一、分選秤用稱重控製器的組成及性能參數
分選秤是一種應用廣泛的在線動態稱重設備, 主要由載荷輸送機、承載器、分選裝置、稱重控製器、重量設定裝置等組成, 具有自動判別、動態計量等特點。工作時, 無需人工幹預, 載荷輸送機將自動地把被稱物料送到承載器上, 根據秤台兩端的兩個光電檢測元件來判斷被稱物料的位置, 按設定裝置預先設定好的重量範圍進行分選。為了使被稱物料按輸送線匹配速度在秤上連續通過, 要求稱重控製器應快速、準確、可靠。
稱重控製器用於橡膠行業胎麵壓出線上對胎麵分選秤進行控製。它主要由材〔萬一51單片機構成的控製係統、前置放大器、設定裝置、分選結果指示燈、計數器、打印機、電源等組成。前置放大器將壓力傳感器輸出的毫伏級信號進行放大, 並轉換成脈衝信號, 送至何CS 一51 單片機控製係統進行數據處理, 處理結果送顯示器顯示,同時與預先設置的重量範圍進行比較, 比較結果通過開出口送指示燈顯示、計數器計數,並啟動打印機對產量數據進行記錄。
稱重控製器有運行/ 校驗兩種工作方式可供選擇。當選用校驗方式時, 則進入靜態正常顯示。此時, 將被稱物放在秤台上, 控製器將顯示出被稱物的重量, 可對秤進行標定。當選用運行方式時, 稱重控製器將進入動態稱重分選控製狀態。這時, 稱重控製器將根據秤台兩端檢測被稱物位置的光電信號, 確定胎麵位置, 進行動態稱重分選控製。
我國用於分選秤的稱重控製器多為進口產品, 而國內開發的產品大多都是從通用稱重顯示器演變過來的, 沒有專用的設定裝置,多由顯示器上的小鍵盤鍵入重量的分選範圍, 正常工作時, 操作人員看不到設定值, 直觀性差, 並且調整不方便。我們開發的稱重控製器借鑒了國外樣機, 在控製器的麵板上設置了四個四位撥碼開關, 用於對重量分選範圍進行設定。這四個撥碼開關可按工藝要求細分成五段重量範圍 。四位數字的前兩位代表整數, 後兩位則代表小數。
在動態稱重分選過程中, 設定值可隨時調整。在麵板上設有每段重量相對應的指示燈和記數器。操作人員可根據上偏差和下偏差提供的重量變化趨勢, 及時調整胎麵擠出口的壓力, 以控製胎麵的重量。這樣, 就非常直觀、方便。六個六位記數器分別記憶稱量良好、上偏差、下偏差、上超差、下超差、產量( 包括良好、上偏差、下偏差) 等數據。配有打印機, 打印出產量等數據, 方便於車間管理。
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, 並聲音報警, 提示操作人員注意。
該稱重控製器不僅具有完善的動態稱重分選控製功能, 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。其主要技術參數為:
. 顯示器: 四位七段L E D 數碼管
. 顯示器分辨率: 大於3 0 0 0 0 萬
. 傳感器激勵電源: D C 1 5V
. 開入點數: 4
. 開出點數: 8
. 產P 一1 6 打印機接口
. 工作溫度: 一10 一4 0 ℃
. 供電電源: A C 2 20 V soH z
二、軟件設計
整個係統的軟件分為後台程序和前台程序。對於打印、數據處理、重量分選判別等實時性不是很高的內容, 安排在後台工作; 而對對於采集、定時等實時性要求較高的內容, 則安排在前台。軟件設計采用模塊化結構, 按完成的任務分成多個功能模塊, 便於調試、擴充和移植。為完成靜態稱量和動態分選稱量, 本程序著重進行了功能設計和抗幹擾設計。下麵分別予以敘述。
1 .
功能設計
軟件的功能設計主要是設計各種不同的功能模塊, 通過這些功能模塊, 完成各種實質J隆的任務。在本程序中, 由軟件實現的主要功可能是:
. 零點自動跟蹤;
. 去皮;
. 零點校驗;
. 數據采集;
. 數據處理;
. 1 / 0 操作;
. 係統定時;
. 讀鍵及設定;
. 運行/ 校驗轉換;
. 打印;
. 運行方式下顯示值鎖定;
. 重量判別
這些功能模塊在係統監控程序管理下,按預定的工作方案完成靜態稱量或動態分選稱量。
2.抗幹擾設計
由於分選秤工作在工業環境下, 現場有著各種幹擾, 影響秤的正常工作。所以, 除采取硬件抗幹擾措施外, 軟件抗幹擾措施作為第二條防線也是非常重要的, 並且是必不可少的。一個完善的軟件係統, 不僅要進行功能設計, 而且也要進行抗幹擾設計, 以提高係統的可靠性。本係統采用了如下兩種軟件抗幹擾措施:
(l) 數字信號輸入輸出通道抗幹擾
幹擾信號多呈毛刺狀, 且作用時間短。根據這一特點, 在采集重量信號時, 可連續采集幾次, 直到連續兩次采集的結果完全一樣, 這
個信號才有效。若經幾次采集, 信號總是不一致, 那麽將放棄此次的信號采集。每次采集的最高次數限額和連續相同次數, 可按實際需要調整。本程序中采集的最高限額4 次, 兩次連續相同即為有效采集。
對於輸出通道, 即使單片機給出正確的輸出數據, 但由於外部幹擾, 將使輸出裝置有可能得到錯誤的數據。在軟件上, 最為有效的抗幹擾措施就是重複輸出同一個數據。重複周期盡可能短些, 使外部設備在接收到一個被幹擾的錯誤信息後, 還來不及作出有效的反應, 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。
(2) 數字濾波
對於采集到的重量信號, 其內常含有隨機幹擾量, 因此必須從數據係列中提取出逼近點實值的數據, 得到一個可信度較高的結果。
在軟件中, 常用的方法就是數字濾波。本程序分靜態稱量和動態分選稱量。因稱量方式不同, 所采用的數字濾波方式也不一樣。下麵就兩種稱量方法所采取的不同的數字濾波方法分別予以說明。
¹ 靜態稱量:
靜態稱量主要考慮的是係統的穩定性和精度。既要考慮穩定狀態下的顯示相對穩定,又要考慮加載時的快速響應。因此, 對采集到的數據先要進行穩定性判別, 然後才進行數字濾波處理。在數字濾波程序中, 采用了滑動平均濾波技術, 以提高濾波效果。其具體做法
是: 每采樣一次, 頂掉一個最老的數據, 再將這次的采樣值和過去若幹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, 這就提高了係統的實時性。采樣次數N的選取, 對濾波效果影響很大。N 越大, 效果越好, 但卻影響係統的動態響應。在本稱重控製器中, 為提高係統的穩定性和快速響應能力, 穩定時N 取32 , 不穩定時N 取8。由於采用了有效的濾波方法, 使係統的穩定性和精度以及加載響應速度都得到了大大提高。º 動態分選稱量:在動態分選稱量時, 胎麵是以快速通過秤台的。胎麵在秤台上的時間在1. 5 秒以內,所以采樣必須在1 秒鍾內完成。這樣, 采樣的次數受到了限製。另外, 由於胎麵快速通過秤台時會產生一定的振動, 將對采樣值造成幹擾。因此, 必須考慮選取哪些數據合理, 以及采用何種數字濾波技術, 來抑製幹擾信號對稱重的影響是非常重要的。
圖中, 從胎麵到達秤台直至其離開分為三個階段: 第一階段即時間t , 段, 是胎麵從到達秤台直至其完全在秤台上的過程, 重量信號在此期間逐漸上升; 第二階段即時間九段, 胎麵完全在秤台上, 這期間是稱量段; 第三階段即時間t 。段, 是胎麵離開秤台的過程, 重量信號在此期間逐漸下降到零。在九稱量段的開始與結束, 稱重信號受到的幹擾相對重些。而在山段, 即胎麵在秤台的中間位置時, 稱重信號相對平穩。因此, 選取△t 時間段的數據比較理想。利用置於秤台前端的光電開關啟動稱重控製器接收動態采樣數據, 並在山時間內完成采樣。采樣次數N 與采樣速度有關, 采樣速度快, 所采集的次數N 就高。
光電開關的安裝必須保證所采集到的動態數據是被稱物處於秤台山位置時的數據。對於所采集到的N 個數據, 均含有不同的幹擾成分, 因此就必須采用有效的濾波方法, 以得到胎麵重量的真值。本程序采用的是複合濾波技術, 即把兩種以上的數字濾波方法結合起來使用, 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。這裏采用的是去極值濾波法和算術平均值濾波法相結合的濾波方法。去極值濾波先將明顯的脈衝幹擾值剔除, 不參加平均值計算, 從而使平均濾波的輸出值更接近於真實值。算法原理如下: 連續采樣N 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N 一2 個采樣值求平均, 即得出有效的采樣值。從胎麵到達秤台直至其離開分為三個階段: 第一階段即時間t , 段, 是胎麵從到達秤台直至其完全在秤台上的過程, 重量信號在此期間逐漸上升; 第二階段即時間九段, 胎麵完全在秤台上, 這期間是稱量段; 第三階段即時間t 。段, 是胎麵離開秤台的過程, 重量信號在此期間逐漸下降到零。在九稱量段的開始與結束, 稱重信號受到的幹擾相對重些。而在山段, 即胎麵在秤台的中間位置時, 稱重信號相對平穩。因此, 選取△t 時間段的數據比較理想。利用置於秤台前端的光電開關啟動稱重控製器接收動態采樣數據, 並在山時間內完成采樣。采樣次數N 與采樣速度有關, 采樣速度快, 所采集的次數N 就高。光電開關的安裝必須保證所采集到式中而一N 一2 次采樣值的算術平均值;w , 一第i 次采樣值;N 一采樣次數。為方便計算, 采樣次數一般選為6 、10 、18 之類的2 的整數冪加2 , 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A M 中開辟數據暫存區。經過數字濾波得到W 值, 再進行去皮、標度變換等數據處理, 得到可供顯示, 判別、打印的胎麵重量值。
在第二個光電開關檢測到胎麵完全離開秤台後, 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, 自動除皮重, 為下個胎麵的到來做好接收準備。
三、結束語
該稱重控製器功能齊全, 抗幹擾能力強,不僅適用於橡膠行業的胎麵分選控製, 也適用於禽蛋、硬幣、家禽、工業生產線等各種分選秤的控製。目前, 我國一些廠家引進的分選秤, 經過十幾年的使用, 有些稱重控製器已不能正常工作, 急需更換。此外, 還有一些廠家現仍使用著機械式分選秤, 不能滿足生產需要, 急需改造為電子分選秤。所以, 該稱重控製器在當今具有極為實用的推廣價值。

 

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