米粉自動配制機中配料裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：南方的米粉小吃中有一道工序即向煮熟的米粉中添加各式鹵菜、鹵水、食用油等配料。為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動成本，針對此道工序，論文詳細介紹了米粉自動配制機中配料裝置的設(shè)計與實現(xiàn)過程，給出了配料裝置的機械結(jié)構(gòu)，設(shè)計了具體的稱量電路，詳細闡述了PLC控制過程。經(jīng)過樣機制作和調(diào)試，該配料裝置可以將各式配料基本適量、準(zhǔn)確地送到碗中，該裝置的設(shè)計具有一定的實際意義和推廣價值。

關(guān)鍵詞：自動配料PLC控制切料撥動轉(zhuǎn)軸惠斯通電橋

0 引言

米粉是我國南方大部分地區(qū)的主要小吃，一般一碗米粉的制作主要包括燙粉、切菜、配菜、配料等工序。但是目前，米粉配制的每一道工序都完全由人工操作。鑒于米粉飲食業(yè)廣闊的消費市場和自動化技術(shù)的發(fā)展，以桂林米粉為主要研究對象，提出研究和設(shè)計米粉自動配制機，完全代替員工燙粉、切菜、配菜配料等。論文主要針對米粉自動配制機中的自動配料系統(tǒng)進行研究與設(shè)計，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：第一，可以自動切削各式鹵菜，如：牛肉、叉燒、鍋燒等；第二，可以自動向碗中添加適量鹵菜、鹵水、食用油等。米粉自動配制機的研制將緊密結(jié)合實際市場需要，用自動化機器代替人力，提高效率，降低成本。該技術(shù)的研究將填補米粉業(yè)，甚至其他有類似工序食品行業(yè)的一項空白。

1 供料機械方案設(shè)計

以桂林米粉為例，供料裝置中至少需要兩個加料孔，其中一個添加鹵水，一個添加食用油；鹵菜格子至少4個（分別放置牛肉、叉燒、鍋燒等），實現(xiàn)一邊切鹵菜，一邊自動添加適量鹵菜到碗中。自動添加鹵菜的方案設(shè)計有兩種，其一是為螺旋刀片式供料，采用螺旋絞肉，將肉絞入刀片組，其可控制物料的多少，但顯然機械結(jié)構(gòu)和控制都較為復(fù)雜；其二為切料撥動轉(zhuǎn)軸供料，主要是將切料放在下料工序之前。考慮到供料的多樣性，并且需要準(zhǔn)確供應(yīng)物料重量，螺旋刀片式供料許多零件的制造周期較長，費用較高；只有切料撥動轉(zhuǎn)軸供料體積小巧易于組裝，方便控制，并且此模塊具有強大的通用性，可以滿足各種供料的需要。因此，供料方案選用切料撥動轉(zhuǎn)軸式供料。

加料孔專門用來添加鹵水和食用油，可采用Atman AT-301潛水泵。

2 稱量模塊設(shè)計

如何根據(jù)顧客選擇的一兩、二兩、三兩米粉來自動添加適量的鹵菜、鹵水、食用油，是稱量裝置要解決的重要問題。采用ATMEGA16作為主控芯片，惠斯通電橋為傳感器。因為惠斯通電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯通電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。用AVR單片機ATMEGA16制作電壓表來監(jiān)視電壓的變化，測到的信號便可以表征稱重傳感器上物品的重量。

放大模塊使用芯片INA118P，1、8引腳接電阻，引腳2接信號正，引腳3接信號負，引腳6輸出放大后信號。電源部分接RC低通濾波器。

稱量模塊軟件設(shè)計主要分為電壓信號采集和稱重顯示。首先，打開特殊功能IO寄存器-SFIOR，對應(yīng)的C語言是ADCSR=0；之后，開始對其他寄存器進行初始化。設(shè)置結(jié)束之后，AVR開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換需要500毫秒。ADC轉(zhuǎn)換之后數(shù)據(jù)放置在ADCL及ADCH兩個寄存器中，分別用兩個寄存器將其數(shù)據(jù)取出，并進行數(shù)據(jù)處理以便1602液晶顯示模塊顯示。

3 PLC控制過程

3.1 功能分析

系統(tǒng)上電之后等待選料指令，按下X0牛肉，X1鍋燒，X2叉燒（三者之一）；X3有碗確認；X4確定；選擇配料后，系統(tǒng)記錄下選擇的內(nèi)容，等到粉燙好倒入碗之后，再把配料加進碗中，除了加入各種配料之外，還要加入食用油、鹵水等佐料。

依據(jù)米粉自動配制機動作流程，啟動之后，牛肉、鍋燒、叉燒的選項是互不干擾的，不影響后面的程序，所以只能采用選擇分支語句[2]。輸入繼電器X0將信號存于中間繼電器M100，同時Y20輸出LED指示燈，M100控制牛肉供料電機Y4，供料的多少依據(jù)時間以及稱量模塊反饋的信息來確定。當(dāng)供料時間到或者供料達到重量的上限值后供料信號切斷，由時間信號T5以及傳感器接口X14（擴展）確定；同理，通過X1控制Y21、Y5鍋燒；通過X2控制Y22、Y6叉燒，依次類推。

3.2 程序編寫

由于米粉機送碗與送料模塊的動作可以同步，所以使用經(jīng)驗設(shè)計法編程。經(jīng)驗設(shè)計法編程簡單易懂，程序的結(jié)構(gòu)清晰，可分多個模塊獨立編寫[3]。以牛肉為例，送料模塊程序如下所示：

0 LD X001 ；選牛肉

1 OR M101 ；中間繼電器

2 ANIT5 ；時間控制器

3 OUTM101；輸出中間繼電器

4 OUTY021；輸出LED指示燈

5 LDX013；送粉左限位

6 ORM114；中間繼電器

7 ANIX012；取反送粉右限位

8 OUTM114

9 OUT T4 K60

10 OUT T5 K50；送料時間控制

11 OUT T7 K30

12 LDM116；牛肉內(nèi)選中間繼電器

13 OUTY5；牛肉輸出

4 結(jié)論

自動配料系統(tǒng)能根據(jù)不同重量的米粉自動適量地向碗中添加鹵菜、鹵水、食用油等。結(jié)構(gòu)、方案設(shè)計合理、簡單，采用PLC編程將復(fù)雜、自適應(yīng)的下料過程控制變得較為簡單。自動配料系統(tǒng)的實現(xiàn)不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且減少了勞動力，并為將來米粉自動配制機的研制奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]蔡共宣，林富生著.工程測試與信號處理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.9.

[2]李仁著.電氣控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.6.

[3]陳蘇波.三菱PLC快速入門與實例提高[M].北京：人民郵電出版社，2008.8.

作者簡介：

李靜（1983-），女，漢族，陜西人，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院講師，主要從事機械電子工程、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用及機器人技術(shù)研究。