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定量包裝秤是機(jī)、電一體化的產(chǎn)物。所采用的控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)都直接影響其計(jì)量精度和包裝速度。控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，本文主要探討在不增加硬件成本的情況下，通過軟件控制的方法，來提高定量包裝秤的精度和速度。
 計(jì)量精度與包裝速度是相互制約的。計(jì)量精度的提高，通常要降低充填速度，特別是要減小慢加料的流速。反之，要想提高包裝速度，通常是以犧牲計(jì)量精度來換取的。既要高精度又要高速度，一般是以增加硬件成本為代價(jià)。比如，采用高速A/D轉(zhuǎn)換芯片、三級(jí)加料機(jī)構(gòu)或伺服無級(jí)加料機(jī)構(gòu)等。本文探討的是，在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，如何通過軟件控制方法，來提高定量包裝秤的精度和速度。
定量包裝秤的控制系統(tǒng)有兩種模式。一種是稱重儀表+PLC模式；另一種是嵌入程控器控制功能的稱重儀表。不論采取哪種方式，下面幾種軟件功能的設(shè)計(jì)，對(duì)提高定量包裝秤的速度及精度都有很大幫助。
一、采用復(fù)合式數(shù)字濾波方法
來自重量傳感器的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送微處理器，但由于定量包裝秤工作環(huán)境比較復(fù)雜，各種干擾信號(hào)疊加在模擬信號(hào)上，造成A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果往往會(huì)偏離重量的真實(shí)值。因此，一次采樣無法反映重量的真實(shí)值，必須連續(xù)進(jìn)行多次采樣，得到一組數(shù)據(jù)，然后對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，剔除誤差，得到一個(gè)與重量真實(shí)值相近的結(jié)果。
稱重軟件常用的數(shù)字濾波方法有：限幅濾波、平均濾波、滑動(dòng)平均濾波、加權(quán)平均濾波等。在這些濾波方法中，選取樣本數(shù)的大小直接影響重量信號(hào)的平滑度和靈敏性。樣本數(shù)小，信號(hào)的平滑效果差，靜態(tài)時(shí)重量顯示值會(huì)跳動(dòng)，不穩(wěn)定；樣本數(shù)大，信號(hào)的靈敏度下降，對(duì)重量的變化趨勢(shì)不敏感，反應(yīng)滯后，在重量快速變化時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得不到保證。
 對(duì)于定量包裝秤的稱重軟件，人們希望在填充物料時(shí)，要對(duì)重量變化反應(yīng)靈敏、跟蹤快速、實(shí)時(shí)性好，充填精度高。采用小樣本數(shù)非常適合這種動(dòng)態(tài)稱重。而大樣本數(shù)使得重量信號(hào)平滑，顯示穩(wěn)定，適合靜態(tài)稱重。
在稱重軟件中如果采用單一的數(shù)字濾波方法和一個(gè)固定的樣本數(shù)很難兼顧動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性和靜態(tài)穩(wěn)定性的要求。為了解決動(dòng)態(tài)與靜態(tài)對(duì)濾波結(jié)果要求不同的矛盾。圖1給出的是一種復(fù)合的濾波方法。它是將限幅濾波、平均濾波、加權(quán)平均濾波、滑動(dòng)加權(quán)平均濾波相結(jié)合，并且在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)，采用不同的樣本數(shù)，滿足不同稱重時(shí)期對(duì)濾波的要求。
 

二、采用檢測“虛假重量”的方法，抑制充填中的過沖
充填中，當(dāng)快加料流速比較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)快加料結(jié)束后，儀表顯示的重量瞬間超過截止量（預(yù)置目標(biāo)量-落差值），造成慢加料沒動(dòng)作，加料過程就結(jié)束了，但穩(wěn)定后，實(shí)際重量并沒有達(dá)到目標(biāo)重量。這種現(xiàn)象稱作過沖。
過沖現(xiàn)象的產(chǎn)生，與包裝秤的加料機(jī)構(gòu)有關(guān)。包裝秤常用的加料機(jī)構(gòu)有：無級(jí)變速加料、快中慢3級(jí)加料、快慢2級(jí)加料。
伺服電機(jī)控制的無級(jí)變速加料方式，從快加到慢加，中間有一個(gè)自適應(yīng)的變速加料的過度，整個(gè)加料過程快速平穩(wěn)，幾乎沒有過沖，是一種非常理想的加料機(jī)構(gòu)，但成本較高。
快中慢3級(jí)加料，在快慢加料中間，加入中加料做為緩沖，一定程度上緩解了快加料的沖擊。其代價(jià)是增加一級(jí)加料機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同時(shí)也增加了成本。
快慢2級(jí)加料，快加料的過沖問題最嚴(yán)重，計(jì)量精度和加料速度的矛盾也最突出。但由于其結(jié)構(gòu)簡單特別是成本優(yōu)勢(shì)，市場上很多包裝秤，采用這種加料機(jī)構(gòu)。
本文也是以快慢2級(jí)加料為例來探討抑制過沖問題。
為解決過沖問題，稱重軟件通常的做法是在大加料結(jié)束時(shí)設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)間參數(shù)———禁止判別時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，不進(jìn)行稱重值與截止量（預(yù)置目標(biāo)量-落差值）的比較，慢加料一直有效。禁止判別時(shí)間結(jié)束，恢復(fù)重量比較。禁止判別時(shí)間是一個(gè)可以通過面板設(shè)置的常數(shù)。對(duì)于充填流速穩(wěn)定，過沖量變化范圍不大的場合，禁止判別時(shí)間這個(gè)參數(shù)可以很好的抑制過沖。如圖2所示。
 

為了解決高速充填中過沖量離散性這個(gè)問題，筆者在設(shè)計(jì)種子小包裝秤軟件時(shí)，引入“虛假重量”這個(gè)參數(shù)。從快加料結(jié)束到如圖5所示的e點(diǎn)（截止量），這期間的重量是快加料的過沖量，也是虛假重量，對(duì)應(yīng)虛假重量的這段時(shí)間稱為“過沖時(shí)間”。在快加料結(jié)束時(shí)，啟動(dòng)禁止判別時(shí)間的同時(shí)對(duì)重量值進(jìn)行監(jiān)測。將監(jiān)測到的重量值與截止量進(jìn)行比較。如果當(dāng)前的重量值大于截止量，這個(gè)重量是快加料過沖的虛假重量。在虛假重量持續(xù)期間不對(duì)重量進(jìn)行判別；如果監(jiān)測到的重量值回落到截止量以下（圖5中e點(diǎn)）時(shí)，說明過沖已經(jīng)結(jié)束。此時(shí)立即解除禁止判別時(shí)間，及時(shí)恢復(fù)對(duì)重量的判別。也就是將恢復(fù)重量判別的時(shí)刻從圖3的禁止判別時(shí)間結(jié)束的b點(diǎn)提前到了圖5的e點(diǎn)。從而避免了稱重超差。對(duì)于禁止判別時(shí)間的設(shè)定，只要大于最大的過沖時(shí)間。就能確保每次的過沖都能得到有效抑制。
這種按檢測虛假重量抑制過沖的方法與常規(guī)的抑制過沖的方法相比，盡管禁止判別時(shí)間的起點(diǎn)是一樣的，但結(jié)束點(diǎn)是不同的。常規(guī)的禁止判別時(shí)間是固定不變的，不管當(dāng)前重量是多少，必須等到禁止判別時(shí)間結(jié)束才恢復(fù)重量判別，而這時(shí)很可能重量已經(jīng)超過截止量了。而本文中的禁止判別時(shí)間是一個(gè)變量，它的大小是由過沖量來決定的。當(dāng)虛假重量低于截止量，及時(shí)結(jié)束禁止判別時(shí)間并恢復(fù)對(duì)重量的判別。很好地解決了快加料料流過大引起的過沖和過沖量離散性的問題。
三、按剩余加料時(shí)間截止投料
稱重軟件控制加料，通常的做法是，稱重控制系統(tǒng)定時(shí)采樣重量數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，處理后的重量值與截止量進(jìn)行比較，當(dāng)重量值≥截止量時(shí)，結(jié)束投料。當(dāng)重量值<截止量時(shí)，必須等待下一次數(shù)據(jù)處理結(jié)果。如果相鄰兩次數(shù)據(jù)處理結(jié)果重量變化較大，會(huì)直接影響計(jì)量精度。

在數(shù)字濾波方式一定的條件下，相鄰兩次重量變化量與采樣速度成反比。采樣速度越快，相鄰兩次重量變化量越?。环粗蓸铀俣仍铰?，相鄰兩次重量變化量越大，甚至超過允許的計(jì)量精度。
這種按剩余加料時(shí)間截止投料的軟件處理方法，解決了由于采樣速度帶來的計(jì)量誤差，特別是對(duì)于采樣速度較慢的稱重系統(tǒng)，計(jì)量精度會(huì)得到明顯改善

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