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分選秤在對該行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用范圍，此文章將以橡膠行業(yè)使用的分選稱為例, 著重介紹用于分選秤的稱重控制儀表的主要性能和軟件設(shè)計。

一、分選秤用稱重控制儀表的組成及性能參數(shù)

分選秤是一種應(yīng)用廣泛的在線動態(tài)稱重設(shè)備,主要由載荷輸送機、承載器、分選裝置、稱重控制儀表、重量設(shè)定裝置等組成,具有自動判別、動態(tài)計量等特點。工作時,無需人工干預(yù),載荷輸送機將自動地把被稱物料送到承載器上,根據(jù)秤臺兩端的兩個光電檢測元件來判斷被稱物料的位置,按設(shè)定裝置預(yù)先設(shè)定好的重量范圍進行分選。為了使被稱物料按輸送線匹配速度在秤上連續(xù)通過,要求稱重控制儀表應(yīng)快速、準確、可靠。

稱重控制儀表用于橡膠行業(yè)胎面壓出線上對胎面分選秤進行控制。它主要由材〔萬一單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)、前置重量變送器、設(shè)定裝置、分選結(jié)果指示燈、計數(shù)器、打印機、電源等組成。前置變送器將壓力傳感器輸出的毫伏級信號進行放大,并轉(zhuǎn)換成脈沖信號,送至何一單片機控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,處理結(jié)果送顯示器顯示,同時與預(yù)先設(shè)置的重量范圍進行比較,比較結(jié)果通過開出口送指示燈顯示、計數(shù)器計數(shù),并啟動打印機對產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行記錄。

稱重控制儀表有運行校驗兩種工作方式可供選擇。當(dāng)選用校驗方式時,則進入靜態(tài)正常顯示。此時,將被稱物放在秤臺上,控制器將顯示出被稱物的重量,可對秤進行標定。當(dāng)選用運行方式時,稱重控制儀將進入動態(tài)稱重分選控制狀態(tài)。這時,稱重控制儀表將根據(jù)秤臺兩端檢測被稱物位置的光電信號,確定胎面位置,進行動態(tài)稱重分選控制。

我國用于分選秤的稱重控制儀表多為進口稱重儀表產(chǎn)品,而國內(nèi)開發(fā)的產(chǎn)品大多都是從通用稱重顯示器演變過來的,沒有專用的設(shè)定裝置,多由顯示器上的小鍵盤鍵入重量的分選范圍,正常工作時,操作人員看不到設(shè)定值,直觀性差,并且調(diào)整不方便。我們開發(fā)的稱重控制儀借鑒了國外樣機,在控制器的面板上設(shè)置了四個四位撥碼開關(guān),用于對重量分選范圍進行設(shè)定。這四個撥碼開關(guān)可按工藝要求細分成五段重量范圍見圖。四位數(shù)字的前兩位代表整數(shù),后兩位則代表小數(shù)。在動態(tài)稱重分選過程中,設(shè)定值可隨時調(diào)整。在面板上設(shè)有每段重量相對應(yīng)的指示燈和記數(shù)器。操作人員可根據(jù)上偏差和下偏差提供的重量變化趨勢,及時調(diào)整胎面擠出口的壓力,以控制胎面的重量。這樣,就非常直觀、方便。

六個六位記數(shù)器分別記憶稱量良好、上偏差、下偏差、上超差、下超差、產(chǎn)量包括良好、上偏差、下偏差等數(shù)據(jù)。配有打印機,打印出產(chǎn)量等數(shù)據(jù),方便于車間管理。

對上超差和下超差的不合格品,分選裝置將自動啟動予以剔除,并聲音報警,提示操作人員注意。

該稱重控制儀表不僅具有完善的動態(tài)稱重分選控制功能,而且還具有零點自動跟蹤、去皮、清零等功能,是一種高精度的通用顯示儀表。

二、軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)的軟件分為后臺程序和前臺程序。對于打印、數(shù)據(jù)處理、重量分選判別等實時性不是很高的內(nèi)容,安排在后臺工作而對于采集、定時等實時性要求較高的內(nèi)容,則安排在前臺。

軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu),按完成的任務(wù)分成多個功能模塊,便于調(diào)試、擴充和移植。主程序簡化框圖如圖所示。為完成靜態(tài)稱量和動態(tài)分選稱量,本程序著重進行了功能設(shè)計和抗干擾設(shè)計。下面分別予以敘述。

功能設(shè)計

軟件的功能設(shè)計主要是設(shè)計各種不同的功能模塊,通過這些功能稱重模塊,完成各種實質(zhì)隆的任務(wù)。

這些功能模塊在系統(tǒng)監(jiān)控程序管理下,按預(yù)定的工作方案完成靜態(tài)稱量或動態(tài)分選稱量。

抗干擾設(shè)計

由于分選秤工作在工業(yè)環(huán)境下,現(xiàn)場有著各種干擾,影響秤的正常工作。所以,除采取硬件抗干擾措施外,軟件抗干擾措施作為第二條防線也是非常重要的,并且是必不可少的。一個完善的軟件系統(tǒng),不僅要進行功能設(shè)計,而且也要進行抗干擾設(shè)計,以提高系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)采用了如下兩種軟件抗干擾措施

數(shù)字信號輸入輸出通道抗干擾

干擾信號多呈毛刺狀,且作用時間短。根據(jù)這一特點,在采集重量信號時,可連續(xù)采集幾次,直到連續(xù)兩次采集的結(jié)果完全一樣,這個信號才有效。若經(jīng)幾次采集,信號總是不一致,那么將放棄此次的信號采集。每次采集的最高次數(shù)限額和連續(xù)相同次數(shù),可按實際需要調(diào)整。本程序中采集的最高限額次,兩次連續(xù)相同即為有效采集。

對于輸出通道,即使單片機給出正確的輸出數(shù)據(jù),但由于外部干擾,將使輸出裝置有可能得到錯誤的數(shù)據(jù)。在軟件上,最為有效的抗干擾措施就是重復(fù)輸出同一個數(shù)據(jù)。重復(fù)周期盡可能短些,使外部設(shè)備在接收到一個被干擾的錯誤信息后,還來不及作出有效的反應(yīng),一個正確的輸出信息又來到了。這樣,就可及時防止錯動作。在本程序中,將輸出放在定時中斷中,可有效地防止輸出誤動作。

數(shù)字濾波對于采集到的重量信號,其內(nèi)常含有隨機干擾量,因此必須從數(shù)據(jù)系列中提取出逼近點實值的數(shù)據(jù),得到一個可信度較高的結(jié)果。在軟件中,常用的方法就是數(shù)字濾波。本程序分靜態(tài)稱量和動態(tài)分選稱量。因稱量方式不同,所采用的數(shù)字濾波方式也不一樣。下面就兩種稱量方法所采取的不同的數(shù)字濾波方法分別予以說明。

①靜態(tài)稱量靜態(tài)稱量主要考慮的是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。既要考慮穩(wěn)定狀態(tài)下的顯示相對穩(wěn)定,又要考慮加載時的快速響應(yīng)。因此,對采集到的數(shù)據(jù)先要進行穩(wěn)定性判別,然后才進行數(shù)字濾波處理。在數(shù)字濾波程序中,采用了滑動平均濾波技術(shù),以提高濾波效果。其具體做法是每采樣一次,頂?shù)粢粋€最老的數(shù)據(jù),再將這次的采樣值和過去若干次的采樣值一起求平均,所得的有效采樣值即可投入使用。因此,這就提高了系統(tǒng)的實時性。采樣次數(shù)的選取,對濾波效果影響很大。越大,效果越好,但卻影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。在本稱重控制儀表中,為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力,穩(wěn)定時取,不穩(wěn)定時取。由于采用了有效的濾波方法,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度以及加載響應(yīng)速度都得到了大大提高。

②動態(tài)分選稱量在動態(tài)稱重分選稱量時,胎面是以快速通過秤臺的。胎面在秤臺上的時間在秒以內(nèi),所以采樣必須在秒鐘內(nèi)完成。這樣,采樣的次數(shù)受到了限制。另外,由于胎面快速通過秤臺時會產(chǎn)生一定的振動,將對采樣值造成干擾。因此,必須考慮選取哪些數(shù)據(jù)合理,以及采用何種數(shù)字濾波技術(shù),來抑制干擾信號對稱重的影響是非常重要的。

通過實際觀測,分選秤的稱重信號的動態(tài)數(shù)據(jù)是被稱物處于秤臺山位置時的數(shù)據(jù)。對于所采集到的個數(shù)據(jù),均含有不同的干擾成分,因此就必須采用有效的濾波方法,以得到胎面重量的真值。

本程序采用的是復(fù)合濾波技術(shù),即把兩種以上的數(shù)字濾波方法結(jié)合起來使用,互補不足,提高濾波效果,以達到僅用單一濾波方法所不能達到的效果。這里采用的是去極值濾波法和算術(shù)平均值濾波法相結(jié)合的濾波方法。去極值濾波先將明顯的脈沖干擾值剔除,不參加平均值計算,從而使平均濾波的輸出值更接近于真實值。算法原理如下連續(xù)采樣次,將其累加求和,同時找出其中的最大值和最小值,再從累加和中減去最大值和最小值,按一個采樣值求平均,即得出有效的采樣值。

從胎面到達秤臺直至其離開分為三個階段第一階段即時間,段,是胎面從到達秤臺直至其完全在秤臺上的過程,重量信號在此期間逐漸上升第二階段即時間九段,胎面完全在秤臺上,這期間是稱量段第三階段即時間。段,是胎面離開秤臺的過程,重量信號在此期間逐漸下降到零。在九稱量段的開始與結(jié)束,稱重信號受到的干擾相對重些。而在山段,即胎面在秤臺的中間位置時,稱重信號相對平穩(wěn)。因此,選取△時間段的數(shù)據(jù)比較理想。利用置于秤臺前端的光電開關(guān)啟動稱重控制儀表接收動態(tài)采樣數(shù)據(jù),并在山時間內(nèi)完成采樣。采樣次數(shù)與采樣速度有關(guān),采樣速度快,所采集的次數(shù)就高。光電開關(guān)的安裝必須保證所采集到式中而一次采樣值的算術(shù)平均值

為方便計算,采樣次數(shù)一般選為、、之類的的整數(shù)冪加,以便用移位來代替除法。在本程序中,采用了邊采樣邊處理,因此就不必在尺中開辟數(shù)據(jù)暫存區(qū)。經(jīng)過數(shù)字濾波得到值,再進行去皮、標度變換等數(shù)據(jù)處理,得到可供顯示,判別、打印的胎面重量值。

在第二個光電開關(guān)檢測到胎面完全離開秤臺后,啟動零點跟蹤子程序,采用大樣本采樣滑動平均值濾波技術(shù),自動除皮重,為下個胎面的到來做好接收準備。

三、結(jié)束語

該稱重控制儀表功能齊全,抗干擾能力強,不僅適用于橡膠行業(yè)的胎面分選控制,也適用于禽蛋、硬幣、家禽、工業(yè)生產(chǎn)線等各種分選秤的控制。目前,我國一些廠家引進的分選秤,經(jīng)過十幾年的使用,有些稱重控制儀已不能正常工作,急需更換。此外,還有一些廠家現(xiàn)仍使用著機械式分選秤,其速度和精度都不能滿足生產(chǎn)需要,急需改造為電子分選秤。所以,該稱重控制顯示儀表在當(dāng)今具有極為實用的推廣價值。

 

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