다헤드 계량기용 계량 컨트롤러

저자: 스마트웨이그 멀티헤드 웨이터

1. 다헤드 계량기용 계량 제어기의 구성 및 기술 매개변수 다헤드 계량기는 일반적으로 사용되는 온라인 동적 계량 시스템으로, 주로 적재 벨트 컨베이어, 운반 장치, 선별 장비, 계량 제어기, 순중량 설정 장비 등으로 구성되며, 자동 식별, 동적 측정 검증 등의 특징을 갖습니다. 작동 중에는 수동 제어 없이 적재 벨트 컨베이어가 계량 대상 원자재를 자동으로 운반 장치로 이송합니다. 계량 플랫폼 양쪽에 설치된 두 개의 광학 검사 장치를 통해 계량 대상 원자재의 위치를 ​​파악하고, 설정된 장비에 따라 적절한 순중량 범위를 설정하여 선별 작업을 수행합니다. 컨베이어 속도에 맞춰 계량되는 원자재의 위치를 ​​일정하게 유지하기 위해 계량 제어 패널은 빠르고 정확하며 신뢰할 수 있어야 합니다.

계량 제어기는 가황 고무 분야의 트레드 압력 측정팀에서 트레드 멀티헤드 계량기를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이 제어기는 주로 51개의 단일 칩 마이크로컴퓨터, 전치 증폭기, 설정 장치, 측정 결과 표시 램프, 전자 계수기, 복사기, 스위칭 전원 공급 장치 등으로 구성된 자동 제어 시스템으로 이루어져 있습니다. 기본 원리 구조는 그림 1에 나타나 있습니다.

전치 증폭기는 작동 압력 센서에서 출력되는 밀리볼트 수준의 데이터 신호를 증폭하여 차동 신호로 변환한 후, CS-51 단일 칩 자동 제어 시스템으로 전송하여 데이터를 처리합니다. 설정된 순중량 범위와 비교하고, 비교 결과에 따라 디스플레이 램프의 점등 및 소등으로 정보를 표시하고, 전자 카운터로 카운트를 시작하며, 복사기를 작동시켜 생산 데이터를 기록합니다. 계량 컨트롤러는 작동 모드와 교정 모드 두 가지 모드를 제공합니다. 교정 모드를 선택하면 정적 데이터가 입력되고 정상적으로 정보가 표시됩니다.

이때, 계량할 물체를 계량 플랫폼에 올려놓으면 제어판에 계량 대상 물체의 순중량이 표시되고 저울을 교정할 수 있습니다. 작동 방식을 선택하면 계량 컨트롤러는 동적 계량 및 선별 작업 모드로 진입합니다. 이때 계량 컨트롤러는 계량 플랫폼 양쪽에 있는 계량 대상 부품의 광학 데이터 신호를 확인하고, 마모된 부품을 식별하여 동적 계량 및 선별 작업을 수행합니다.

우리나라에서는 멀티헤드 계량기에 사용되는 계량 컨트롤러가 대부분 수입품이며, 중국에서 개발 및 설계된 제품들은 대부분 범용 계량 디스플레이를 개량한 것에 불과합니다. 순중량 선별 범주는 키보드로 입력하는데, 정상적으로 작동할 경우 실제 작업자가 설정값을 확인할 수 없고, 화질이 좋지 않아 조정이 불편합니다. 당사에서 개발 및 설계한 계량 컨트롤러는 해외 제품을 모방하여 제어반의 컨트롤 패널에 4개의 4단 DIP 스위치를 장착하여 순중량 선별 범위를 설정할 수 있도록 했습니다. 이 4개의 DIP 스위치는 가공 기술에 따라 5개의 순중량 범주로 세분화할 수 있습니다(그림 2 참조).

네 자리 데이터의 앞 두 자리는 정수를 나타내고, 뒤 두 자리는 소수를 나타냅니다. 동적 계량 및 선별 과정 전체에서 사전 설정된 값은 언제 어디서든 조정할 수 있습니다. 제어판에서 각 순중량에 해당하는 표시 램프와 카운터를 설정하십시오.

실제 작업자는 상한 오차와 하한 오차로 나타나는 순중량 추세 분석을 통해 트레드 압출 입구의 작동 압력을 즉시 조정하여 트레드의 순중량을 제어할 수 있습니다. 이러한 방식은 시각적으로 매우 편리합니다. 6자리 레지스터 6개 각각에는 양품 계량, 상한 오차, 하한 오차, 상한 편차, 하한 편차, 생산량(양품, 상한 오차, 하한 오차 포함) 등의 데이터가 표시됩니다.

이 장비는 생산 라인의 출고 내역 등 데이터와 정보를 복사할 수 있는 복사기가 내장되어 있어 생산 현장 관리에 편리합니다. 상한 편차와 하한 편차를 초과하는 불량품이 발생할 경우, 선별 장비가 자동으로 작동하여 해당 제품을 제거하고 경보음을 울려 현장 작업자에게 주의를 환기시킵니다. 계량 컨트롤러는 음성으로 정확한 계량 및 선별 작업을 수행할 뿐만 아니라, 영점 자동 추적, 박리, 영점 초기화 등의 기능도 갖춘 고정밀 범용 계측기입니다.

주요 성능 매개변수는 다음과 같습니다. 디스플레이 화면: 4자리 7세그먼트 LED 디지털 디스플레이. 디스플레이 화면 해상도: 3억 화소 이상. 센서 지원 스위칭 전원 공급 장치: DC15V. 16핀 프린터 인터페이스 1개. 작동 온도: 10~40℃. 전원 공급 시스템 스위칭 전원 공급 장치: AC380V 0Hz. 둘째, 소프트웨어 개발. 모든 시스템 소프트웨어는 백그라운드 작업과 수신 프로그램 흐름으로 나뉩니다. 복사, 데이터 처리 방법, 순중량 검사 및 식별과 같이 실용성이 떨어지는 내용은 백그라운드 관리 작업에 할당되고, 수집, 시간 실행 등 실용성이 높은 내용은 수신 담당자에게 할당됩니다. 소프트웨어 개발은 ​​모듈식 설계 구조를 채택하여 일상적인 작업에 따라 여러 프로그램 모듈로 나누어 조정, 확장 및 이식이 용이하도록 했습니다.

소스 프로그램의 간략화된 프레임 다이어그램은 그림 3에 나와 있습니다. 정적 데이터 가중치 부여 및 동적 선별 및 가중치 부여를 수행하기 위해 프로그램 흐름은 주로 기능 분석 및 간섭 방지 설계를 수행합니다. 각각에 대한 설명은 아래에 있습니다.

1. 기능 분석 모바일 소프트웨어의 기능 분석은 주로 다양한 프로그램 모듈을 설계하고, 이 프로그램 모듈에 따라 다양한 필수 일상 작업을 수행하는 것입니다. 이 프로그램 흐름에서 모바일 소프트웨어가 수행하는 주요 기능은 다음과 같습니다. 영점 자동 추적, 박리, 영점 교정, 데이터 수집, 타이밍 실행, 키 읽기 및 설정, 작동/확인 변환, 복사, 작동 방식에 따른 표시 정보 값 잠금 해제. 시스템 모니터링 프로그램의 관리 하에, 이 프로그램 모듈은 미리 정해진 실행 계획에 따라 정적 데이터 계량 또는 동적 검사 및 계량을 수행합니다.

2. 간섭 방지 설계 방안 다중 헤드 계량기는 산업 생산 현장의 자연 환경에서 작동하기 때문에 현장에서 다양한 영향 요인에 노출되어 계량기의 정상적인 작동을 위협받을 수 있습니다. 따라서 하드웨어 구성의 간섭 방지 대책 외에도 2차 방어선으로서 휴대폰 소프트웨어의 간섭 방지 대책이 매우 중요하고 필수적입니다. 안정적인 시스템 소프트웨어는 기능 분석뿐 아니라 간섭 방지 설계 방안을 포함하여 시스템 소프트웨어의 신뢰성을 향상시켜야 합니다.

시스템 소프트웨어는 휴대폰 소프트웨어에 대해 다음과 같은 두 가지 간섭 방지 대책을 선택합니다. (1) 아날로그 신호 I/O 안전 채널의 간섭 방지 전자기 간섭은 대부분 버(burr) 형태이며 효과 지속 시간이 짧습니다. 이러한 특성에 따라 순중량 데이터 신호를 수집할 때, 연속적인 두 번의 수집 결과가 완전히 동일해질 때까지 여러 번 연속적으로 수집할 수 있으며, 이 경우 데이터 신호는 합리적인 것으로 간주됩니다. 여러 번 수집 후에도 데이터 신호가 일치하지 않으면 현재 데이터 신호 수집은 폐기됩니다.

각 데이터 수집의 최대 빈도 제한과 연속 동일 빈도는 특정 요구 사항에 따라 조정할 수 있습니다. 이 프로그램 흐름에서 수집되는 최대 횟수는 4회이며, 2회 연속 수집도 적절한 횟수입니다. 출력 안전 채널의 경우, MCU가 적절한 출력 데이터 정보를 얻도록 설계되었더라도 외부 영향으로 인해 출력 장치가 잘못된 데이터 정보를 얻을 수 있습니다.

휴대폰 소프트웨어에서 보다 합리적인 간섭 방지 대책은 동일한 데이터 정보를 반복적으로 출력하는 것입니다. 반복 주기는 최대한 짧게 설정하여, 오류 보고를 수신한 주변 장치가 적절한 대응을 할 틈도 없이 적절한 출력 정보가 ​​다시 도착하도록 합니다. 이렇게 하면 잘못된 자세를 즉시 방지할 수 있습니다.

이 프로그램 흐름에서 출력은 타이밍 실행 인터럽트에 배치되어 출력 오류 동작을 합리적으로 방지할 수 있습니다. (2) 디지털 필터링은 수집된 순중량 데이터 신호를 대상으로 하며, 이는 종종 임의적인 영향을 받기 때문에 데이터 정보 시리즈 제품에서 해당 지점의 실제 값에 가까운 데이터 정보를 얻고 높은 신뢰도를 가진 결과를 얻어야 합니다. 휴대폰 소프트웨어에서 일반적인 방법은 디지털 필터링입니다.

이 프로그램 흐름은 정적 데이터 계량과 동적 스크리닝 계량으로 나뉩니다. 계량 방식이 다르기 때문에 선택되는 디지털 필터링 방식도 다릅니다. 두 가지 계량 방식에 적용되는 서로 다른 디지털 필터링 방식은 아래에 각각 표시되어 있습니다.

¹정적 데이터 계량: 정적 데이터 계량의 핵심 고려 사항은 시스템 소프트웨어의 신뢰성과 정확성입니다. 안정적인 조건에서 표시되는 정보의 상대적 안정성과 적재 시 빠른 응답 속도를 고려해야 합니다. 따라서 수집된 데이터 정보의 신뢰성 검증을 먼저 수행한 후 디지털 필터링 솔루션을 적용해야 합니다.

디지털 필터링 절차에서 이동평균 필터링 기법을 적용하여 실제 필터링 효과를 향상시켰습니다. 구체적인 방법은 다음과 같습니다. 샘플링을 수행할 때마다 가장 오래된 데이터 정보 중 하나를 제거하고, 해당 시점의 샘플링 값과 이전 여러 시점의 샘플링 값을 평균하여 최적의 샘플링 값을 도출합니다. 따라서 시스템 소프트웨어의 사용 편의성이 향상됩니다.

샘플링 주파수 N의 ​​선택은 필터링의 실제 효과에 큰 영향을 미칩니다. N이 클수록 실제 효과는 좋아지지만 시스템 소프트웨어의 동적 응답성이 저하될 수 있습니다. 본 계량 제어기에서는 시스템 소프트웨어의 신뢰성과 빠른 응답성을 향상시키기 위해 안정 상태일 때는 N을 32로, 불안정 상태일 때는 8로 설정했습니다.

합리적인 필터링 방식을 선택함으로써 시스템 소프트웨어의 신뢰성과 정확성, 그리고 로딩 응답 시간이 더욱 향상되었습니다. 동적 선별 및 계량: 동적 선별 및 계량에서는 발판이 계량 플랫폼에 빠르게 올려집니다. 발판이 1.5초 이내에 저울 위에 올라가므로 샘플링은 1초 이내에 완료되어야 합니다.

이러한 방식으로 샘플링 주파수가 제한됩니다. 또한, 발판이 계량 플랫폼에 빠르게 맞춰질 때 발생하는 진동이 샘플링 값에 영향을 미칩니다. 따라서 어떤 데이터 정보가 유효한지, 그리고 전자기 간섭의 심한 대칭성으로 인한 피해를 억제하기 위해 어떤 디지털 필터링 기술을 선택할지 고려하는 것이 매우 중요합니다.

구체적인 관찰 결과에 따르면, 다헤드 계량기의 계량 데이터 신호 파형은 그림 5와 같습니다. 그림에서, 트레드가 계량 플랫폼에 도달하는 시점부터 플랫폼을 떠나는 시점까지는 세 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계는 시간 t 구간으로, 트레드가 계량 플랫폼에 도달하여 플랫폼 위에 완전히 올라설 때까지의 전체 과정입니다. 이 단계에서 순중량 데이터 신호가 나타납니다. 두 번째 단계는 트레드가 계량 플랫폼 위에 완전히 올라선 시점으로, 이 기간이 계량 단계입니다. 세 번째 단계는 시간 t 구간으로, 트레드가 계량 플랫폼을 떠나는 전체 과정이며, 이 기간 동안 순중량 데이터 신호는 서서히 감소하여 0이 됩니다.

9개의 계량 구간 중 시작과 끝 부분에서 계량 데이터 신호가 상대적으로 큰 영향을 받습니다. 반면, 산악 구간, 즉 발판이 계량 플랫폼 중앙에 위치할 때는 계량 데이터 신호가 비교적 안정적입니다. 따라서 Δt 시간 범위의 데이터 정보를 선택하는 것이 더 이상적입니다.

설치된 저울을 이용하여 광전 스위치 끝까지 이동하여 계량 컨트롤러를 작동시키고 동적 샘플링 데이터 정보를 수신합니다. 샘플링은 산악 시간 내에 수행됩니다. 샘플링 주파수 N은 샘플링 속도와 관련이 있습니다. 샘플링 속도가 빠를수록 수집 주파수 N이 높아집니다. 광전 스위치 설치 시, 수집된 시각 데이터가 계량 대상 물체가 웨이타이산에 위치할 때의 데이터 정보인지 확인해야 합니다.

수집된 N개의 데이터 정보는 모두 서로 다른 영향 요소를 가지고 있으므로, 트레드 순중량의 실제 값을 얻기 위해서는 적절한 필터링 방법을 선택해야 합니다. 본 연구에서는 복합 필터링 기술을 적용하여, 두 가지 이상의 디지털 필터링 방법을 결합하여 적용함으로써 단일 필터링 방법으로는 얻을 수 없는 실제 필터링 효과를 극대화합니다. 이를 위해 최대값 필터링 방법과 산술 평균 필터링 방법을 결합한 방법을 선택했습니다.

디맥스마 필터링은 먼저 중요한 단일 펄스 영향 값을 제거하고 평균값 계산에 포함되지 않도록 하여 평균 필터링의 출력값이 실제 값에 더 가깝도록 합니다. 최적화 알고리즘의 기본 원리는 다음과 같습니다. N번 샘플링을 반복하고 누적하여 최댓값과 최솟값을 찾습니다. 그런 다음 누적값에서 최댓값과 최솟값을 빼고 N번의 샘플링 값 중 하나 또는 두 개의 평균값을 계산하여 합리적인 샘플링 값을 얻습니다. 복합 필터링 절차의 흐름도는 그림 5의 계량 데이터 신호 파형도에 나타나 있습니다. 발판이 계량 플랫폼에 도착하는 시점부터 출발하는 시점까지 세 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계는 시간 t 구간으로, 발판이 계량 플랫폼에 도착하는 시점입니다. 발판이 플랫폼에 완전히 올라설 때까지의 전체 과정에서 순중량 데이터 신호는 이 기간 동안 서서히 상승합니다. 두 번째 단계는 시간 구간 t 구간으로, 발판이 계량 플랫폼에 완전히 올라선 시점이며, 이 기간이 계량 구간입니다. 세 번째 단계, 즉 시간 t입니다.

해당 구간은 타이어 트레드가 계량 플랫폼을 떠나는 전체 과정이며, 이 기간 동안 순중량 데이터 신호는 서서히 0으로 감소합니다. 9개의 계량 구간 중 시작과 끝 부분에서 계량 데이터 신호에 상대적으로 큰 영향이 나타납니다. 반면, 타이어 트레드가 계량 플랫폼 중간에 위치하는 산악 구간에서는 계량 데이터 신호가 비교적 안정적입니다.

따라서 Δt 시간 간격의 데이터 정보를 선택하는 것이 더 이상적입니다. 설치된 저울을 이용하여 광전 스위치 끝까지 이동하여 계량 컨트롤러를 작동시켜 동적 샘플링 데이터 정보를 수신하고, 해당 시간 간격 내에서 샘플링합니다. 샘플링 주파수 N은 샘플링 속도와 관련이 있습니다. 샘플링 속도가 빠를수록 수집되는 주파수 N이 높아집니다.

광전 스위치 설치 시 수집된 값들의 산술 평균이 공식에 정확하게 반영되도록 해야 합니다. 여기서 N은 두 샘플링 값의 산술 평균이고, w는 i번째 샘플링 값이며, N은 샘플링 주파수입니다. 계산의 편의를 위해 샘플링 주파수는 일반적으로 2의 정수 제곱(2+2)과 같이 6, 10, 18과 같은 값으로 선택하며, 이는 나눗셈 대신 시프트 연산을 사용하기에 편리합니다. 이 프로그램 흐름에서는 샘플링과 동시에 해를 구하므로, 측정기 AM에 데이터 정보 저장 영역을 따로 개발할 필요가 없습니다.

디지털 필터링 후 W 값을 얻고, 박리 및 평균 오차 변환과 같은 데이터 처리 과정을 거쳐 표시 정보, 식별 및 복사를 위한 트레드 순중량 값을 얻습니다. 두 번째 광전 스위치가 트레드가 계량 플랫폼에서 완전히 벗어났음을 감지하면 영점 추적 조립기를 시작하고, 대량 샘플을 선택하여 평균 필터 기술을 적용한 후 자동으로 용기 무게를 제거하여 다음 트레드 도착을 위한 사전 준비를 합니다. 3. 결론 이 계량 컨트롤러는 완벽한 기능과 강력한 간섭 방지 기능을 갖추고 있습니다. 가황 고무 분야의 트레드 선별 작업뿐만 아니라 계란, 동전, 가축 및 산업 생산 라인과 같은 다양한 멀티헤드 계량기의 작동에도 적합합니다.

현재 우리나라 일부 제조업체에서 도입한 멀티헤드 계량기는 10년 이상 사용되어 왔습니다. 일부 계량 컨트롤러는 더 이상 정상적으로 작동하지 않아 교체가 시급한 상황입니다. 또한, 생산 및 제조에 필수적이지 않은 페달식 멀티헤드 계량기를 여전히 사용하는 제조업체도 있습니다. 따라서 계량 컨트롤러는 오늘날 매우 유용한 판촉 가치를 지니고 있습니다.

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