Hochpräzise und intelligente elektronische Mehrkopfwaage

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

1 Einleitung Mit der rasanten Entwicklung moderner elektronischer Informationstechnologien finden elektronische Mehrkopfwaagen breite Anwendung in verschiedenen Wirtschaftszweigen. Funktionen wie Formelberechnung sind bei Anwendern sehr gefragt. Das Herzstück intelligenter elektronischer Mehrkopfwaagen bilden zwei zentrale Systemsoftwarekomponenten: das Inspektions- und Datenverarbeitungssystem sowie die Benutzeroberfläche für die Mensch-Computer-Interaktion. Die Messergebnisse werden übersichtlich dargestellt und können von jedem Benutzer eingesehen und kopiert werden. Dieser Artikel beschreibt detailliert den Inspektionsbereich der Systemsoftware, einschließlich der automatischen Kalibrierung der Sensor-Stromversorgungsschaltung. Er erläutert das Designkonzept für die Sensorkalibrierung und die zugehörige Dual-CPU-Steuerung. 2 Gesamtkonzept für die Systemkommunikation. Die Entwicklung intelligenter Systemsoftware ist ein zentrales Forschungsfeld. Das Überwachungssystem der Mehrkopfwaage besteht im Wesentlichen aus Sensor-Operationsverstärker, Datenerfassung (Analog/Digital-Wandlung), Stromversorgungsschaltung, Zwischensteuerkomponenten, Rückkopplungs-Stromversorgungsschaltung, externer Kompensation und Schaltnetzteil.

Die Funktion der Stromversorgungsschaltung besteht darin, den Nettogewichtswert anhand der Widerstandsmessung des Dehnungsmessstreifens durch die leicht variable Arbeitsspannung zu ersetzen und diese auf die vom entsprechenden Analog/Digital-Wandlerchip akzeptierten Arbeitsspannungsdaten zu erhöhen. Das Signal wird durch die A/D-Wandlung verarbeitet. Systemfehler des Bedienfelds werden hauptsächlich durch diesen Teil verursacht, daher ist dessen Auslegung entscheidend für die Präzision der gesamten Systemsoftware. Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ist nicht für den Betrieb der Systemsoftware zuständig, sondern führt Datenverarbeitung, automatische Kalibrierung, automatische Transformation und den Austausch von Übertragungsgeräten durch. Die Stromversorgungsschaltung, die Anweisungen und Datenübertragung zwischen CPU und Systemsoftware durchführt, gewährleistet eine optimale Stromversorgung und -verteilung für den reibungslosen Betrieb der Systemsoftware und stellt ein hochwertiges Brückenschaltnetzteil bereit. 3 Hardwareentwicklung Die Hardwareentwicklung des elektronischen Waagenüberwachungssystems umfasst drei Komponenten: Operationsverstärker, Analog/Digital-Wandler-Stromversorgungsschaltung und CNC-Werkzeugmaschinenwiderstände. Der verwendete integrierte Operationsverstärker-Chip AD525C ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Ausgangs-Temperaturdrift-Betriebsspannung sollte unter 25 V liegen. Die Temperaturdrift-Betriebsspannung sollte unter dem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMR) von ca. 90 dB liegen, wenn die Gesamtverstärkung größer als die eines großen diskreten Systems ist. 0,003^ (bei G=1). Als Verstärker enthält der AD524 hochpräzise Widerstände für tt1WG=1, 10, 100 und 1000 Ω. Um die Verstärkung zu realisieren, wird der JWRG2-Anschluss des Verstärkers vergrößert und der Multiplikator-Auswahlpin vorab verbunden (RG1 ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht angeschlossen). Außer bei dieser Art von internem Anpassungsverfahren, wenn der angegebene Verstärkungswert zwischen 1 und 100 liegt.

Bei fortgesetztem Übergang bietet der AD524 eine weitere Möglichkeit zur Verstärkungsregelung. Ein Schieberegler RG verbindet den Anschluss RG2 des AD524-Prozessorchips mit Pin 16 (RGD). Der Widerstandswert RG entspricht RG = 40 kΩ / (Gl) 3,2 kΩ. In dieser Schaltung kommt der 14-Bit-S1-Analog/Digital-Wandler MAX194 von MAXIM zum Einsatz. Der Prozessorchip verfügt über einen kapazitiven SPWM-DAC, einen Abtastgeber, 10 Kalibrierungs-DACs sowie serielle Kommunikation und Steuerung. Er zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, Präzision und geringen Stromverbrauch aus. Die interne Kalibrierungsschaltung gleicht Linearität und Offset-Differenz aus und kann ohne externe Anpassung eingestellt werden. Alle 18 festen Leistungsparameter bleiben innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs erhalten. Dank der seriellen Kommunikation lässt sich der IB direkt mit den meisten Steuerplatinen verbinden, was die Systemsoftware erheblich vereinfacht. Darüber hinaus simuliert es analoge Schaltnetzteile und Datenschaltung. Die Trennung der Stromversorgung reduziert zudem die Beeinträchtigung durch Daten-Rausch-Kopplung erheblich. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören: eine Bildschirmauflösung von 14 Bit, eine Abweichung des integral-diskreten Systems von 0,33 % und ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von 82 dB (einschließlich verlorener Frames). Bei einer Referenzbetriebsspannung von +9 V ändert sich die Ausgabedatenlautstärke von OOOOH auf 3FFFH, wenn die Eingangsbetriebsspannung von 0 auf 9 V oder von 5 auf +9 V wechselt. Die Änderung des Widerstandswerts wird über einen vorprogrammierten Ablauf gesteuert. Dieses Design verwendet den nichtflüchtigen CNC-Werkzeugmaschinenwiderstand X9241 der Xicor Corporation. Er besteht aus vier Widerstandsarrays mit jeweils 63 Widerstandsmodulen. In der Mitte jedes Moduls und an zwei Knoten befinden sich Abgriffe, die per Drag & Drop angesteuert werden können. Die Position des Drag-Moduls im Array wird vom Kunden über die serielle Zweidraht-Busschnittstelle gesteuert. Die detaillierte Adresse der physischen Komponente wird durch die Tasten A0 bis A3 definiert. Der X9241 vergleicht die Datenflussanalyse der seriellen Kommunikation mit dem Status des detaillierten Adresseingangs. Sind alle vier Adressbits korrekt, sendet er eine Antwort, die die Auswahl signalisiert. Jeder X9241 verfügt über vier Widerstandsarrays, sodass die beiden I/O-Leitungen der CPU insgesamt bis zu 64 Widerstandsarrays ansteuern können. Jedes Widerstandsarray ist mit einem Drag-Terminal-Register (WCR) und vier 8-Bit-Registeradressen verknüpft, die vom Kunden gelesen und geladen werden können.

Der Inhalt des Drag-Terminal-Zählspeichers (WCR) manipuliert das Bit JL des Drag-Terminals im Widerstandsarray. In der Befehlsstruktur des X9241 gibt es neben dem Lese-/Schreibspeicher und dem Befehl zum Datentransfer zwischen den Speichern auch einen Befehl, der den Drag-Terminal (WCR) iS/minus um eine minimale Einheit verschiebt: INC-WIPER. Bei jeder Ausführung von INC-WIPER verschiebt der Drag-Terminal ein Widerstandsmodul von 63. Dies verdeutlicht den Ablauf des Nullpunktabgleichprogramms und bietet großen Komfort. Vier Systemprinzipien: 1) Reset: Nach dem Einschalten der Systemsoftware wird zunächst ein Reset durchgeführt. Wenn keine Systembefehle über die Bedienoberfläche (HCI-Seite) vorliegen, lädt die Systemsoftware bei jedem Kalibrierungsstart das Statuswort aus dem EEPROM und führt eine Identifizierung durch. Anschließend werden die Hauptparameter wie die ursprüngliche Voreinstellung, die Methode des sicheren Kanals, der Basiswert und die Verstärkungseinstellung vor dem Standby-Modus automatisch aktiviert. Danach gibt die CPU den Befehl, den Mehrkanal-Analogschalter AD7502 auf den vierten sicheren Kanal umzuschalten, und die Eingänge ① und ② des Instrumenten- und Geräteverstärkers AD524 werden aktiviert. Bei Kurzschluss regelt die CPU den Widerstand der CNC-Werkzeugmaschine gemäß dem vorprogrammierten System. Der Widerstandswert des 10-kΩ-Widerstands im Gerät X9241 wird geändert, und die automatische Nullpunktjustierung des Verstärkungsmessers der speicherprogrammierbaren Steuerung wird durchgeführt. 2) Sensorjustierung: Sobald der Bediener feststellt, dass die elektronische Mehrkopfwaage unbelastet ist, wird der Befehl zur Sensornullpunktjustierung über die Benutzeroberfläche abgerufen. Die CPU empfängt die von der Benutzeroberfläche übermittelten Informationen per serieller Kommunikation, identifiziert die Gruppennummer des zu justierenden Sensors, justiert den entsprechenden Widerstand X9241 der CNC-Werkzeugmaschine, führt jeweils eine Grundjustierung und eine Feinjustierung durch, und der Stromkreis führt die automatische Nullpunktjustierung des Sensors durch. 3) Systemsoftware-Nullpunktabgleich: Nachdem die CPU den Verstärkungswert des Verstärkers und gegebenenfalls den Sensor der programmierbaren Steuerung angepasst hat, erfasst die CPU den verbleibenden Restspannungswert des Nullpunkts gemäß dem A/D-Wandler MAX194 und speichert ihn im EEPROM. * Warten Sie, bis alles normal ist. Subtrahieren Sie diesen Wert beim Wiegen des Kindes erneut. „Wenn sich die Umgebungsbedingungen stark ändern und die CPU keinen Nullpunktkorrekturbefehl empfängt, kann der Kunde diesen jederzeit und überall über die interaktive Benutzeroberfläche der Maschine erteilen, sodass die elektronische Mehrkopfwaage neu kalibriert wird. Zusätzlich korrigiert der MAX194 automatisch innerhalb von 50 ms nach jedem Einschalten den durch den A/D-Wandler verursachten Nullpunktfehler. Die CPU kann den A/D-Wandler MAX194 auch zur eigentlichen Korrektur nutzen. Generell verfügt diese elektronische Mehrkopfwaage über eine automatische und Echtzeit-Nullpunktkorrektur dank exzellenter Systemsoftware“, um hochpräzise Wägeergebnisse zu gewährleisten. #4) Sensorreaktionsfunktion. Diese Systemsoftware verfügt über eine einzigartige Sensorreaktionsfunktion, die einen sehr breiten Messbereich von wenigen Kilogramm bis zu mehreren Dutzend Tonnen abdeckt. Die Schlüsseltechnologie ist die programmierbare Steuerung. Wenn der Kunde je nach Anwendungszweck einen bestimmten Sensortyp im Messbereich auswählt oder der Sensor aufgrund von Fehlern oder Änderungen ausgetauscht wird, … Im Produktionsprozess müssen die Fachtechniker der Engineering-Projekte (oder der Kunde) lediglich den Sensor mit der Systemsoftware verbinden, gemäß der Seite zur Mensch-Computer-Interaktionstechnologie den Befehl und den Anwendungsbereich eingeben und die Standard-KG- oder Tonnenkomponente (fehlender Code) in die Wiegeplatte der Systemsoftware einlegen. Anschließend liest der A/D-Digitalwandler den Wert von mV/kg oder mV/t als Basiswert und speichert ihn im EEPROM der Systemsoftware zur Verwendung beim Wiegen.

Darüber hinaus berechnet und klärt die CPU den Verstärkungswert des programmierbaren Controllers (SPS) und des Geräteverstärkers AD524 anhand des Basiswerts und der Hauptparameter des Messbereichs, die von der Software des Mensch-Computer-Interaktionssystems (HCI) übertragen werden. Die CPU steuert den 2-kΩ-Widerstand im digitalen Potentiometer X9241 an. Dadurch arbeitet der SPS-Verstärker gemäß dem neuen Verstärkungswertstandard, und die Kalibrierung des Messbereichs des Messumformers wird durchgeführt. Neben dem Nettogewicht des Wiegeobjekts umfasst die Information auch eine Reihe von Funktionen wie die Einstellung des Sicherheitskanals, des Basiswerts, der Unternehmenseinstellungen, der Verstärkungswerteinstellung, die automatische Nullpunktkorrektur und die Speicherung der Standardeinstellungen. 5.1 Hauptprogrammierung: Die Funktionen des elektronischen Mehrkopfwaagen-Überwachungssystems werden vom Kunden über das Bedienfeld in der HCI-Software aktiviert. Daher gelten für das Überwachungssystem und die interaktive Systemsoftware die folgenden Protokolle: Jede Funktion der technischen Systemsoftware ist einem Byte, dem sogenannten Befehlswort, zugeordnet. Wenn das Bedienfeld eine bestimmte Funktion ausführt, wird das entsprechende Befehlswort von der Software des Mensch-Computer-Interaktionssystems gesendet und vom Überwachungssystem über die serielle Schnittstelle empfangen (da das Prüfsystem eine Wägung durchführen und das Ergebnis der tatsächlichen Ausführung nur über die serielle Schnittstelle, nicht aber über eine Abfrage, empfangen werden kann). Anschließend wird die Anweisung „Gehe zum entsprechenden Service-Item-Assembler“ ausgeführt.

Zusätzlich wird das Befehlswort in den EEPROM geladen und dient nach der Kalibrierung als zu ladender Zustand. Der EEPROM wird im Programmablauf aktualisiert und das EEPROM-Statuswort nach Rückkehr zum Anfang des unabhängigen Programmablaufs erneut geladen. Nach jedem Systemstart und jeder Hauptparameter-Rücksetzung wird die automatische Nullpunktjustierung des Verstärkers einmalig durchgeführt. Das Quellprogramm muss nach jeder Beendigung des Leitungsports die Zykluswiederholung abbrechen und von vorn beginnen. Der Wartepunkt des Beendigungsprogrammablaufs ist die Rückkehr zum ursprünglichen Ort der Bereinigung. Daher wird ein zusätzliches Flag-Bit 7QH gesetzt, um zu erkennen, ob die Beendigungsunterbrechung aktiviert ist oder nicht. Tritt dieser Fehler auf, springt das System aus dem Wiegezyklus und setzt die Hauptparameter zurück.“ 5.2 Unterprogrammierung – 5. Der XI-Verstärker wird auf die Hälfte des Assemblers eingestellt. Zuerst wählt die CPU den 4. Kanal der Mehrkanal-Formöffnung aus. Dadurch werden die beiden Eingangsanschlüsse des Verstärkerchips kurzgeschlossen, das Eingangsspannungssignal ist null und die Verstärkung wird durchgeführt. Der Ausgabewert des Messgeräts wird über die Wechselspannung angepasst. Legen Sie den Schleppkopf des X9241 an den festen Anschluss des Verstärkerausgangs mit positiver Vorspannung an, d. h. senden Sie OOH^ an den gegenüberliegenden WCRC-Schleppanschluss (Zählspeicher) und aktivieren Sie dann die A/D-Wandlung. Der Programmablauf besteht darin, die erhaltenen Dateninformationen (mehr als 1FFFH) und 1FFFH zu addieren und zu subtrahieren (1FFFH ist der Ausgabedatenbetrag, wenn die Arbeitsspannung des ADCMAX194 den Eingangsfluss von Null simuliert). Es wird ermittelt, ob die Differenz eine positive Zahl ist. Wenn ja, wird die Zahl um WCR plus KA/D erhöht und der tatsächliche Betrieb durchgeführt. Addition und Subtraktion, bis die Differenz null ist oder der Vorgang abgebrochen wird, sobald das Ergebnis von positiv auf negativ wechselt. 5-2.2 Programmablauf des Sensors Sm: Programmierung der Nullpunktkorrektur und des Verstärkers des Sensors. Das Konzept der Nullpunktkorrektur ist ähnlich. Die Differenz hängt davon ab, ob die CPU den Wert zuerst im WCR (Working Control Record) festlegen muss, sondern sofort eine A/D-Wandlung durchführt, um den Ausgabewert des Datenvolumens und die Größe von 1FFFH zu bestimmen. Wenn der Wert überschritten wird, wird der WCR aufgerufen und schrittweise um 1 erhöht. Anschließend wird der WCR erneut aufgerufen und schrittweise um 1 verringert.

Hier wird der WCR-Wert in einem der beiden Assembler schrittweise geändert, bis der A/D-Ausgang und 1FFFH in Kürze beendet werden. 5.2.3 Programmablauf für die Basiswerteinstellung: Wählen Sie die Basiswerteinstellung im Bedienfeld der interaktiven Technologiesystemsoftware aus und halten Sie die Taste gedrückt. Die CPU des Überwachungssystems kann nun aufgrund des empfangenen Datensignals der Anwendungskommunikation zum Assembler für die Beendigungslösung wechseln und die Annahme im Assembler für die Beendigungslösung bestätigen. Senden Sie anschließend das Systembefehlswort und wechseln Sie in den Assembler für die Basiswerteinstellung.

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