基于cdio理念下自动配料称重系统模型平台设计

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1、基于CDIO理念下自动配料称重系统模型平台设计　　摘要：目前大型自动配料称重系统广泛应用于各行各业，但是还存在一部分生产线采用传统的称重配料系统，特别是在一些中小型城市以及中小型作坊等，加之以往的称重配料系统存在给料方式以及控制方式上的不足，导致系统的自动化与智能化不高。文章设计了一种带有多功能的自动配料称重系统，可以有效提高小型作坊及商店运营中的配料称重效率。　　关键词：CDIO；控制系统；自动配料称重系统；称重结构；硬件设计；软件设计文献标识码：A　　中图分类号：TQ330文章编号：1009-2374（2016）

2、16-0012-05DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.006　　1项目背景及意义　　教育部部长袁贵仁在十二届全国人大四次会议上称中国的高等教育结构不合理，这个不合理表现在培养理论型、学术型人才的学校较多，培养技术、技能型人才的学校比较少，因此高校需要转型调整专业设置。McKinseyGlobalInstitute在2005年10月发表的一份报告称，我国2005年毕业的约60万工程技术人才中适合在国际化公司工作的只有不到10%，而这其中的原因，其分析为“中国教育系统偏于理论，中

3、国学生几乎没有受到project和团队工作的实际训练，相比之下欧洲和北美学生以团队方式解决实际问题”。12　　针对此情况，汕头大学多年前早已开展CDIO工程师培养模式训练，学习国外高等学府项目锻炼实施能力，面向project解决实际问题。基于多年前受过CDIO理念培养（即Conceive-Design-Implement-Operate，构思-设计-实现-运作），本文就自动配料称重系统项目展开论述，该模型平台是按采购→制作零部件→装配整机→项目调试→改进与优化的顺序进行，由于篇幅有限，本文只针对项目成果展开论述。　　

4、机器换人时代已经到来，人工配料已远远不能满足连续化、自动化生产的要求，因此在原来机械配料的基础上，进行技术改造，使生产过程实现智能化和信息化。　　根据目前自动配料称重行业的背景和发展情况，该项目应具有如下要求：（1）结构方式：采用分布型或者集散型的结构方式；（2）控制方式：应具有通信方便快捷、操作简单、系统可靠性较强、一次输入多次生产能力，称量误差能控制在要求范围内；（3）硬件系统：应具有造价低廉、硬件可靠、控制系统简洁等特点；（4）软件系统：采用模块式软件，具有操作、管理、现场监控、系统组态、报警管理和设置等模块。

5、　　2硬件机构设计及说明　　2.1结构设计12　　自动配料称重系统是由喂料机构、称重机构、卸料机构和推出机构组成（如图1所示）。其中喂料是由步进电机采集信号后控制阀的开关大小和开关时间，在无限接近预设的称重值的时候，电机会逐渐关闭阀门。称重机构是由一个重力传感器组成，并把称重采集到的信号传送给喂料机构的步进电机，这样就能控制阀门从而控制放料的多少。卸料机构是在称重机构中每个称重盘都达到了预设称重值的时候，把刚称完的物料移到窗口内，物料卸下，完成卸料。推出机构是由两个减速电机同时同步带动推杆，把物料移到窗口，完成卸料的

6、过程。　　2.2系统设计　　自动配料称重系统采用单片机硬件，应用PID原理控制，这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，经过系统反馈更好地纠正系统误差。　　2.3结构原理说明　　2.3.1喂料机构。　　第一，喂料结构如图1（a）所示。　　第二，装配方案说明：　　喂料过程：物料通过输送带（外装置）装入储料斗，这时物料由进料阀锁住，通过人机界面输入命令控制步进电机的转动，打开进料阀，物料进入系统，当物料重量达到设定的初值时，步进电机反转使进料阀开始一次关闭动作使得阀口关小，下料流速下降，物料继续卸下的同时

7、称量装置进行一个反馈的过程，当下料重量达到设定终值时控制步进电机二次反转，经过二次动作使进料阀关闭，进入下一轮的称重。　　创新点：这个喂料装置是通过改装比较便宜的止推阀而来的，再通过步进电机控制阀的打开与关闭，与称量装置形成一个闭环控制系统，既降低了成本，又实现了自动化，提高了精度。　　2.3.2称重机构。　　第一，称重机构如图1（b）所示。12　　第二，装配方案说明：称重机构采用的是经过改装后的高精度的计量称成品，本系统只将计量称的壳体与传感器部分保留下来，显示部分改装成数码管显示，去掉面板的按键控制功能而取之由各

8、工作站控制系统控制，使得该装置具有自动去皮，避免了面板的误操作，提高可靠性，并且具有动态数据显示功能，称量较精确，误差率在千分之一，直观性强。　　2.3.3卸料机构。　　第一，卸料机构如图1（c）所示。　　第二，装配方案说明：卸料机构是由一个便宜的杯子改装而成的，杯子掏穿。开始时，杯子在计量称的正上方，但是与计量称接触，可以避免杯子的自重影响称