厲志飛，王成李，趙偉國，鄭永軍，孫斌

（1.杭州市計量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江 杭州 310019；2.中國計量學(xué)院 計量測試工程學(xué)院，浙江 杭州 310018）

電子秤已成為目前使用廣泛的稱重計量衡器，具有稱量準確、快速、透明度高、結(jié)算簡單等優(yōu)點，廣受商家和消費者的青睞.為了確保電子秤的質(zhì)量，計量檢定部門和生產(chǎn)廠家必須對電子秤進行檢定.同時，隨著電子秤使用時間的增加，其內(nèi)部元器件可能出現(xiàn)老化，環(huán)境因素如高濕度、灰塵、一些具有腐蝕性物質(zhì)的玷污等的影響，其稱重計量準確性會降低，故需要定期進行檢定.然而，目前對電子秤的檢定仍然以手工檢定為主，不僅檢定周期長，而且存在檢定效率低、工作強度大、檢定質(zhì)量易受人為因素影響等缺點［1］.因此，急需研制一種新型的電子秤自動檢定裝置，對被檢電子秤的各項技術(shù)指標實現(xiàn)自動檢定.

我們設(shè)計了一種新型的電子秤自動檢定裝置.該裝置采用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，通過OPC實現(xiàn)PC與PLC的通訊，控制標準砝碼的加載與卸載，同時利用圖像識別技術(shù)，讀取電子秤上的顯示秤值.系統(tǒng)自動產(chǎn)生誤差曲線、檢定數(shù)據(jù)報表，并出具檢定結(jié)果通知書或檢定證書.

1 檢定裝置構(gòu)成

根據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJG 539—1997規(guī)程要求，必須對電子秤進行準確度測試、零點測試、稱量測試、除皮稱量測試、偏載測試、鑒別力測試、重復(fù)性測試等［2］.因此，我們設(shè)計的電子秤自動檢定裝置由PC機、PLC控制系統(tǒng)、標準砝碼、攝像頭、LabVIEW控制軟件和電氣控制機構(gòu)組成，實現(xiàn)電子秤的各種測試，如圖1.

圖1 裝置組成框圖Figure 1 Block diagram of equipment

1.1 標準砝碼

該裝置采用的標準砝碼組由14個M2級砝碼組成，包括2個0.1kg標準砝碼和12個2.5kg標準砝碼，可對30kg／10g和30kg／5g的電子秤進行檢定.該標準砝碼以非磁性不銹鋼作為制造材料，能有效地消除砝碼加卸載時產(chǎn)生的磁性干擾，其固定方式方便、連接簡單、裝卸靈活，使用過程中穩(wěn)定、安全、可靠.所有砝碼均根據(jù)編號定位放置，以防產(chǎn)生人為誤差.

砝碼分布采用均勻分布方式.根據(jù)秤盤的大小排布標準砝碼，實現(xiàn)不同位置的加卸載，完成電子秤的稱量測試、偏載測試等相關(guān)檢定項目，具體砝碼分布如圖2.

圖2 標準砝碼分布Figure 2 Distribution of standard weight

1.2 PLC控制系統(tǒng)

該裝置PLC控制器采用WAGO PLC，其優(yōu)點為使用標準導(dǎo)軌進行安裝，即插即用，插拔式輸出幾乎可以隨意擴展，接線簡單、可靠，而且模塊的體積小，節(jié)省空間，維護費用低［3］.PLC控制系統(tǒng)主要向繼電器發(fā)送控制信號，使電氣控制機構(gòu)中的氣缸運動，從而引起標準砝碼加載或卸載.

1.3 電氣控制機構(gòu)

裝置的電氣控制機構(gòu)由氣泵、調(diào)節(jié)閥、電磁閥、繼電器及氣缸組成.氣泵作為系統(tǒng)的動力源，為整個系統(tǒng)提供氣源，就系統(tǒng)而言，要求氣泵能夠運行平穩(wěn)，長時間連續(xù)工作，壽命長，噪音小，全自動控制，不會產(chǎn)生大振動而影響檢定的結(jié)果.調(diào)節(jié)閥為調(diào)節(jié)砝碼加卸載的速度.電磁閥為一進二出的二位三通式，當線圈鐵盒通電或斷電時，閥芯在閥體內(nèi)的相對位置發(fā)生改變，從而控制了氣缸的運動［4］.氣缸的活塞端與設(shè)置在氣缸外的掛鉤的一端用螺母連接，掛鉤的另一端懸掛標準砝碼.利用氣泵提供的氣源通過導(dǎo)氣管和調(diào)節(jié)閥向氣缸提供氣體，PLC輸出信號控制電磁換向閥的動作，導(dǎo)致氣缸內(nèi)部進行充放氣，其內(nèi)部的壓力發(fā)生變化，從而氣缸的活塞上下運動帶動了砝碼，實現(xiàn)砝碼對電子秤的加卸載檢定工作，如圖3.

1.4 LabVIEW控制軟件

采用具有功能強大的LabVIEW軟件作為開發(fā)平臺，建立友好的人機操作界面［5］.通過OPC配置，實現(xiàn)PC與PLC的通訊.用戶只需通過人機界面上的相關(guān)按鈕便可輕松地進行檢定工作，并自動生成誤差曲線、數(shù)據(jù)報表、檢定結(jié)果通知書或檢定證書.

圖3 標準砝碼加卸載示意圖Figure 3 Loading and unloading diagram of standard weight

2 軟件設(shè)計

本檢定裝置的控制程序由PLC程序和Lab－VIEW控制程序兩部分組成，通過以太網(wǎng)端口連接上位機PC機與下位機PLC控制器［6］.Lab－VIEW控制程序通過OPC配置計算PLC程序地址通訊，從而在LabVIEW程序的界面上控制PLC各I／O輸出相應(yīng)狀態(tài)，完成標準砝碼的加卸載.

2.1 PLC程序流程圖

PLC程序由初始化、砝碼加卸載輸出控制指令等模塊組成，采用梯形圖（LD）進行編程，主要實現(xiàn)氣缸充放氣過程，由活塞帶動標準砝碼，實現(xiàn)對電子秤秤盤的加卸載功能，完成檢定.根據(jù)控制要求首先對所需變量進行地址選擇及定義，方便主程序的編寫.利用常開常閉，設(shè)置開始檢定點，同時對手動／自動檢定方式和5g／10g分度值進行相應(yīng)賦值，當條件滿足時跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的子程序.自動檢定的編程按照預(yù)先設(shè)定的檢定順序，各檢定點之間利用定時器進行定時，當一個檢定點的標準砝碼加載或卸載完成后，等待定時時間，到達之后自動進入下一個檢定點執(zhí)行標準砝碼加載或卸載；當需要鑒別力測試時，利用中斷控制，即“暫?！蓖Ｖ巩斍暗臋z定，完成后繼續(xù)中斷前的測試；而手動檢定是通過輸入執(zhí)行命令時，才能執(zhí)行相應(yīng)的程序代碼，程序流程圖如圖4.

圖4 程序流程圖Figure 4 Program of process diagram

2.2 LabVIEW軟件設(shè)計

LabVIEW控制程序由相關(guān)信息輸入、控制指令輸出、圖像識別處理、數(shù)據(jù)的顯示與自動采集、數(shù)據(jù)保存與處理、誤差計算、測試項目合格與否的判斷、生成報表、打印輸出等功能組成.采用功能強大的LabVIEW編程及圖像識別功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的識別與獲取及人機友好的連接［7］.只需在PC機上操作界面進行操控，便可完成檢定工作，操作簡單、靈活.

打開電子秤檢定系統(tǒng)圖標，進入歡迎界面，作為引導(dǎo)檢定工作的開始.為了加強檢定系統(tǒng)的安全性，用戶需要通過密碼進行登陸.根據(jù)JJG 539—1997數(shù)字指示秤規(guī)程，對于不同情況的電子秤，其檢定方式和要求不同，剛出廠的新電子秤選擇首次檢定，而使用過的電子秤選擇周期檢定.檢定功能分為：10g分度的自動檢定和手動檢定、5g分度的自動檢定和手動檢定.以10g分度檢定為例，自動檢定只需按下界面上的“開始檢定”、“結(jié)束測試”“暫停與繼續(xù)”按鈕，便可完成相關(guān)的檢定工作，此方式剔除了大量手工檢定的繁瑣工序，同時提高了檢定的效率.手動檢定是根據(jù)檢定順序，用戶單擊相關(guān)按鈕單步執(zhí)行，此方式靈活、便于控制.檢定完成后，軟件自動獲取的各項檢定項目數(shù)據(jù)，經(jīng)過自動分析與處理反映在報表界面上，處理得到的誤差與規(guī)程的最大允許誤差自動進行比較，判斷電子秤是否合格同時對于合格電子秤生成檢定證書，不合格電子秤生成檢定報告.LabVIEW軟件流程如圖5.

圖5 LabVIEW軟件流程圖Figure 5 Software flow diagram of LabVIEW

3 實驗數(shù)據(jù)與分析

根據(jù)JJG 539—1997數(shù)字指示秤檢定規(guī)程要求，對一臺合格的ACS－30型（分度值e＝10g）的電子秤進行檢定，檢定數(shù)據(jù)如表1.

表1 電子秤檢定數(shù)據(jù)Table 1 Calibration data of electronic scale

從實驗數(shù)據(jù)中得出該電子秤的誤差在最大允許誤差的范圍內(nèi)，可以判斷該電子秤為合格.

4 結(jié) 語

筆者所設(shè)計的基于LabVIEW及PLC控制系統(tǒng)的電子秤自動檢定裝置，具有友好的人機界面［8－9］.通過對電子秤的現(xiàn)場檢定，檢定工作只需5～8min，實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的自動采集、處理，并生成各種報表，提高了電子秤的檢定效率，為電子秤的生產(chǎn)和檢定工作提供了可靠基礎(chǔ)和保障.

［1］王成福.電子臺秤自動檢測裝置的設(shè)計［J］.計算機測量與控制，2007，15（7）：858－859.

［2］青島市技術(shù)監(jiān)督局，青島衡器測試中心.數(shù)字指示秤檢定規(guī)程［S］.北京：中國計量出版社，1997.

［3］WOGO電子（天津）有限公司.WOGO－I／O－SYSTEM［J］.國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2001，3（4）：18－20.

［4］王 敏.電磁閥的原理及其在工程設(shè)計中的應(yīng)用探討［J］.電氣傳動自動化，2010，5（32）：59－61.

［5］章蔚中，王 穎.基于LabVIEW的智能電子秤設(shè)計［J］.南昌工程學(xué)院學(xué)報，2007，6（26）：67－70.

［6］李文軍，尹招琴，魏宏軒.PLC與上位計算機串行通信［J］.中國計量學(xué)院學(xué)報，2003，14（1）：39－41.

［7］劉春英，吳德華.基于LabVIEW的車牌圖像識別技術(shù)的研究與運用［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，2（10）：45－48.

［8］張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計從入門到精通［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007：2－6.

［9］洪 濤，嚴 滔.LabVIEW的步進電機控制方法研究［J］.中國計量學(xué)院學(xué)報，2008，19（2）：146－150.