组合秤控制系统的研究与设计

2万 · 2019-5-29 16:02

为了进一步研究组合秤的工作原理，更加直观的展示组合计算的过程和结果，分析
研究影响组合计算精度和速度的因素，本文使用Unity3D软件对组合计算进行了仿真程
序的设计，通过软件仿真进一步进行研究分析。

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设置，包括组合秤的总料斗数、参与组合的料斗数、组合目标重量、目标允许误差、料
斗内重量分布标准差、连续运行次数等参数，参数设置完成后需要点击参数左侧对应的
按钮来传输参数。此外还可以对高速度以及高精度的组合算法进行选择，参数设置完毕
过后通过点击右下角的按钮进入到称重界面。
组合称重界面如图2-4所示，根据初始化参数设置界面中对料斗总数的设置，界面
中显示出相应数目的线振盘、缓冲斗和称重斗。称重斗下方实时显示料斗内模拟产生的
重量，并在选出满足要求的组合后显示组合重量以及组合误差。在连续执行完预先设定
的运行次数后，在左下角会显示本次运行的合格率。在右下角可以还可以点击设置界面
重新对初始化参数进行设置。

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在程序选择出满足要求的组合后，将高亮显示参与组合的秤，并显示出组合重量以
及组合误差，接着将参与组合的料斗下方重量清零模拟排料，随后高亮显示对应的缓冲
斗模拟加料，给称重斗内赋予新的重量随机数。如图2-5所示为模拟排料的过程。

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2.5.1组合秤的技术指标
下面为课题所研究的组合秤技术指标:
1)称重斗数16个;
2)最大称重质量为3Kg;
3)最小称重质量为0.01 Kg:
4)最大组合速度是100包1min:
5)称重范围0.01 -v 3 Kg;
6)称量精度范围0.1 g} 1.0g;
7)每袋组合平均误差0.2g^-2.Og:
8)料斗容量1.SLo

2万 · 2019-5-29 16:07

组合秤的称量精度高。组合秤在进行组合运算时，可以根据算法来选出最接近目标
重量的那组重量进行输出，从而可以获得比较高的精度;其次，组合秤可以进行二次称
重以保证结果的准确性，在集料斗的下方放置一杆秤进行二次称重，结果满足要求则进
行包装，不满足要求则作为不合格品排到另一边;另外，组合秤在称重斗排出物料过后
将进行自动置零，防止有些物料上的粉尘或者液体附着在称量斗上进而对下一次称重造
成影响;系统还使用了24位高精度快速AD芯片，提高了输入的数字量有效位数，进
一步提高了称量的精度。
组合秤的称量速度快。系统采用高速AD芯片进行数据采集工作，能够快速采集出
称重传感器产生的电信号，运行速度快;其次系统的给料速度是可以进行调节的，且调
整细微，完全可以满足系统对精度和速度的要求;另外，还能够通过对步进电机转速的
调节控制料斗开合速度的快慢，以获得高速称量效果。
若某个称重斗在经过多次称重后仍然没有被选中，那么系统会优先将其进行组合。
若在所有的组合方式中均未出现满足重量要求的组合，那么选取重量与目标值相差最远
的那一组组合，将其当做废料排出，并重新加料。称重斗和缓冲斗料门的开合采取步进
电机进行控制，并按照物料的特性对料斗料门的开合速度进行微调，从而减小撞击声音，
使其开合动作更加平稳，防止卡料。

2万 · 2019-5-29 16:07

通过上文中的研究可以知道，组合秤主要由称重模块、AD数据采集模块、单片机
主控模块、步进电机控制模块等组成。组合秤要实现的功能为:通过控制主振盘和线振
盘给缓冲斗加料，接着停止加料;接下来通过单片机给步进电机信号控制缓冲斗将物料
加入到称重斗中，经称重传感器称重后，由AD模块采集信号，随后单片机系统对采集
到的众多重量进行组合运算，从中选择出满足要求的组合情况，最终通过步进电机来控
制被选中的称重斗卸料，从而完成一次组合称重。系统总体框图如图3-I所示。

2万 · 2019-5-29 16:08

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组合秤的精度是用户关心的主要参数之一，而组合秤的精度主要取决于称重传感器
的精度，因此称重传感器被喻为电子秤的核心部件。称重传感器实际上是一种可以将非
电量的重量信号转换为可以进行测量的电信号并进行输出的装置，其性能基本上决定了
电子衡器的精确度和稳定性【24]。所以，正确地设计和选用称重传感器非常重要。

2万 · 2019-5-29 16:08

电阻应变式称重传感器常应用于动静态条件下测力或称重，在我国工业生产和自动
计量等领域己大量应用[25] o
电阻应变式称重传感器主要由应变计、弹性体、转换电路等三部分组成。其中弹性
体是一个有特殊形状的结构件，用于将力转换为形变;应变计是一种传感元件，用于将
变形转变成电阻变化[26]。电阻应变计把机械应变信号转换成电阻后，由于应变量及其应
变电阻变化一般都很微小，不便直接处理[27]。因此，必须采用转换电路或仪器，把应变
计的电阻变化转换成电压或电流变化。通常采用电桥电路实现这种转换[28] o

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组合秤控制系统的研究与设计

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