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分選秤在對(duì)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(jì)。

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(dòng)態(tài)稱重設(shè)備,主要由載荷輸送機(jī)、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(dòng)判別、動(dòng)態(tài)計(jì)量等特點(diǎn)。工作時(shí),無(wú)需人工干預(yù),載荷輸送機(jī)將自動(dòng)地把被稱物料送到承載器上,根據(jù)秤臺(tái)兩端的兩個(gè)光電檢測(cè)元件來(lái)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(jìn)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(guò),要求稱重控制儀表應(yīng)快速、準(zhǔn)確、可靠。

稱重控制儀表用于橡膠行業(yè)胎面壓出線上對(duì)胎面分選秤進(jìn)行控制。它主要由材〔萬(wàn)一單片機(jī)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(jì)數(shù)器、打印機(jī)、電源等組成。前置變送器將壓力傳感器輸出的毫伏級(jí)信號(hào)進(jìn)行放大,并轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào),送至何一單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,處理結(jié)果送顯示器顯示,同時(shí)與預(yù)先設(shè)置的重量范圍進(jìn)行比較,比較結(jié)果通過(guò)開(kāi)出口送指示燈顯示、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),并啟動(dòng)打印機(jī)對(duì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

稱重控制儀表有運(yùn)行校驗(yàn)兩種工作方式可供選擇。當(dāng)選用校驗(yàn)方式時(shí),則進(jìn)入靜態(tài)正常顯示。此時(shí),將被稱物放在秤臺(tái)上,控制器將顯示出被稱物的重量,可對(duì)秤進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)選用運(yùn)行方式時(shí),稱重控制儀將進(jìn)入動(dòng)態(tài)稱重分選控制狀態(tài)。這時(shí),稱重控制儀表將根據(jù)秤臺(tái)兩端檢測(cè)被稱物位置的光電信號(hào),確定胎面位置,進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重分選控制。

我國(guó)用于分選秤的稱重控制儀表多為進(jìn)口稱重儀表產(chǎn)品,而國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品大多都是從通用稱重顯示器演變過(guò)來(lái)的,沒(méi)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(shí),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(kāi)發(fā)的稱重控制儀借鑒了國(guó)外樣機(jī),在控制器的面板上設(shè)置了四個(gè)四位撥碼開(kāi)關(guān),用于對(duì)重量分選范圍進(jìn)行設(shè)定。這四個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)可按工藝要求細(xì)分成五段重量范圍見(jiàn)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(dòng)態(tài)稱重分選過(guò)程中,設(shè)定值可隨時(shí)調(diào)整。在面板上設(shè)有每段重量相對(duì)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(shì),及時(shí)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(gè)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(jī),打印出產(chǎn)量等數(shù)據(jù),方便于車間管理。

對(duì)上超差和下超差的不合格品,分選裝置將自動(dòng)啟動(dòng)予以剔除,并聲音報(bào)警,提示操作人員注意。

該稱重控制儀表不僅具有完善的動(dòng)態(tài)稱重分選控制功能,而且還具有零點(diǎn)自動(dòng)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(jì)

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

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

功能設(shè)計(jì)

軟件的功能設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)各種不同的功能模塊,通過(guò)這些功能稱重模塊,完成各種實(shí)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(dòng)態(tài)分選稱量。

抗干擾設(shè)計(jì)

由于分選秤工作在工業(yè)環(huán)境下,現(xiàn)場(chǎng)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(gè)完善的軟件系統(tǒng),不僅要進(jìn)行功能設(shè)計(jì),而且也要進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì),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(hào)輸入輸出通道抗干擾

干擾信號(hào)多呈毛刺狀,且作用時(shí)間短。根據(jù)這一特點(diǎn),在采集重量信號(hào)時(shí),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(gè)信號(hào)才有效。若經(jīng)幾次采集,信號(hào)總是不一致,那么將放棄此次的信號(hào)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(shí)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(duì)于輸出通道,即使單片機(jī)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(cuò)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(gè)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(gè)被干擾的錯(cuò)誤信息后,還來(lái)不及作出有效的反應(yīng),一個(gè)正確的輸出信息又來(lái)到了。這樣,就可及時(shí)防止錯(cuò)動(dòng)作。在本程序中,將輸出放在定時(shí)中斷中,可有效地防止輸出誤動(dòng)作。

數(shù)字濾波對(duì)于采集到的重量信號(hào),其內(nèi)常含有隨機(jī)干擾量,因此必須從數(shù)據(jù)系列中提取出逼近點(diǎn)實(shí)值的數(shù)據(jù),得到一個(gè)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(dòng)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(shuō)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(duì)穩(wěn)定,又要考慮加載時(shí)的快速響應(yīng)。因此,對(duì)采集到的數(shù)據(jù)先要進(jìn)行穩(wěn)定性判別,然后才進(jìn)行數(shù)字濾波處理。在數(shù)字濾波程序中,采用了滑動(dòng)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€(gè)最老的數(shù)據(jù),再將這次的采樣值和過(guò)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(shí)時(shí)性。采樣次數(shù)的選取,對(duì)濾波效果影響很大。越大,效果越好,但卻影響系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)取,不穩(wěn)定時(shí)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(dòng)態(tài)分選稱量在動(dòng)態(tài)稱重分選稱量時(shí),胎面是以快速通過(guò)秤臺(tái)的。胎面在秤臺(tái)上的時(shí)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(guò)秤臺(tái)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng),將對(duì)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(lái)抑制干擾信號(hào)對(duì)稱重的影響是非常重要的。

通過(guò)實(shí)際觀測(cè),分選秤的稱重信號(hào)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是被稱物處于秤臺(tái)山位置時(shí)的數(shù)據(jù)。對(duì)于所采集到的個(gè)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(lái)使用,互補(bǔ)不足,提高濾波效果,以達(dá)到僅用單一濾波方法所不能達(dá)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(jì)算,從而使平均濾波的輸出值更接近于真實(shí)值。算法原理如下連續(xù)采樣次,將其累加求和,同時(shí)找出其中的最大值和最小值,再?gòu)睦奂雍椭袦p去最大值和最小值,按一個(gè)采樣值求平均,即得出有效的采樣值。

從胎面到達(dá)秤臺(tái)直至其離開(kāi)分為三個(gè)階段第一階段即時(shí)間,段,是胎面從到達(dá)秤臺(tái)直至其完全在秤臺(tái)上的過(guò)程,重量信號(hào)在此期間逐漸上升第二階段即時(shí)間九段,胎面完全在秤臺(tái)上,這期間是稱量段第三階段即時(shí)間。段,是胎面離開(kāi)秤臺(tái)的過(guò)程,重量信號(hào)在此期間逐漸下降到零。在九稱量段的開(kāi)始與結(jié)束,稱重信號(hào)受到的干擾相對(duì)重些。而在山段,即胎面在秤臺(tái)的中間位置時(shí),稱重信號(hào)相對(duì)平穩(wěn)。因此,選取△時(shí)間段的數(shù)據(jù)比較理想。利用置于秤臺(tái)前端的光電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)稱重控制儀表接收動(dòng)態(tài)采樣數(shù)據(jù),并在山時(shí)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(kāi)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(jì)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(lái)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(kāi)辟數(shù)據(jù)暫存區(qū)。經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波得到值,再進(jìn)行去皮、標(biāo)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(gè)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到胎面完全離開(kāi)秤臺(tái)后,啟動(dòng)零點(diǎn)跟蹤子程序,采用大樣本采樣滑動(dòng)平均值濾波技術(shù),自動(dòng)除皮重,為下個(gè)胎面的到來(lái)做好接收準(zhǔn)備。

三、結(jié)束語(yǔ)

該稱重控制儀表功能齊全,抗干擾能力強(qiáng),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(guó)一些廠家引進(jìn)的分選秤,經(jīng)過(guò)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(jī)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(shí)用的推廣價(jià)值。

 

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