称重配料系统

称重配料系统

（广州南创称重配料系统公司谭工编写）

1.什么是自动称重配料系统？

自动称重配料系统在茶叶、药品、味精、白糖等颗粒状产品的包装现场，

需要精确、操作简便的称重装置和快速、可靠的给料机构。可利用单片

机控制技术设计自动自动称重配料系统，实现物料的实时称重与定量输

送，从而克服传统机械称重设备精度低、操作复杂、需人工送料等缺点，

对提高产品整体的包装效率起到关键性作用。本文介绍了基于Crystal

公司的高精度24位串行A/D转换CS5532的自动自动称重配料系统设

计。配合电磁振动器构成的振动传送机构，以及点阵型液晶显示模块，

可达到简便易用、自动定量的目的。

广州南创自动称重配料系统有限公司在过程称重配料、物位测量、测力检测分析三大类仪器仪表以及相关成套传感器工控系统、工业设备的开发﹑生产﹑销售、技术服务上通过专业、精准的称重配料，使用户提高了产品质量，配料控制系统所具备的强大的生产数据统计功能，为用户生产的科学管理提供了强有力的保证。产品遍及冶金、钢铁，煤炭，化工、建材、食品、石油、橡塑、有色、能源、环保、物流、粮油饲料、矿业、铁路、煤矿、港口、实验室、建筑、道路施工、装配制造业等众多工业领域广泛应用。主要工程涉及：油库SCADA控制、环保自动化、化工自动化、称重配料，WMS（仓库管理）、立体仓库、输送线分拣跟踪、工厂生产线自动化、上位机信息管理等多个方面。迄今为止，南创自动化承揽的各种控制系统已投入运行的有上百套之多，赢得了客户的普遍赞誉。

广州南创自动称重配料系统有限公司主要为电力、煤炭、冶金、钢铁、建材、化工等行业供应称重、检测与自动化控制等相关产品、技术服务以及系统，并提供方案、评估与技术改造。通过了解、吸收、传播世界先进的称重，检测，自动化控制技术，为促进测量与自动称重配料系统领域的进步架桥铺路。[1]

自动称重配料系统八大优势：

广州南创称重配料系统具有成熟的行业应用，工控自动化系统简单的现场操作，以及称重系统工程不同的原料的储存、输送、称重配料、除尘、物料混合、包装灌装等多种设备具有灵活的配料形式，再加上方便的远程监控和强大的生产数据统计功能。广州南创自动称重配料系统拥有有世界一流品牌进口称重传感器、仪器仪表、称重系统工程、自动控制及上位机软件专业代理，因此相对于采用国外自控元件来进行系统集成具有投资少，维护方便，升级与功能扩展十分灵活的优势，加之一贯坚持可靠性原则，与遍布中国的服务网点使客户得到及时的服务，因而受到客户们的欢迎。

广州南创称重系统工程特别在称重配料系统可针对不同的原料的储存、输送、称重配料、除尘、物料混合、包装灌装等多种设备，涉及粉状、粒状、块状、片状及液体等多种物料;为用户生产的科学管理提供了保证。按用户工艺要求设计制造。

广州南创自动称重配料系统有限公司经过多年的工程与技术积累，在多个行业都取得了骄人的成果，积累了丰富的开发经验和集成经验。拥有一支多学科的专业优秀的技术研发队伍，坚持走自主创新，采用信息化管理系统进行经营管理。公司始终注重对自动称重配料系统人才队伍的培养，在专业、敬业、团队的企业文化下，培养出了一支锐意进取的自动称重配料系统技术精英团队，专业面涉及自动化硬件、软件、网络通信、总线系统、PLC 编程、电气控制、仪器仪表、伺服控制等多个工业领域。为用户提供工业自动化控制系统整体方案设计、自动称重配料系统集成、工程实施、自动称重配料系统设备选型与采购、安装调试、技术支持及培训等一体化服务。我们始终是与员工、与客户共同发展，以推动民族产业发展、提高传统产业自动化水平为己任，积极开展与国际同行的合作与交流，为企业走向国际化打下良好的基础。同时也积极回报社会，在一些院校开展助奖学金活动，先后被多家集团公司评为"优秀供应商""优秀合作伙伴""最佳服务供应商"，并被广东省工商行政部门评为自动称重配料系统"优秀守信誉重合同诚信企业""诚信AAA级企业”。

1 自动称重配料系统系统原理

系统原理框图如图1所示。称重传感器和A/D转换器，负责采集物料重量的实时数据；双向晶闸管和电磁振动器，为物料的移动送料提供动力；过零点检测电路负责检测交流电的过零点，为晶闸管的触发提供同步点；LCD液晶显示和按键可方便用户的操作与观察；闸门电机和闸门，用于释放在物料槽中达到设定重量的物料。

首先，操作者设置称重定值、送料速度等，并启动系统。接着，电磁振动器在单片机的控制下做规律性振动，把物料从给料通道送往物料槽。与此同时，A/D转换器不断地检测称重传感器的输出，转换成数字量，并传送给单片机处理。经过数字滤波、标度变换后，一方面在LCD模块显示出瞬时物重，另一方面进行称重比较判断，根据一定算法控制电磁振动器的振幅。当达到设定值时，停止送料，并检测红外传感器的信号，打开闸门释放物料，从而实现自动称重。

2 自动称重配料系统硬件设计

自动称重配料系统传感器与数据采集

本系统采用的传感器为台湾Mavin公司的高精度NBA系列铝合金单点式称重传感器，为电阻应变式传感器。根据电阻应变式传感器的原理，四片应变片构成全桥桥路，在电桥供电端施加恒定的直流电压，则电桥输出端的电压将与其上所承受的压力成正比，由此可根据输出电压的不同来测量重量。

自动称重配料系统传感器量程为3 kg，灵敏度为2 mV/V，精度为0．02%F．S．。当采用5 V电源供电时，满量程输出为10mV，最小分辨力为2μV。为采集如此微弱的信号，需设计好信号调理电路，并且对A/D 转换器提出严格的要求。图2为称重传感器与CS5532的接口电路。传感器的输出信号经过滤波电路，消除信号中的串模、共模干扰以及高频干扰信号后进入A/D转换器。

为了满足小信号测量精度要求，在ADC方面本系统采用的A/D转换器CS5532为Crystal公司的高精度24位串行A/D转换器。它是高集成度的△-∑模/数转换器，由于运用了电荷平衡技术，其性能可以达到24位。该系列ADC非常适合测量称重仪表、自动称重配料系统过程控制、科学和医疗等应用领域的单/双极性小信号。

芯片内部有一个极低噪声的斩波稳定仪表放大器，其增益可选择为

2n(n=O～6)，扩大了信号输入范围，允许小信号的输入，提高了系统的动态特性。其在50 Hz的共模抑制比典型值可达120 dB，这对从高共模电压中检测出微弱的差分电压信号是十分有利的。内部还有一个4阶的△一∑调制器，其后跟随一个数字滤波器，能提供10种可供选择的输出字速率。ADC 内部还有一个与SPI兼容的三线串行接口。另外，利用CS5532内部的校准系统(包括自校准和系统校准)，可设置ADC传递函数的零点以及增益斜率，从而消除自动称重配料系统通道的失调和增益误差。

2．2 电磁振动器机械结构与工作原理

如图3所示，自动称重配料系统电磁振动器的机械结构主要包括衔铁、电磁铁及线圈、板弹簧、给料槽以及机座等部分。给料槽的往复运动是依靠电磁振动器的电磁铁和衔铁之间的脉冲吸引力F的产生与消失实现的。

如图4所示，自动称重配料系统通过移相触发的方式调节双向晶闸管的控制角α，即调节双向晶闸管的触发时刻t1和t2，可改变激振线圈中的平均供电电压，进而改变电磁铁和衔铁之间吸引力F的大小，从而调节给料槽往复运动的振幅。

2．3 过零点检测电路

为了实现移相触发控制，设计了过零点检测电路。如图5所示，经降压后的交流电经过电压比较器LM393，以及光耦合器TLP521的隔离、反相器74HCl4D的整形后，在INTO、INT1分别输出用于单片机外中断O、1的脉冲信号。这样，在交流电每一周期的正负半周期，都可以产生脉冲信

号以引起单片机的外中断。单片机进入中断后，在服务程序中根据控制角的需要设定定时器的计数值，并立即启动定时器。定时器计数溢出中断后，将在其中断服务中对双向晶闸管的门极施加触发脉冲，触发其导通。

2．4 液晶显示模块

本系统采用ACM一12232G作为液晶显示模块，由2片SED1520芯片作为显示驱动器。SED1520显示驱动器是一种点阵图形式液晶驱动器，可与8位单片机直接相连，使用方便。SED1520内置2 560位显示RAM，具有16个行驱动口和61个列驱动口，驱动占空比可为1/16或1/32。显示RAM共32行，分为4页，每页8行。

3 自动称重配料系统软件设计

3．1 主程序流程

当按键启动系统后，系统进入运行态。系统开始进行振动送料、A/D采样、数字滤波、标度变换以及比较判断等工作。当物料达到设定值SV时，系统进入暂停态。此刻等待释放信号(如红外传感器开关信号)，释放物料后，系统自动进入运行态，继续送料。当由于物料槽中物料不足、系统计时到后，进入人工态，此刻需人工按键释放不足物料。当系统处于停止态时，需定时地保存改变的参数。LCD实时刷新当前的状态和各项参数。

3．2 CS5532模/数转换程序

CS5532在启动时有20 ms的延迟，所以要在其启动20 ms后再对其进行初始化。CS5532没有加电复位功能，首先需要人工通过ADC串口发送初始化序列，即15个SYNCl(0xFF)命令字节和1个SYNCO(0xFE)命令字节，使ADC串口进入命令模式；接着通过设置配置寄存器的RS位，实现系统复位。系统复位后，需配置电压参考模式VRS位，初始化通道设置寄存器(CSR)，设置是否进行校准。完成以上工作后，即可进行转换。CS5532初始化过程如图7所示。

CS5532有单次转换和连续转换2种模式。本系统A/D转换采用连续模式。一旦发送连续转换命令后，当转换完成SDO=O时，与单次转换相同，需要采用40个SCLK清标志和读结果，但是当前8个SCLK为0时，转换器将在此转换模式下用同一个CSR对所选通道继续执行转换，而不必再次发送转换命令。同时，该模式下的转换结果可以不去读取，没有读出的转换结果将被新的转换结果取代。欲退出该模式，只要使前8个SCLK 为1，并读最后一次转换结果。

正如前面所述，CS5532有多种输出字速率和放大增益可供选择。不同的字速率与增益的结合，将导致其RMS噪声、无噪声分辨率以及内部数字滤波器特性的差异。应根据实际情况选择合适的组合。本系统中，CS5532对通道1进行A/D转换。选择连续转换的方式，增益设置为32，并设置配置寄存器中的FRS位为l，使得字速率和相应滤波特性乘以系数5/6，选择字速率为50Hz，利于除去工频干扰。

3．3 液晶显示程序

对液晶模块的驱动实际上就是对其控制芯片SED1520的读/写操作。SED1520可读可写，但本系统中只用到写命令，所以直接把R/W引脚接地。SEDl520共有13种指令，包括初始化时需要用到的复位、占空比设置、显示开/关，以及常用的设置列地址、设置页地址、写数据等。液晶显示的程序流程如图8所示。

4 自动称重配料系统抗干扰设计

为了保证A/D采样的精确性，系统抗干扰性设计方面需要注意A/D采样模块的电路设计以及电磁兼容性设计。在电路设计方面，除了设计好信号调理电路，还需要注意CS5532的参考电压以及称重传感器的供电电压的稳定性。电压的稳定性直接影响着A/D测量值的精确性。本系统采用单独一套5 V电源供给CS5532以及西称重传感器，同时CS5532的参考电压由LM336—2．5输出提供稳定的2．5 V；而CS5532与单片机之间的通信用光耦合器进行隔离，进一步消除单片机系统对采样模块的影响。

在电磁兼容性方面，系统在运行期间，考虑到电磁振动器线圈产生的电磁场会对A/D采样有影响，应给A/D采样模块增加屏蔽体以进行磁场屏蔽。磁场屏蔽是指抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入。

结语

自动称重配料系统采用高精度24位A/D转换芯片CS5532可实现传感器微弱信号的采集与转换，提高了系统的精度；采用单片机控制双向晶闸管的导通，从而控制电磁振动器的振动，实现了物料的自动输送；采用液晶显示器作为显示界面，实现了良好的人机操作界面。本系统实现了定量称重、自动给料的功能，硬件结构简单、操作简便、通用性强。应用于实际产品中，提高了工作效率，体现了良好的技术效果，具有良好的应用前景。

主程序流程如图6所示。当系统上电，完成单片机、外围芯片、各种参数的初始化后，即进入主循环。在主循环中，由定时器1定时扫描键盘，当扫描到有按键按下时，有标志位产生，即进入键值计算并执行相应的处理。

自动称重配料系统中的称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。

2、自动称重配料系统称重传感器的测量原理是什么？

称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的（应变，就是尺寸的变化）。

3、自动称重配料系统称重传感器的构造原理？

金属电阻具有阻碍电流流动的性质，即具有电阻（Ω），其阻值依金属的种类而异。同一种金属丝，一般来讲，越是细长，其电阻值就越大。当金属电阻丝受外力作用而伸缩时，其电阻值就会在某一范围内增减。因此，将金属丝（或膜）紧贴在被测物体上，而且这种丝或膜又很细或很薄，粘贴又十分完善，那麽，当被测物体受外力而伸缩时，金属电阻丝（膜）也会按比例伸缩，其阻值也会相应变化。称重传感器就是将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。

4、自动称重配料系统称重传感器的外形构造与测重形式？

称重传感器的外形构造随被测对象的不同，其外形构造也会不同。

A、比较常见的称重传感器的外形构造：

圆柱形（杯柱形）；S形；长方形等。

B、测重形式：

压缩式；伸张式。

圆柱形（杯柱形）一般均为压缩式测重形式。

S形，长方形均为压缩式，伸张式两用测重形式。

C、内部金属称重梁形式：

一般分为单孔或双孔形式。

D、鹤林公司使用的称重传感器的外形构造与测重形式：

圆柱形——称重仓（压缩式），原料粉煤灰秤（压缩式）。

S形——皮带秤（压缩式），包装机袋重秤（伸张式）。

长方形——汽车衡（压缩式），轨道衡（压缩式），煤粉天平秤（伸张式），固体流量计（压缩式）。

5、自动称重配料系统称重传感器的电路组成？

称重传感器进行测量时，我们需要知道的是应变片受应变时的电阻变化。通常总是采用应变片组成桥式电路（惠斯登电桥），将应变片引起的电阻变化转换成电压变化来进行测量的。

设：电桥的输入激励电压为Ei, ①

则电桥的输出电压△E0为：

R1 R2

△E0=Ei×[(R1R3-R2R4)/(R1+R2)(R3+R4)]

输入激励电压③输出电压

令电桥的初始条件为

R1=R2=R3=R4，④

则△E0=0。

设电阻值R1的应变片受应变作用R3 R4

后的电阻变化为R+△R，则电桥的输②

出电压△E0为：

△E0=Ei[△R/（4R+2△R）]≌（△R/4R）Ei (R>>△R)

由于△R=R×K0×ε，所以

△E0=（Ei×K0×ε）/4

例如，设K0=2，ε=1000×0.000001, Ei=1V

则: △E0=(1×2×1000×0.000001)/4=0.5mV

式中K0=系数（一般为2）

ε=应变系数(一般为500×0.000001~2000×0.000001;相当于

10~40Kgf/mm2。)

Ei=输入的激励电压

为了增加电桥的视在输出,大多都将电桥设计成4枚应变片都受力作用的形式(4个工作片)。

此时△E0=0.5mV×4=2 mV

6、自动称重配料系统传感器的输出灵敏度的表示方法？

电桥的输出电压通常用输入激励电压为1V时的输出电压（mV/V）来表示。通常称传感器的输出灵敏度。

7、为什么自动称重配料系统传感器内部要加补偿电路？

称重传感器在制造过程中，为了改善它的性能，特别是改善温度特性，一般要在应变片电路中附加对零点和灵敏度的温度补偿。即除了应变片外，其中还增加了各种补偿电阻。

零点补偿的目的是尽量减小电桥零点随温度的变化，因此，出应变片本身的温度自补偿外，又加入了电阻温度系数和电桥中应变片的温度系数不同的电阻元件（如铜电阻或镍电阻等），以加强补偿作用。

灵敏度补偿的目的是减小输出电压随温度的变化，即补偿弹性体的弹性系数和应变片的灵敏度系数随温度的变化。因此，对电桥中串接了两个与电桥温度补偿作用相同的电阻。同时电路中的其它电阻用于将电桥的初始平衡，额定输出和输入电阻等参数调整到规定的数值。

8、自动称重配料系统称重传感器的参数指标（中英文对照）

Model: STC-100Kg (型号规格)

Cap: 100Kg （量程范围）

Date: 2005/01/14 （生产日期）

S/N: X02274 （出厂编号）

FSO: 2.9981 mV/V （灵敏度）

Recommended Excitation: 10V AC/DC （推荐激励电压）

Maximum Excitation: 15V AC/DC （最大激励电压）

Output at Rated Load: 2.9981 mV/V （额定负荷输出）

Non Linearity: <0.020% （非线性）

Hysteresis: <0.020% （滞后）

Creep(30 minutes): 0.029% （30分钟蠕动）

Non Repeatability: <0.01% （非重复性）

Zero Retum(30 minutes): 0.030% （30分钟零点漂移）

Temp. Effect/℃on Span: <0.0015% （温度变化1℃对量程的影响）Temp. Effect/℃on Zero: <0.0026% （温度变化1℃对零点的影响）Compensated Temp.Range: -10 to 40℃（温度补偿范围）

Operating Temp.Range: -20 to 60℃（工作温度范围）

Zero Balance: ±1% （零点平衡）

Input Resistance: 380±5Ω（输入阻抗）

Output Resistance: 350±3Ω（输出阻抗）

Insulation Resistance(50VDC): >5000MΩ（绝缘电阻）

Deflecion at Rated Load: Nil （零）（额定负荷下的倾斜度）

Safe Overload: 150% （允许超载）

Ultimate Overload: 300% （最终超载）

9、称重传感器引线功能的具体判断方法

由于不同自动称重配料系统生产厂家的传感器引线的颜色不同，所以不能以具体颜色来判断引线功能。

使用万用表的电阻档可以具体判断引线功能：

（见前图）

①——②激励电压输入端（简称输入端）

③——④重量毫伏信号输出端（简称输出端）

注：若出现不相等的数据时，则表明传感器已经损坏，应更换。

称重传感器向高精度技术方向发展

自动称重配料系统为了解决高温称重传感器，实现耐高温称重传感器的国产化生产，降低设备本钱，海内传感器厂家积极开展耐高温称重传感器的研制。近年来，随着冶金产业的迅速发展，带动了高温称重传感器的国产化生产发展。

统一品种的传感器，因技术和应用不同，不可互相替换，难以做到大规模生产。小的如微纳米技术的压力传感器，比绿豆还小，可以植入人体。压力传感器有应变式、压电式、压阻式，电容式甚至光纤式；等于压阻式还有硅材料，陶瓷溅射薄膜、兰宝石等。高温环境，是指电子衡器设备所处的现场环境温度超出70℃及以上。大的如大吨位称重传感器，如脸盆大小。

传感器模拟器的激励电压来源于称重显示仪表的供桥电压，是一种无源的被动型信号发生器。传感器模拟器既可以在实验室内对称重显示仪表进行设定和标定，也可以在现场及时查找、发现故障原因，从而迅速排除故障，是一个必不可少的电子汽车衡检测维修设备。这种模拟器类似一台直流标准电压源，可以向称重显示仪表提供各种秤量范围的模拟电压信号。称重传感器模拟器是根据电阻应变式称重传感器的工作原理制成的，可以模拟电阻应变式称重传感器的各种不同加载状态。

起先海内冶金企业为了解决高温称重传感器，从国外引进，费用昂贵，且配件备件困难。磁传感器、光敏传感器归为电子元器件，称重传感器、轴距传感器、电容式压力传感器归为机械或仪表行业。到二十世纪80年代中期，随着高精度称重传感器技术的日趋成熟，机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。

扩展阅读：

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本文转自专业自动称重配料系统供应商

广州南创电子科技有限公司官网：https://www.360docs.net/doc/f017765340.html,/