任偉志

(山西汾西重工有限責任公司，太原 030027 )

0 引言

組合秤是一種先進的定量分裝設備，現(xiàn)有的組合秤是通過一臺上位計算機集中通過RS485采集多個稱重單元中單片機采集的重量數(shù)據(jù)，在上位計算機集中進行組合計算。由于組合計算量很大，因而要使用高級的計算機才能勝任。本文提出了減少組合計算量的方法，直接用多個稱重單元中的單片機進行分布測量、多個稱重單元中的單片機組成CAN網(wǎng)，測量數(shù)據(jù)通過CAN網(wǎng)送各單片機分別進行組合計算。各稱重單元的單片機將組合成功的組合也通過CAN通信存入上位組合計算機中，上位組合計算機則按FIFO方式完成對各稱重單元組合斗的控制。

1 組合秤工作原理

組合秤工作示意圖如圖1所示，通常它由若干個稱重單元組成，每個稱重單元由振動加料器、稱重斗和組合斗組成。在各稱重單元上方是主振動加料器，在稱重單元下方是輸出盤。組合秤由主控計算機對各稱重單元的加料器、稱重斗和組合斗等進行組合控制。組合過程是：首先主控計算機控制主振動器振動使粉狀或粒狀物料流向各稱重單元的振動加料器，控制各稱重單元的振動加料器振動，向各稱重斗加料；各稱重單元獲得被測物料的重量后，進行組合計算得到組合重量，并檢查是否處于目標質(zhì)量的允許公差范圍之內(nèi)，若在允許公差范圍之內(nèi)則作為合格組合；最后從合格組合中選擇出一個組合值最接近目標質(zhì)量的最佳組合向輸出盤輸出。

圖1 組合秤結構示意圖

如果設一個稱重單元符合要求的概率只有0.01,那么14個稱重單元一起稱則符合目標要求的概率是0.14。如將兩個稱重單元的稱量組合，并且設一個稱重單元符合1/2組合目標值的概率是0.01,則兩兩組合就使總合格的概率提高到了0.01×91，組合成功的概率就會大大提高。每稱重單元稱重量的概率密度曲線如圖2所示。組合秤的性能分析可參考文獻[1]。

圖2 每稱重單元稱重量的概率密度曲線

如果由6個稱重單元組成組合秤，只進行1個、2個和3個稱重單元的組合，則有如表1所示的各種組合。

6個稱重單元按1個、2個和3個進行組合，其組合總數(shù)：

M個稱重單元按1臺、2臺和3臺進行組合其組合總數(shù)：

(1)

當組合秤中稱重單元數(shù)很多時，組合計算次數(shù)就很多，例如14臺稱重單元的組合按式(1)計算就有469種組合，組合秤必須找出符合要求的組合，每一個組合數(shù)都要計算。如果由一臺上位計算機進行組合計算，其計算量是很大的。為了滿足實時要求，就要選用高速計算機，這樣就增加了組合秤的成本。為此我們將計算任務分開由各個稱重單元中的計算機分別完成，再用CAN網(wǎng)絡將它們連接起來構成CAN網(wǎng)的組合秤系統(tǒng)。

2 分布式測控算法設計

為了說明方便，我們?nèi)砸?個稱重單元組成的組合秤進行分析，各稱重單元產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)時，只需更新與本秤相關的數(shù)據(jù)，如表2所示。每個計算機的計算次數(shù)都是15次。

稱重單元總數(shù)與每個稱重單元按1個、2個和3個進行組合時要更新的總數(shù)以及由單個上位計算機計算的總組合數(shù)如表3所示。

表16個稱重單元進行1、2和3個稱重單元的組合數(shù)據(jù)更新時需計算的組合數(shù)

表26個稱重單元數(shù)據(jù)更新時需計算的組合數(shù)

表3分布式中單個稱重單元計算的組合總數(shù)和上位計算機計算組合總數(shù)

每個稱重單元在計算中如得到了合格的組合就可以通過CAN總線發(fā)布其組合結果，上位機按收到的組合結果控制組合斗開啟進行組合。從而實現(xiàn)了多臺稱重單元稱重結果的組合。

3 稱重單元中單片機程序設計

為了保證不丟失數(shù)據(jù)，程序設計時要有接收緩沖區(qū)，其容量為48字節(jié)，每組數(shù)據(jù)4個字節(jié)，則可以存儲接收到12組數(shù)據(jù)，程序按FIFO方式對接收到的數(shù)據(jù)進行處理。每臺稱重單元在得到新數(shù)據(jù)后不僅要發(fā)給其他稱重單元，還要將新數(shù)據(jù)填入接收緩沖區(qū)和進行組合計算。這樣每臺稱重單元的程序如圖3、圖4所示。

圖3 各稱重單元稱重、組合計算和控制程序框圖

圖4 CAN中斷服務子程序

4 結論

本設計有效地減少了組合計算量，采用C8051F350單片機[3]作為稱重單元中的單片機，而上位計算機也可采用C8051F350單片機或更低價的8位單片機，就能保證組合計算和控制的實時性。此方法已實際應用，降低了組合秤測控系統(tǒng)的成本，有利于組合秤的推廣。

[1] 張西良,鄧志輝,李萍萍.組合秤組合性能分析與仿真研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2005(12)

[2] 劉美蘭.微機控制的定量包裝電子稱重系統(tǒng)[J].電氣自動化,2O00(3)

[3] 張斌.基于C8051F350的高精度壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J].電工技術,2009(3)

[4] 姚永剛.提高定量包裝稱重精度的措施[J].糧油加工與食品機械,2003(10)

[5] 排列組合公式.http://wenku.baidu.com/view/932c8a62caaedd 3383c4d3af.html.2012

[6] 施大發(fā),王輝.基于 C8051F020 單片機的配料控制器設計[J].計量技術，2006(5)