Controlador de pesagem para balança multicabeças

Autor: Smartweigh– Balança Multicabeças

1. Composição e parâmetros técnicos do controlador de pesagem para balança multicabeças. A balança multicabeças é um sistema de pesagem dinâmica online comumente utilizado, composto principalmente por esteira transportadora, transportador, equipamento de triagem, controlador de pesagem, equipamento de ajuste de peso líquido e outros componentes, com características como identificação automática, verificação dinâmica de medição e outras. Durante a operação, sem controle manual, a esteira transportadora envia automaticamente a matéria-prima a ser pesada para o transportador. Através de dois sensores ópticos localizados em ambos os lados da plataforma de pesagem, a posição da matéria-prima é identificada e o equipamento de ajuste define previamente a faixa de peso líquido adequada para a triagem. Para manter a matéria-prima na balança de acordo com a velocidade da esteira, é essencial que o painel de controle de pesagem seja rápido, preciso e confiável.

O controlador de pesagem é utilizado para controlar a balança multicabeças da banda de rodagem na equipe de pressão da banda de rodagem na indústria de borracha vulcanizada. É composto principalmente por um sistema de controle automático com 51 microcontroladores de chip único, um pré-amplificador, um dispositivo de ajuste, uma lâmpada de exibição do resultado da pesagem, um contador eletrônico, um copiador, uma fonte de alimentação chaveada, entre outros. Seu princípio básico de funcionamento é mostrado na Figura 1.

O pré-amplificador amplia o sinal de dados de nível milivolt emitido pelo sensor de pressão de trabalho, converte-o em um sinal diferencial e o envia para o sistema de controle automático de chip único CS-51 para processamento de dados. A faixa de peso líquido definida é comparada e o resultado da comparação é baseado na exibição das informações pelo acendimento e apagamento da lâmpada do visor, na contagem eletrônica e no acionamento da copiadora para registrar os dados de produção. O controlador de pesagem possui dois modos de operação: operação e calibração. Quando o método de calibração é selecionado, ele insere os dados estáticos e exibe as informações normalmente.

Neste momento, coloque o objeto a ser pesado na plataforma de pesagem. O painel de controle exibirá o peso líquido do objeto e a balança poderá ser calibrada. Ao selecionar o método de operação, o controlador de pesagem entrará no modo de pesagem e triagem dinâmica. Nesse momento, o controlador verificará os sinais ópticos das peças a serem pesadas em ambos os lados da plataforma de pesagem, identificará as partes com banda de rodagem e realizará as operações de pesagem e triagem dinâmica.

No meu país, os controladores de pesagem usados ​​em balanças multicabeçais são, em sua maioria, produtos importados, e a maioria dos produtos desenvolvidos e projetados na China são derivados de displays de pesagem de uso geral. A categoria de peso líquido a ser selecionada é inserida pelo teclado. Quando tudo está funcionando normalmente, o operador não consegue visualizar o valor predefinido, a imagem é de baixa qualidade e o ajuste é inconveniente. O controlador de pesagem desenvolvido e projetado por nós imita os modelos estrangeiros, e quatro chaves DIP de quatro posições são configuradas no painel de controle da placa para definir a faixa de peso líquido a ser selecionada. As quatro chaves DIP podem ser subdivididas em cinco categorias de peso líquido de acordo com a tecnologia de processamento (veja a Figura 2).

Os dois primeiros dígitos dos dados de quatro dígitos representam um valor inteiro, e os dois últimos dígitos representam um valor decimal. Durante todo o processo de pesagem e triagem dinâmica, o valor predefinido pode ser ajustado a qualquer momento e em qualquer lugar. Configure as lâmpadas e contadores correspondentes para cada peso líquido no painel de controle.

A equipe operacional pode ajustar imediatamente a pressão de trabalho da entrada de extrusão da banda de rodagem de acordo com a análise da tendência do peso líquido, indicada pelos erros superior e inferior, para controlar o peso líquido da banda de rodagem. Dessa forma, o processo é muito visual e conveniente. Cada um dos seis registradores de seis dígitos contém informações como peso correto, erro superior, erro inferior, desvio superior, desvio inferior e volume de produção (incluindo peso correto, erro superior e erro inferior).

Está equipado com uma copiadora para copiar dados e informações como a produção, o que facilita a gestão da oficina de produção. Para produtos não conformes com desvios superiores e inferiores, o equipamento de triagem será ativado automaticamente para removê-los, e um alarme soará para alertar o operador. O controlador de pesagem não só possui as funções de pesagem dinâmica e triagem, como também funções de rastreamento automático do ponto zero, remoção e zeragem, etc. É um instrumento de medição universal de alta precisão.

Seus principais parâmetros de desempenho são: Tela: tubo de LED digital de quatro dígitos e sete segmentos. Resolução da tela: superior a 300 milhões. Fonte de alimentação comutada por sensor: DC15V. Uma interface de impressora de 16 pinos. Temperatura de operação: 10-40 ℃. Fonte de alimentação comutada: AC380V 0Hz. Em segundo lugar, o desenvolvimento de software. O software do celular, incluindo todo o software do sistema, é dividido em operação em segundo plano e fluxo de programa de recepção. Conteúdos menos práticos, como copiar, processar dados e verificar e identificar o peso líquido, são alocados ao trabalho de gerenciamento em segundo plano; enquanto o conteúdo mais prático para coleta, execução de horários, etc., é alocado à recepção. O desenvolvimento de software adota uma estrutura de design modular, dividida em vários módulos de programa de acordo com as tarefas diárias, o que facilita o ajuste, a expansão e a migração.

O diagrama simplificado do programa fonte é mostrado na Figura 3. Para realizar a ponderação de dados estáticos e a triagem e ponderação dinâmicas, o fluxo do programa realiza principalmente análises funcionais e projetos anti-interferência. Cada um deles é descrito a seguir.

1. Análise de funções A análise de funções do software do celular consiste principalmente em projetar vários módulos de programa e, de acordo com esses módulos, executar diversas tarefas essenciais do dia a dia. Nesse fluxo de programa, as principais funções executadas pelo software do celular podem ser: Rastreamento automático do ponto zero; Descascamento; Calibração do ponto zero; Coleta de dados; Execução de temporização; Leitura e configuração de teclas; Conversão de operação/verificação; Cópia; Desbloqueio do valor da informação exibida sob o método de operação; Sob o gerenciamento do programa de monitoramento do sistema, este módulo de programa realiza pesagem de dados estáticos ou triagem e pesagem dinâmica de acordo com o plano de implementação predeterminado.

2. Projeto de proteção contra interferências: Como a balança multicabeças opera no ambiente natural da produção industrial, está sujeita a diversas influências que podem comprometer seu funcionamento normal. Portanto, além das medidas de proteção contra interferências implementadas no hardware, as medidas de proteção contra interferências no software do celular, como segunda linha de defesa, são cruciais e indispensáveis. Um software de sistema robusto deve não apenas realizar análises funcionais, mas também implementar um projeto de proteção contra interferências para aumentar a confiabilidade do sistema.

O software do sistema seleciona as seguintes duas contramedidas anti-interferência para o software do celular: (1) A interferência eletromagnética do canal de segurança de E/S do sinal analógico é predominantemente do tipo "burr" (rebarba), e o tempo de efeito é curto. De acordo com essa característica, ao coletar o sinal de dados de peso líquido, ele pode ser coletado continuamente várias vezes, até que os resultados de duas coletas consecutivas sejam completamente iguais, sendo o sinal de dados considerado válido. Se o sinal de dados permanecer inconsistente após várias coletas, a coleta atual será descartada.

O limite máximo de frequência de cada coleta e a frequência contínua podem ser ajustados de acordo com requisitos específicos. A quantidade máxima de coletas neste fluxo de programa é de 4 vezes, sendo que 2 coletas consecutivas também são consideradas razoáveis. Para o canal de segurança de saída, mesmo que o MCU seja projetado para obter informações de dados de saída adequadas, o dispositivo de saída pode receber informações de dados incorretas devido a influências externas.

No software do celular, uma contramedida anti-interferência mais razoável é emitir repetidamente as mesmas informações de dados. O tempo de repetição deve ser o mais curto possível, de modo que, após receber um relatório de erro, o dispositivo periférico não consiga responder a tempo e uma nova mensagem de erro apropriada seja enviada. Dessa forma, evita-se imediatamente a postura incorreta.

Neste fluxo de programa, a saída é colocada na interrupção de execução temporizada, o que pode evitar razoavelmente a operação de erro de saída. (2) A filtragem digital visa o sinal de dados de peso líquido coletado, que muitas vezes tem influência arbitrária, portanto, é necessário obter as informações de dados próximas ao valor real do ponto a partir dos produtos da série de informações de dados e obter um resultado com alto grau de autenticidade. Em software de telefone celular, o método comum é a filtragem digital.

O fluxo deste programa é dividido em pesagem de dados estáticos e pesagem de triagem dinâmica. Devido aos diferentes métodos de pesagem, os métodos de filtragem digital selecionados também são diferentes. Os diferentes métodos de filtragem digital adotados pelos dois métodos de pesagem são indicados a seguir.

¹Pesagem de dados estáticos: A principal consideração na pesagem de dados estáticos é a confiabilidade e a precisão do software do sistema. É necessário levar em conta a estabilidade relativa das informações exibidas em condições estáveis ​​e a resposta rápida durante o carregamento. Portanto, a identificação da confiabilidade das informações coletadas deve ser realizada primeiro, e então a solução de filtragem digital deve ser implementada.

No processo de filtragem digital, a técnica de filtragem por média móvel é selecionada para melhorar o efeito de filtragem. O método específico é o seguinte: a cada amostragem, remove-se uma das informações de dados mais antigas e, em seguida, calcula-se a média entre o valor da amostragem atual e os valores das amostragens anteriores, resultando em um valor de amostragem adequado para uso. Isso melhora a usabilidade do software do sistema.

A seleção da frequência de amostragem N tem grande impacto no efeito real da filtragem. Quanto maior o valor de N, melhor o efeito real, mas isso compromete a resposta dinâmica do software do sistema. Neste controlador de pesagem, para melhorar a confiabilidade do software do sistema e a capacidade de resposta rápida, N é 32 quando o sistema está estável e 8 quando está instável.

Graças à escolha de um método de filtragem adequado, a confiabilidade e a precisão do software do sistema, bem como seu tempo de resposta de carregamento, foram ainda mais aprimoradas. ºTriagem e pesagem dinâmicas: Na triagem e pesagem dinâmicas, a esteira é rapidamente posicionada na plataforma de pesagem. A esteira está na balança em 1,5 segundos, portanto, a amostragem deve ser feita em 1 segundo.

Dessa forma, a frequência de amostragem é limitada. Além disso, como a esteira causa certa vibração ao ser ajustada rapidamente à plataforma de pesagem, isso afeta o valor da amostragem. Portanto, é muito importante considerar quais informações são válidas e qual tecnologia de filtragem digital deve ser selecionada para suprimir os danos da forte simetria da interferência eletromagnética.

De acordo com a observação específica, a forma de onda do sinal de dados de pesagem da balança multicabeças é mostrada na Figura 5. Na figura, o período desde a chegada da esteira à plataforma de pesagem até sua saída é dividido em três etapas: a primeira etapa, no instante t, corresponde a todo o processo desde a chegada da esteira à plataforma de pesagem até que ela esteja completamente sobre ela. O sinal de dados de peso líquido está presente neste momento. A segunda etapa, no instante t, corresponde à etapa em que a esteira está completamente sobre a plataforma de pesagem, sendo este o período de pesagem propriamente dito. A terceira etapa, no instante t, corresponde a todo o processo em que a esteira deixa a plataforma de pesagem, e o sinal de dados de peso líquido diminui gradualmente até zero durante este período.

No início e no final das nove seções de pesagem, o sinal de dados de pesagem sofre efeitos relativamente mais acentuados. Na seção de subida, ou seja, quando a esteira está no meio da plataforma de pesagem, o sinal de dados de pesagem é relativamente estável. Portanto, é mais adequado escolher as informações de dados do intervalo de tempo Δt.

Utilize a balança posicionada para caminhar até o final do interruptor fotoelétrico e acionar o controlador de pesagem para receber as informações de amostragem dinâmica, realizando a amostragem dentro do tempo limite da montanha. A frequência de amostragem N está relacionada à taxa de amostragem. Quanto maior a velocidade de amostragem, maior será a frequência de coleta N. A instalação do interruptor fotoelétrico deve garantir que os dados visuais coletados correspondam às informações obtidas quando o objeto a ser pesado estiver localizado na cidade de Weitaishan.

Para os N dados coletados, todos possuem diferentes componentes de influência, sendo necessário escolher um método de filtragem adequado para obter o valor real do peso líquido da esteira. Este procedimento seleciona a tecnologia de filtragem composta, ou seja, a aplicação combinada de dois ou mais métodos de filtragem digital que se complementam, de modo a melhorar o efeito real da filtragem e alcançar resultados que não seriam possíveis com um único método. Neste caso, foi selecionado o método de filtragem que combina a filtragem por valor máximo com a filtragem por média aritmética.

A filtragem de máximos remove inicialmente o valor de influência significativo de pulso único e não o inclui no cálculo do valor médio, de modo que o valor de saída da filtragem média se aproxime mais do valor real. O princípio básico do algoritmo de otimização é o seguinte: amostrar continuamente N vezes, acumular e selecionar os valores máximo e mínimo, subtrair esses valores da média acumulada e calcular a média com base em N ou duas amostras, obtendo-se assim um valor de amostragem razoável. O fluxograma do procedimento de filtragem composta é mostrado no diagrama de forma de onda do sinal de dados de pesagem na Figura 5. Desde a chegada da esteira à plataforma de pesagem até sua saída, o processo é dividido em três etapas: a primeira etapa, no instante t, corresponde ao momento em que a esteira chega à balança. Durante todo o processo, desde a plataforma até a esteira estar completamente sobre a balança, o sinal de dados de peso líquido aumenta gradualmente. A segunda etapa é o período de tempo nove, em que a esteira está completamente sobre a plataforma da balança; este período é a seção de pesagem; a terceira etapa é o tempo t.

O segmento corresponde a todo o processo desde a saída da esteira da plataforma de pesagem, e o sinal de dados do peso líquido diminui gradualmente até zero durante esse período. No início e no final das nove seções de pesagem, o sinal de dados da pesagem sofre efeitos relativamente mais acentuados. Na seção de subida, ou seja, quando a esteira está no meio da plataforma de pesagem, o sinal de dados da pesagem permanece relativamente estável.

Portanto, é mais adequado escolher os dados referentes ao período de tempo Δt. Utilize a balança posicionada para se deslocar até o final do interruptor fotoelétrico, acionando o controlador de pesagem para receber os dados de amostragem dinâmica e realizando a amostragem dentro do intervalo de tempo Δt. A frequência de amostragem N está relacionada à taxa de amostragem. Quanto maior a velocidade de amostragem, maior será a frequência de coleta N.

A instalação do interruptor fotoelétrico deve garantir que a média aritmética dos valores coletados na fórmula seja calculada, onde N é a média aritmética dos 2 valores amostrados; w é o i-ésimo valor amostrado; e N é a frequência de amostragem. Para facilitar o cálculo, a frequência de amostragem geralmente é selecionada como 6, 10 ou 18, ou seja, 2 elevado a 2 mais 2, o que facilita o uso de deslocamento em vez de divisão. Neste fluxo de programa, a solução é selecionada durante a amostragem, portanto, não há necessidade de desenvolver a área de armazenamento de informações de dados na régua AM.

Após a filtragem digital, obtém-se o valor W e, em seguida, são realizados métodos de processamento de dados, como remoção de resíduos e conversão de erro médio, para obter o valor do peso líquido da banda de rodagem para exibição, identificação e cópia das informações. Após o segundo interruptor fotoelétrico detectar que a banda de rodagem saiu completamente da plataforma de pesagem, inicia-se o montador de rastreamento do ponto zero, seleciona-se a amostra de maior tamanho e aplica-se a tecnologia de filtro de média, removendo automaticamente a tara, de modo a preparar a chegada da próxima banda de rodagem. Aceita-se o preparo antecipado. 3. Conclusão O controlador de pesagem possui funções perfeitas e forte resistência a interferências. É adequado não apenas para a operação de triagem de bandas de rodagem na área de borracha vulcanizada, mas também para a operação de diversas balanças multicabeçais, como as de ovos, moedas, gado e linhas de produção industrial.

Nesta fase, as balanças multicabeçais introduzidas por alguns fabricantes no nosso país já estão em uso há mais de dez anos. Alguns controladores de pesagem já não funcionam corretamente e precisam ser substituídos com urgência. Além disso, há também fabricantes que ainda utilizam balanças multicabeçais com pedal, que não são consideradas necessárias para a produção e fabricação. Portanto, o controlador de pesagem tem hoje um valor de marketing extremamente útil.

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