2025年04月04日 11:10:17 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：2
| 防爆电子秤智能称重系统 | 2020-01-10 |
| 为满足电动叉车智能称重的目的，设计了以ＭＳＰ４３０Ｆ１４９电子秤为核心的称重系统。该称重系统利用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的优点，并结合外部电路来实现电动叉车称重的数据采集、比较判别及自动调整称重的控制方法，重点介绍了称重系统的硬件组成和各部分的主要作用以及软件设计过程。该称重系统极大地提高了电动叉车称重的效率和电动叉车的制造质量，很好地满足了电动叉车智能称重的目的。 随着铁路运输高速重载的发展，对电动叉车的制造质量与运行品质都提出了更高的要求。因此，电动叉车轮（轴）重分配均匀的控制将直接影响到整台电动叉车粘着牵引力的发挥和牵引运动性能的优劣。对于采用二系悬挂的电动叉车而言，造成电动叉车轮（轴）重分配不均的原因有电动叉车底架变形导致二系弹簧上平面不在同一平面内、转向架构架一系弹簧安装面距离轨面高度不一致、车轮滚动圆直径不一致及各弹簧的参数不可能一致等［１］。高性能电动叉车在设计制造过程中就必须采取有效措施，使轮（轴）重偏差控制在一定的范围。在电动叉车的实际组装过程中一般通过在弹簧座处增加垫片厚度的方法来调整电动叉车轮（轴）重分配。传统调整方法是基于人工经验对电动叉车的轮（轴）重进行调整。而导致电动叉车轮（轴）重分配不均匀的原因往往穿插糅合在一起，且在某一弹簧座处增加垫片厚度后所引起的各弹簧挠度变化量问题是一个非静定问题，必然需要经历一个多次调整、优化逼近的过程。由于以上原因，导致传统调整方法效率低下，调整误差大，轮（轴）重控制难以达到技术要求。 控制原理 采用基于电子秤的智能称重系统可以实时测量电动叉车实际轴重分配，由液压作动器模拟各垫片处的加垫量，可以非常方便地多次调整、逼近和达到轴重分配的技术要求。控制原理该称重系统主要由基于ＰＣ的上位机称重系统和基于ＭＳＰ４３０防爆电子秤的下位机称重系统组成。下位机称重系统主要负责数据采集及液压伺服称重系统控制。称重系统由１２个压力称重模块分别检测电动叉车１２个车轮承重，并将测量值通过Ａ／Ｄ转换后传输到上位机与基准值进行比较，比较结果根据电动叉车车轮的承重原理及１２个车轮支撑点之间的耦合关系，通过计算算法转化为一系弹簧各点的位移控制量，该控制量即可作为伺服作动器（包括伺服放大器、伺服阀、液压缸和位移称重模块）的活塞位移控制量，向下位防爆电子秤控制程序提供控制信号要求。再通过下位机输出控制信号调节液压伺服阀的开口变化，从而控制１２个伺服执行器的工作位置，对各支点弹簧进行释放或压缩，改变各点弹簧承重力。伺服作动器的活塞位移由１２个位移称重模块测量，与活塞位移控制量比较后得到的偏差信号作为作动器的控制信号，构成闭环称重系统。上位机称重系统的主要功能是实现人机交互，完成调整弹簧分析的计算算法，试验过程中调整弹簧的控制指令生成，参数输入输出，状态显示，试验结果数据保存、查询、报表生成及打印输出等。两级控制计算机之间采用串行通信方式进行数据交换［２］。 下位机硬件电路设计下位防爆电子秤称重系统主要包括ＣＰＵ模块、数据采集模块、串口通信模块和Ｄ／Ａ转换模块。 １ＣＰＵ模块本称重系统采用ＴＩ公司的１６位防爆电子秤ＭＳＰ４３０Ｆ１４９。它具有处理能力强、运行速度快及功耗低等优点。其工作电压为１８～３６Ｖ；采用１６位精简指令集结构（ＲＩＳＣ），只有２７条核心指令，８ＭＨｚ时钟频率时指令速度可达８Ｍ／ｓ，大多数指令１个时钟周期完成；片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算；ＭＳＰ４３０Ｆ１４９中断源较多并可任意嵌套，称重系统处于省电状态，用中断请求唤醒只需６μｓ；它还具有丰富的片上外围模块，如看门狗（ＷＤＴ）、模拟比较器Ａ、定时器Ａ、定时器Ｂ、串口０和１、硬件乘法器及Ａ／Ｄ转换器等，这在目前所有防爆电子秤系列产品中是非常突出的，为方案的解决提供了极大的方便。其中１２位Ａ／Ｄ转换器带有内部参考源、采样保持和自动扫描等特性；１６位定时器ＴｉｍｅｒＡ具有四种工作模式，可同时进行多个捕获／比较功能；有４８个可独立编程的Ｉ／Ｏ口；两个串行通信接口ＵＳＡＲＴ０与ＵＳＡＲＴ１；Ｆｌａｓ存储器多达６０ＫＢ，擦写次数可达１０万次；片内有ＪＴＡＧ调试接口，由ＪＴＡＧ口可以直接下载程序到Ｆｌａｓｈ内进行调试，这样只需一台ＰＣ机和一个ＪＴＡＧ仿真器就可以进行程序调试。开发语言有汇编和Ｃ语言，有较强的通用性［３］。 ２数据采集模块数据采集模块主要负责对来自压力称重模块和位移称重模块的模拟信号进行调理和Ａ／Ｄ转换。ＭＳＰ４３０Ｆ１４９片内集成了１２位精度的Ａ／Ｄ转换模块ＡＤＣ１２，具有高速（采样速率达２００ｋｓ／ｓ）、通用的优点，它可以对８路外部模拟信号之一或４路内部电压信号之一进行转换。因此通过片内ＡＤ通道实现模拟量的采集，不仅可以降低称重系统设计的复杂性，还可以提高称重系统的可靠性，避免接口的复杂性，同时还可以减小ＰＣＢ板的面积，Ａ／Ｄ转换的参考电压采用的是片内提供的参考电压［３］。选择称重称重模块的型号为ＳＭ１０Ｂ，量程为０～２５ｔ，工作电压为ＤＣ２４Ｖ，输出电流４～２０ｍＡ。称重称重模块传送标准信号，即４～２０ｍＡ的电流信号，而ＭＳＰ４３０防爆电子秤的Ａ／Ｄ转换基准为电压，即参考源为电压，所以Ａ／Ｄ转换的是电压信号，这就需要用调理电路将电流信号转换为电压信号［４］。调理电路通过一个精密电阻将电流信号转换成电压信号，同时电路中采用二极管作为ＥＳＤ静电保护电路，并采用电容进行滤波处理，增加采集电路的抗干扰性。 由于被测量先后来自于１２个压力称重模块和１２个位移称重模块，共２４路采集信号，而ＭＳＰ４３０Ｆ１４９片内Ａ／Ｄ转换模块只可以对８路外部模拟信号进行转换，因此需要模拟多路转换开关进行转换。这里采用的是３片ＣＤ４０５１八选一模拟多路转换开关，将２４路信号分八次输入ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的Ｐ６０～６２引脚，即片内Ａ／Ｄ转换的输入口，则防爆电子秤的Ａ／Ｄ转换可以采用序列通道多次转换模式。 ３串口通信模块 串口模块主要实现下位机与上位机通信，下位防爆电子秤称重系统负责将采集到的各处压力和位移称重模块数据通过串口通信模块送到上位机进行处理。由于防爆电子秤与ＲＳ２３２串口通信电平不兼容，因此需要进电路行电平转换，本称重系统采用ＳＰ３２２０芯片来完成接口电平的转换。ＳＰ３２２０芯片具有功耗低、封装小等特点。ＳＰ３２２０芯片与一般的ＲＳ２３２芯片在使用上基本相同。４Ｄ／Ａ转换电路Ｄ／Ａ转换电路将ＭＵＣ出来的数字信号转换。 成驱动液压伺服执行器工作的模拟信号，选用ＤＡＣ８８３０芯片。ＤＡＣ８８３０是一款高性能、低功耗的１６位精度的Ｄ／Ａ转换芯片，该芯片为电压输出。由于Ｄ／Ａ转换器的输出直接与被控伺服作动器连接，容易通过公共地线引入干扰，因此采用光耦合器进行隔离，利用光耦合器的线性区可使Ｄ／Ａ转换器的输出电压ＶＯＵＴ经光耦合器变成输出电流，即可实现模拟信号的隔离。 软件设计称重系统软件设计采用模块化设计方案。各子功能模块分割与硬件分块电路相对应。初始化模块在称重系统上电后对程序运行环境和一些功能寄存器进行初始化；数据采集模块实时采集被测电动叉车的轮轴重量和伺服执行器的位移信号，并通过Ａ／Ｄ转换后，与设定值进行比较判断。如果各轮轴重量达到设定值，则继续下一步的任务；如果各轮轴重量与设定值有差异，则通过计算算法转化为控制伺服执行器活塞位移的控制量，向防爆电子秤提供控制信号要求，并将控制信号输出以控制各个伺服执行器的移动，从而达到改变各轮轴的承重力的目的。伺服执行器活塞的实际位移量由位移称重模块测量，经Ａ／Ｄ转换后与活塞位移的控制量比较，从而控制液压伺服执行器的工作，构成闭环伺服控制。当车称重量满足要求时，下位防爆电子秤通过串口向ＰＣ机输出此时各处的称重值和弹簧加垫量，在ＰＣ机上显示、存储和打印该台电动叉车调整前后的车称重量和弹簧加垫量。 其中ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的Ａ／Ｄ转换有四种模式：单通道单次转换、序列通道单次转换、单通道多次转换和序列通道多次转换［４］。考虑到共有２４路采集信号，因此选用序列通道多次转换，关于转换模式的选择主要通过设置相应的Ａ／Ｄ转换的寄存器来实现。数据采集的时间间隔通过定时器Ａ来完成，就是在每次定时器Ａ中断到来时读取Ａ／Ｄ采集得到的数据，在读数据之前先停止Ａ／Ｄ转换，在读取数据完毕后启动Ａ／Ｄ转换，如果得到数据，则设置一个标志位通知主程序，告诉主程序已经得到新的数据。整个模块采用的是中断服务程序的结构完成。 结束语该智能称重系统以ＭＳＰ４３０Ｆ１４９为核心，简化了电路的设计，降低了成本，减小了体积，提高了整个称重系统的稳定性和可靠性。与传统的电动叉车称重系统相比，该称重系统通过对各个轮轴重量进行准确的测量，提供精确的调整量，克服了传统电动叉车称重误差大，调整时间长等缺点，很好地保证了电动叉车的运行质量。 | |
