分选秤在对该行业有着广泛的应用范围，此文章将以橡胶行业使用的分选称为例, 着重介绍用于分选秤的称重控制仪表的主要性能和软件设计。

一、分选秤用称重控制仪表的组成及性能参数

分选秤是一种应用广泛的在线动态称重设备,主要由载荷输送机、承载器、分选装置、称重控制仪表、重量设定装置等组成,具有自动判别、动态计量等特点。工作时,无需人工干预,载荷输送机将自动地把被称物料送到承载器上,根据秤台两端的两个光电检测元件来判断被称物料的位置,按设定装置预先设定好的重量范围进行分选。为了使被称物料按输送线匹配速度在秤上连续通过,要求称重控制仪表应快速、准确、可靠。

称重控制仪表用于橡胶行业胎面压出线上对胎面分选秤进行控制。它主要由材〔万一单片机构成的控制系统、前置重量变送器、设定装置、分选结果指示灯、计数器、打印机、电源等组成。前置变送器将压力传感器输出的毫伏级信号进行放大,并转换成脉冲信号,送至何一单片机控制系统进行数据处理,处理结果送显示器显示,同时与预先设置的重量范围进行比较,比较结果通过开出口送指示灯显示、计数器计数,并启动打印机对产量数据进行记录。

称重控制仪表有运行校验两种工作方式可供选择。当选用校验方式时,则进入静态正常显示。此时,将被称物放在秤台上,控制器将显示出被称物的重量,可对秤进行标定。当选用运行方式时,称重控制仪将进入动态称重分选控制状态。这时,称重控制仪表将根据秤台两端检测被称物位置的光电信号,确定胎面位置,进行动态称重分选控制。

我国用于分选秤的称重控制仪表多为进口称重仪表产品,而国内开发的产品大多都是从通用称重显示器演变过来的,没有专用的设定装置,多由显示器上的小键盘键入重量的分选范围,正常工作时,操作人员看不到设定值,直观性差,并且调整不方便。我们开发的称重控制仪借鉴了国外样机,在控制器的面板上设置了四个四位拨码开关,用于对重量分选范围进行设定。这四个拨码开关可按工艺要求细分成五段重量范围见图。四位数字的前两位代表整数,后两位则代表小数。在动态称重分选过程中,设定值可随时调整。在面板上设有每段重量相对应的指示灯和记数器。操作人员可根据上偏差和下偏差提供的重量变化趋势,及时调整胎面挤出口的压力,以控制胎面的重量。这样,就非常直观、方便。

六个六位记数器分别记忆称量良好、上偏差、下偏差、上超差、下超差、产量包括良好、上偏差、下偏差等数据。配有打印机,打印出产量等数据,方便于车间管理。

对上超差和下超差的不合格品,分选装置将自动启动予以剔除,并声音报警,提示操作人员注意。

该称重控制仪表不仅具有完善的动态称重分选控制功能,而且还具有零点自动跟踪、去皮、清零等功能,是一种高精度的通用显示仪表。

二、软件设计

整个系统的软件分为后台程序和前台程序。对于打印、数据处理、重量分选判别等实时性不是很高的内容,安排在后台工作而对于采集、定时等实时性要求较高的内容,则安排在前台。

软件设计采用模块化结构,按完成的任务分成多个功能模块,便于调试、扩充和移植。主程序简化框图如图所示。为完成静态称量和动态分选称量,本程序着重进行了功能设计和抗干扰设计。下面分别予以叙述。

功能设计

软件的功能设计主要是设计各种不同的功能模块,通过这些功能称重模块,完成各种实质隆的任务。

这些功能模块在系统监控程序管理下,按预定的工作方案完成静态称量或动态分选称量。

抗干扰设计

由于分选秤工作在工业环境下,现场有着各种干扰,影响秤的正常工作。所以,除采取硬件抗干扰措施外,软件抗干扰措施作为第二条防线也是非常重要的,并且是必不可少的。一个完善的软件系统,不仅要进行功能设计,而且也要进行抗干扰设计,以提高系统的可靠性。本系统采用了如下两种软件抗干扰措施

数字信号输入输出通道抗干扰

干扰信号多呈毛刺状,且作用时间短。根据这一特点,在采集重量信号时,可连续采集几次,直到连续两次采集的结果完全一样,这个信号才有效。若经几次采集,信号总是不一致,那么将放弃此次的信号采集。每次采集的最高次数限额和连续相同次数,可按实际需要调整。本程序中采集的最高限额次,两次连续相同即为有效采集。

对于输出通道,即使单片机给出正确的输出数据,但由于外部干扰,将使输出装置有可能得到错误的数据。在软件上,最为有效的抗干扰措施就是重复输出同一个数据。重复周期尽可能短些,使外部设备在接收到一个被干扰的错误信息后,还来不及作出有效的反应,一个正确的输出信息又来到了。这样,就可及时防止错动作。在本程序中,将输出放在定时中断中,可有效地防止输出误动作。

数字滤波对于采集到的重量信号,其内常含有随机干扰量,因此必须从数据系列中提取出逼近点实值的数据,得到一个可信度较高的结果。在软件中,常用的方法就是数字滤波。本程序分静态称量和动态分选称量。因称量方式不同,所采用的数字滤波方式也不一样。下面就两种称量方法所采取的不同的数字滤波方法分别予以说明。

①静态称量静态称量主要考虑的是系统的稳定性和精度。既要考虑稳定状态下的显示相对稳定,又要考虑加载时的快速响应。因此,对采集到的数据先要进行稳定性判别,然后才进行数字滤波处理。在数字滤波程序中,采用了滑动平均滤波技术,以提高滤波效果。其具体做法是每采样一次,顶掉一个最老的数据,再将这次的采样值和过去若干次的采样值一起求平均,所得的有效采样值即可投入使用。因此,这就提高了系统的实时性。采样次数的选取,对滤波效果影响很大。越大,效果越好,但却影响系统的动态响应。在本称重控制仪表中,为提高系统的稳定性和快速响应能力,稳定时取,不稳定时取。由于采用了有效的滤波方法,使系统的稳定性和精度以及加载响应速度都得到了大大提高。

②动态分选称量在动态称重分选称量时,胎面是以快速通过秤台的。胎面在秤台上的时间在秒以内,所以采样必须在秒钟内完成。这样,采样的次数受到了限制。另外,由于胎面快速通过秤台时会产生一定的振动,将对采样值造成干扰。因此,必须考虑选取哪些数据合理,以及采用何种数字滤波技术,来抑制干扰信号对称重的影响是非常重要的。

通过实际观测,分选秤的称重信号的动态数据是被称物处于秤台山位置时的数据。对于所采集到的个数据,均含有不同的干扰成分,因此就必须采用有效的滤波方法,以得到胎面重量的真值。

本程序采用的是复合滤波技术,即把两种以上的数字滤波方法结合起来使用,互补不足,提高滤波效果,以达到仅用单一滤波方法所不能达到的效果。这里采用的是去极值滤波法和算术平均值滤波法相结合的滤波方法。去极值滤波先将明显的脉冲干扰值剔除,不参加平均值计算,从而使平均滤波的输出值更接近于真实值。算法原理如下连续采样次,将其累加求和,同时找出其中的最大值和最小值,再从累加和中减去最大值和最小值,按一个采样值求平均,即得出有效的采样值。

从胎面到达秤台直至其离开分为三个阶段第一阶段即时间,段,是胎面从到达秤台直至其完全在秤台上的过程,重量信号在此期间逐渐上升第二阶段即时间九段,胎面完全在秤台上,这期间是称量段第三阶段即时间。段,是胎面离开秤台的过程,重量信号在此期间逐渐下降到零。在九称量段的开始与结束,称重信号受到的干扰相对重些。而在山段,即胎面在秤台的中间位置时,称重信号相对平稳。因此,选取△时间段的数据比较理想。利用置于秤台前端的光电开关启动称重控制仪表接收动态采样数据,并在山时间内完成采样。采样次数与采样速度有关,采样速度快,所采集的次数就高。光电开关的安装必须保证所采集到式中而一次采样值的算术平均值

为方便计算,采样次数一般选为、、之类的的整数幂加,以便用移位来代替除法。在本程序中,采用了边采样边处理,因此就不必在尺中开辟数据暂存区。经过数字滤波得到值,再进行去皮、标度变换等数据处理,得到可供显示,判别、打印的胎面重量值。

在第二个光电开关检测到胎面完全离开秤台后,启动零点跟踪子程序,采用大样本采样滑动平均值滤波技术,自动除皮重,为下个胎面的到来做好接收准备。

三、结束语

该称重控制仪表功能齐全,抗干扰能力强,不仅适用于橡胶行业的胎面分选控制,也适用于禽蛋、硬币、家禽、工业生产线等各种分选秤的控制。目前,我国一些厂家引进的分选秤,经过十几年的使用,有些称重控制仪已不能正常工作,急需更换。此外,还有一些厂家现仍使用着机械式分选秤,其速度和精度都不能满足生产需要,急需改造为电子分选秤。所以,该称重控制显示仪表在当今具有极为实用的推广价值。

 

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