米粉自动配制机中配料装置的设计与实现
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卤菜、卤水、食用油等配料。为了提高生产效率，节约劳动成本，针对此道工序，论文详细介绍了米粉自动配制机中配料装置的设计与实现过程，给出了配料装置的机械结构，设计了具体的称量电路，详细阐述了PLC控制过程。经过样机制作和调试，该配料装置可以将各式配料基本适量、准确地送到碗中，该装置的设计具有一定的实际意义和推广价值。
关键词：自动配料PLC控制切料拨动转轴惠斯通电桥
0 引言
米粉是我国南方大部分地区的主要小吃，一般一碗米粉的制作主要包括烫粉、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。鉴于米粉饮食业广阔的消费市场和自动化技术的发展，以桂林米粉为主要研究对象，提出研究和设计米粉自动配制机，完全代替员工烫粉、切菜、配菜配料等。论文主要针对米粉自动配制机中的自动配料系统进行研究与设计，该系统可以实现以下功能：第一，可以自动切削各式卤菜，如：牛肉、叉烧、锅烧等；第二，可以自动向碗中添加适量卤菜、卤水、食用油等。米粉自动配制机的研制将紧密结合实际市场需要，用自动化机器代替人力，提高效率，降低成本。该技术的研究将填补米粉业，甚至其他有类似工序食品行业的一项空白。
1 供料机械方案设计
以桂林米粉为例，供料装置中至少需要两个加料孔，其中一个添加卤水，一个添加食用油；卤菜格子至少4个（分别放置牛肉、叉烧、锅烧等），实现一边切卤菜，一边自动添加适量卤菜到碗中。自动添加卤菜的方案设计有两种，其一是为螺旋刀片式供料，采用螺旋绞肉，将肉绞入刀片组，其可控制物料的多少，但显然机械结构和控制都较为复杂；其二为切料拨动转轴供料，主要是将切料放在下料工序之前。考虑到供料的多样性，并且需要准确供应物料重量，螺旋刀片式供料许多零件的制造周期较长，费用较高；只有切料拨动转轴供料体积小巧易于组装，方便控制，并且此模块具有强大的通用性，可以满足各种供料的需要。因此，供料方案选用切料拨动转轴式供料。
加料孔专门用来添加卤水和食用油，可采用Atman AT-301潜水泵。
2 称量模块设计
如何根据顾客选择的一两、二两、三两米粉来自动添加适量的卤菜、卤水、食用油，是称量装置要解决的重要问题。采用ATMEGA16作为主控芯片，惠斯通电桥为传感器。因为惠斯通电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯通电桥在称重传感器中得到了广泛的应用[1]。用AVR单片机ATMEGA16制作电压表来监视电压的变化，测到的信号便可以表征称重传感器上物品的重量。
放大模块使用芯片INA118P，1、8引脚接电阻，引脚2接信号正，引脚3接信号负，引脚6输出放大后信号。电源部分接RC低通滤波器。
称量模块软件设计主要分为电压信号采集和称重显示。首先，打开特殊功能IO寄存器-SFIOR，对应的C语言是ADCSR=0；之后，开始对其他寄存器进行初始化。设置结束之后，AVR开始转换，转换需要500毫秒。ADC转换之后数据放置在ADCL及ADCH两个寄存器中，分别用两个寄存器将其数据取出，并进行数据处理以便1602液晶显示模块显示。
3 PLC控制过程
3.1 功能分析
系统上电之后等待选料指令，按下X0牛肉，X1锅烧，X2叉烧（三者之一）；X3有碗确认；X4确定；选择配料后，系统记录下选择的内容，等到粉烫好倒入碗之后，再把配料加进碗中，除了加入各种配料之外，还要加入食用油、卤水等佐料。
依据米粉自动配制机动作流程，启动之后，牛肉、锅烧、叉烧的选项是互不干扰的，不影响后面的程序，所以只能采用选择分支语句[2]。输入继电器X0将信号存于中间继电器M100，同时Y20输出LED指示灯，M100控制牛肉供料电机Y4，供料的多少依据时间以及称量模块反馈的信息来确定。当供料时间到或者供料达到重量的上限值后供料信号切断，由时间信号T5以及传感器接口X14（扩展）确定；同理，通过X1控制Y21、Y5锅烧；通过X2控制Y22、Y6叉烧，依次类推。
3.2 程序编写
由于米粉机送碗与送料模块的动作可以同步，所以使用经验设计法编程。经验设计法编程简单易懂，程序的结构清晰，可分多个模块独立编写[3]。以牛肉为例，送料模块程序如下所示：
0 LD X001 ；选牛肉
1 OR M101 ；中间继电器
2 ANIT5 ；时间控制器
3 OUTM101；輸出中间继电器
4 OUTY021；输出LED指示灯
5 LDX013；送粉左限位
6 ORM114；中间继电器
7 ANIX012；取反送粉右限位
8 OUTM114
9 OUT T4 K60
10 OUT T5 K50；送料时间控制
11 OUT T7 K30
12 LDM116；牛肉内选中间继电器
13 OUTY5；牛肉输出
4 结论
自动配料系统能根据不同重量的米粉自动适量地向碗中添加卤菜、卤水、食用油等。结构、方案设计合理、简单，采用PLC编程将复杂、自适应的下料过程控制变得较为简单。自动配料系统的实现不仅大大提高了生产效率，而且减少了劳动力，并为将来米粉自动配制机的研制奠定了基础。
参考文献：
[1]蔡共宣，林富生著.工程测试与信号处理[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.9.
[2]李仁著.电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.6.
[3]陈苏波.三菱PLC快速入门与实例提高[M].北京：人民邮电出版社，2008.8.
作者简介：
李静（1983-），女，汉族，陕西人，桂林电子科技大学信息科技学院讲师，主要从事机械电子工程、嵌入式系统应用及机器人技术研究。