩端相互連接密封。其中一端與料倉8出料口連接，另一端與噴料嘴12連接，在金屬外套上有一氣嘴，用充氣膠皮管與氣源13連接。當(dāng)氣源氣壓(約1.5KPa大氣壓力)作用在皮閥表面時，皮閥受壓變形(皮閥內(nèi)部此時呈三角形狀)將料口封閉。當(dāng)氣源氣壓作用撤銷，皮閥復(fù)原成管筒形，料口打開，粉末經(jīng)皮閥到噴料嘴12噴出。
送料機(jī)構(gòu)包括一個多孔管6和一個多孔板7。多孔管6為四周鉆滿多個孔眼的金屬管。多孔板盒為盒的面上板鉆滿孔眼的金屬板盒。多孔管6安裝在料倉體上部中央，并橫穿料倉體，固定在倉體相對兩個側(cè)壁上，加氣后，氣從多孔管6噴出，將物料疏松攪動變成流態(tài)化體。多孔板盒7安裝于倉體底面，多孔板盒7的面板與料倉體底面相貼，緊固于底板上，并且料倉體底板上開有一個略小于多孔板盒的大窗孔，便于加氣后從多孔板盒面板噴出的氣能使料倉體內(nèi)下沉的物料吹起來，變成流態(tài)體。
氣源13(供氣空壓站)分兩路，其中一路供皮閥開關(guān)使用(約0.15MPa)，一路供給風(fēng)送物料的多孔管和多孔板盒使用(約0.1MPa)。氣源開閉由微處理機(jī)控制。
顯示系統(tǒng)10分兩部份，一部份用于包裝袋托架9上作人工脫袋指示(指示燈)，當(dāng)物料重量與設(shè)定的基準(zhǔn)數(shù)字相符，微處理機(jī)發(fā)出封閉料口信號，同時指示器顯示一個“與”字，表示已裝好，可以人工卸去料袋。另一部份為數(shù)字顯示，可以顯示每個袋料機(jī)構(gòu)的實(shí)際量值。
打印機(jī)14是打印每袋物料的重量，同時對欠重的口袋能自動打印出來，還可以打印累計包數(shù)和年月日等。這些動作是按照微機(jī)的指令進(jìn)行的。
圖3為微電腦水泥包裝計量控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置是本實(shí)用新型的一個實(shí)例。圖中1為微電腦機(jī)控制系統(tǒng)、2為輸入接口、3為皮閥構(gòu)件、4為傳感器、5為電磁閥、6為多孔管、7為多孔板盒、8為包裝料倉體、9為包裝袋托架、10為顯示器部件(指示器)、11為包裝紙袋、12為噴料嘴。
它的各部分結(jié)構(gòu)如前所述，其中皮閥的材料為橡膠，皮閥外套的材料為金屬制成，皮閥外套的氣嘴用φ10mm的膠皮管與氣源13連接；力傳感器4采用PE型力傳感器(國產(chǎn))每一個噴料嘴配兩只，共用4對8只力傳感器，可同時包裝計量4個包裝袋。其一端固定在料倉體壁上，另一端懸空，且直接與包裝托架9連接；多孔管6直徑為100mm的金屬管，多孔板盒為500×280×60mm3的金屬板盒，多孔管和多孔板盒的孔眼直徑為3mm；包裝料倉體用6mm厚的鋼板制成，其形狀如圖3所示(圖3之8)，即上部為上大下小的喇叭形，下部為長方形封閉倉體，包裝物料用提升機(jī)從上面輸入，多孔板盒由地面向倉體底面固定，倉體底面開的孔略小于多孔板盒的盒面。
該裝置工作過程是將連續(xù)輸入包裝機(jī)倉體8內(nèi)的水泥，通過多孔管6疏松，由多孔板盒7風(fēng)送水泥，再經(jīng)皮閥構(gòu)件3噴入包裝袋11，傳感器4測出托架9上粉末重量，微電腦機(jī)系統(tǒng)1采集傳感器4信息，經(jīng)各種數(shù)據(jù)處理，判別定量包裝數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)是否相符，若符合，即發(fā)出關(guān)閉料口指令，電磁閥5得電，接通皮閥3氣源，將送料口封閉，停止送料，同時指示燈10亮，人工脫袋。至此，完成一袋水泥的自動計量包裝工作。
該裝置能同時控制4個噴料口12進(jìn)行定量包裝控制，各個料口的通斷由輸入接口(觸摸開關(guān))2控制，它用4雙8只力傳感器4采集數(shù)據(jù)，并送入微處理機(jī)1d存儲單元。
該裝置的微電腦系統(tǒng)1軟件采用累積偏差量運(yùn)算，自動校正系統(tǒng)產(chǎn)生的各種零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，平均10秒鐘左右裝滿一袋50公斤重量的水泥，其誤差小于1公斤。
該裝置的主要技術(shù)參數(shù)是控制裝料工位1－4個產(chǎn)量50t／h精度50公斤±1公斤袋裝合格率≥95％氣源壓力0.2MPa顯示LED打印袋重、累計包數(shù)、年、月、日電源交流電220V本實(shí)用新型經(jīng)水泥生產(chǎn)線包裝計量實(shí)用證明，具有計量高精度、高效率、高合格率(超過95％)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，雖然也存在皮閥壽命不夠長(每生產(chǎn)5000噸水泥需更換皮閥一只)、脫袋仍用人工的缺點(diǎn)，但與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有著顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，深受用戶和操作工人的歡迎。進(jìn)一步推廣和應(yīng)用本實(shí)用新型是有重大意義和較大價值的。
權(quán)利要求1.微電腦粉末物料連續(xù)包裝計量控制裝置，包括具有放大器、多路開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理機(jī)、輸出接口電路的微處理機(jī)系統(tǒng)，位于包裝料倉體內(nèi)的送料機(jī)構(gòu)，配有秤桿或測力傳感器的秤重托架，秤桿讀數(shù)顯示和脫袋包裝等機(jī)構(gòu)，還包括用作控制裝置的輸入接口的觸摸開關(guān)電路，本實(shí)用新型的特征是a.它的輸入接口2是用軟屏蔽導(dǎo)線連接起動裝置的；b.它的微電腦機(jī)系統(tǒng)1是用屏蔽導(dǎo)線與傳感器4、氣源13和電磁閥5連接的；c.在包裝料倉體上安裝有成雙數(shù)的力傳感器4。裝置的每一噴料嘴12配有兩只力傳感器，并且它們是平行并聯(lián)安裝的；d.它的出料口直接開在料倉體下部一壁上并與皮閥構(gòu)件3連接；e.它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由力傳感器4、電磁閥5、皮閥構(gòu)件3和氣源13組成；f.它的送料機(jī)構(gòu)包括一個多孔管6和一個多孔板盒7，多孔管為四周鉆滿多個孔眼的管子，多孔板盒為盒的面板鉆滿孔眼的板盒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)包裝計量控制裝置，其特征是它的平行并聯(lián)安裝的力傳感器4，一端固定安裝在料倉體上，另一端與包裝袋托架9連接，并且是通過軟導(dǎo)線與微電腦機(jī)系統(tǒng)1連接的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)包裝計量控制裝置，其特征是它的皮閥構(gòu)件3是由皮閥和皮閥外套組成，其皮閥由橡膠材料或具有橡膠伸縮功能的高聚塑材料制成，其皮閥外套用金屬材料或具有金屬材料強(qiáng)度的其它材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)包裝計量控制裝置，其特征是它的電磁閥5選用截止式直通閥，電磁閥的閥門置于連接皮閥機(jī)構(gòu)3和氣源13的充氣膠皮管管路中，其控制電路采用先高壓后低壓供電方法供電，在高壓電路中設(shè)有通電1秒后即自動消失的延時電路，在低壓控制回路中串接一個能在電磁閥線圈兩端產(chǎn)生保持電壓15伏左右的電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)包裝計量控制裝置，其特征是它的送料機(jī)構(gòu)的多孔管6處于包裝倉體8內(nèi)上部中央，并橫穿料倉體，固定在倉體的相對面兩個側(cè)壁上，多孔板盒7安裝于料倉體8的底面，它的面板與料倉體底面相貼，并緊固于底板上，并且在料倉底板上開有一個略小于多孔板盒的大窗孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的連續(xù)包裝計量控制裝置，其特征是它的皮閥構(gòu)件3里層為皮閥，外層為金屬外套，皮閥與外套之間留有5mm左右的間隙，金屬外套與皮閥的兩端相互連接密封，其中一端與料倉出料口連接，另一端與噴料嘴12連接，在金屬外套上有一個氣嘴用充氣膠皮管與氣源13連接。
專利摘要一種微電腦粉末物料連續(xù)包裝計量裝置。本裝置的送料機(jī)構(gòu)是金屬多孔管6和多孔板盒7，它用氣把物料送到出料口。一種用橡膠和金屬材料制成的皮閥構(gòu)件3，在氣壓下變形并封住出料口，用它控制物料噴入包裝袋。微電腦機(jī)1用力傳感器4采集包裝袋的重量信息和用電磁閥5控制皮閥構(gòu)件3工作，實(shí)現(xiàn)自動計量、定量包裝和顯示、打印。具有包裝計量精度高(每包裝1袋50公斤，誤差小于1公斤)，連續(xù)包裝合格率在95％以上，且成本低，應(yīng)用廣泛。
文檔編號B65B1/32GK2056414SQ8921291
公開日1990年4月25日 申請日期1989年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月13日
發(fā)明者何正鵬, 陳志能, 伍慶倫, 于文芳, 魏順權(quán) 申請人:機(jī)械電子工業(yè)部第三設(shè)計研究院, 鐵道部工程指揮部川東水泥廠