Устройство для измерения массы и управления потоком сыпучего материала

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯИ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАЛАЪ МЕРЕНИЯ МАССЫ БПУЧЕГО МАТЕР 1 4 горныи инстит следовательск итут испытан и средств иэ.Ра Гнускин, ,А, Трещ процес ирован ствия ем. Р ором сис я дляипа М 1-19265 ство С 11/04,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Управляемая микротема измерения и регулвесов непрерывного дейКОСОИТРСО, Перевод с нВЦП. М., 1983.Авторское свидетель1 г 979879, кл. О О 1 С(57) Изобретсние относится квесоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения массы движущихся объектов или массы груза, транспортируемого конвейерами. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет компенсации дрейфа нуля датчика веса и повышения точности аналого-циФрового преобразования. Сигнал с датчика 1 веса поступает на информационный вход специализированного преобразователя 2 аналог - частота с информационнсго выхода кото- йЖ рого в течение времени 1и 1 ц частотный сигнал проходит на третий счетС:1525475 чик таймера 5. Формирование одинаковых интервалов времени измерения и йц осуществляется первым счетчиком таймера 5, который заполняется5 импульсами генератора 4 под управлением микропроцессорного вычислительного блока 7. Причем для компенсации составляющей погрешности измерения, обусловленной дрейфом нуля датчика 1 веса, измерение сигнала датчика 1 веса в интервалах времени С О иО производится при различной полярности напряжения питания тензодатчиков датчика 1 веса. Для этого устройство снабжено триггером 3, который переключается импульсами с микропроцессорного вычислительного блока 7 и измеИзобретение относится к весоизмерительной технике и может быть исполь" зовано для измерения массы движущихся объектов, массы груза, транспортиру емого ленточными или другими конвейерами, в непрерывных или порционных доэаторах с аналоговыми датчиками веса.Цель изобретения - повышение точности измерения эа счет повышения точности аналого-цифрового преобразования сигнала датчика веса.На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.Устройство для измерения массы и управления потоком сыпучих материалов (фиг, 1) содержит аналоговый датчик 1 веса, специализированный пре обраэователь 2 аналог - частота, триггер 3, генератор 4 прямоугольных импульсов, таймер 5, содержащий три счетчика импульсов, инвертор 6, микропроцессорный вычислительный блок 7, 45 снабженный интерфейсом 8 ввода-вывода, индикатор 9 результата взвешивания, исполнительные механизмы 10 для управлния потоком сыпучих материалов и импульсный датчик 11 скорости, под 50 ключенный через интерфейс 8 ввода-вывода к одному из входов микропроцессорного вычислительного блока 7. Выход датчика 1 веса соединен с информационным входом преобразователя 2 аналог - частота, первый выход кото 55 рого подключен к информационному входу третьего счетчика таймера 5, второй выход - к входу по питанию датчиняет уровень сигнала на управляющем входе преобразователя 2 аналог - частота, формирующего также напряжение питания для тенэодатчиков датчика 1 веса. Второй счетчик таймера 5 формирует временной интервал с (междуи а), в течение которого на период переключения полярности напряжения питания тенэодатчиков прекращается измерение сигнала датчика 1 веса. Зафиксированный за время измерения Е о +в третьем счетчике таймера 5 код Иц, пропорциональный сигналу датчика 1 веса, обрабатывается далее в микропроцессорном вычислительном блоке 7. 2 ил. ка 1 веса, а информационные входы первого и второго счетчиков таймера 5и второй вход микропроцессорного вычислительного блока 7 (через интерфейс 8 ввода-вывода) соединены с выходом генератора 4 прямоугольных импульсов, Разрешающие входы первого ивторого счетчиков таймера 5 подключены к источнику опорного напряжения,а разрешающий вход третьего счетчикатаймера 5 через инвертор 6 соединенс выходом первого счетчика таймера 5и через интерфейс 8 ввода-вывода - стретьим входом микропроцессорного вычислительного блока 7. Четвертый входмикропроцессорного вычислительногоблока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода подключен к выходу второго счетчика таймера 5, а первый выход микропроцессорного вычислительного блока 7через интерфейс 8 ввода-вывода соединен со счетным входом триггера 3,один из выходов которого подключенк управляющему входу преобразователя аналог - частота. Второй и третий выходы микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8ввода-вывода соединены соответственно с входом Чтение и входом пЗапись" таймера 5, а шина данных (ШД)и шина адреса (ША) микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода соединены ссоответствующими шинами таймера 5,Индикатор 9 через интерфейс 8 вводавывода соединен с четвертым выходоммикропроцессорного блока 7, на пятыйвыход которого через интерфеис 8 ввода-вывода подключены исполнительные механизмы О.Каждый счетчик таймера 5 представляет собойб-разрядый регистр обратного счета, т,е. работающий только5 на вычитание, Гикропроцессорный вычислительный блок 7 содержит микропроцессор (М 11), постоянную память (ПЗУ), оперативную память (ОЗУ) й другие элементы и предназначен для управления процессом взвешивания и дозирования, а также вЬполнения арифметических операций.Все блоки предлагаемого устройства 15 являются с.тандартными и выпускаются серийно. Например, в качеСтве триггера 3 можно использовать микросхему К 155 ТВ 1, таймера 5 - микросхемуК 58 ВИ 53. В качестве источника опорного напряженияможет использоваться любое напряжение устройства, соответствующееУстройство работает следующим образом. 25 пульс.Работа устройства состоит в многократном измерении в интервале Тсс, значений сигнала датчика 1 веса, вычислении масс груза Г 1, перемещаемых конвейером за время Т ; и, наконец, определении результирующей массы груза 1, перемещенной конвейером эал.время взвешивания ь.Сигнал 1 с датчикавеса, пропорциональный массе груза на участке измерения конвейера, поступает на информационный вход преобразователя 2 аналог - частота. На первом (информационном) выходе реобразователя 2 аналог - частота ньрабатывается сигналс частотой 45 50 55 При измерении массы груза, перемещаемого ленточным конвейером, те. при работе устройства импульсы от датчика 11 скорости (фиг. 2) с частотой Гс(1), пропорциональной скорости движения ленты конвейера, через интерфейс 8 ввода-вьвода поступают в микропроцессорный вычислительный блок 7, в котором по длительности периода Т поступления импульсов опрес,деляется скорость Ч движения ленты на интервале Т1/Тс у (1) где Ь - отрезок пути, при прохождении 40 которого лентой конвейера датчик 11 скорости вырабатывает очередной им к, ,Ко"нуля" датчика 1 1см веса или величина разбалансамоста тензодатчиков.Наличие в выражении (2) знака "+" вь;звано тем, что на втором выходе специализированного преобразователя 2 аналог - частота формируется напряжение питания для тензодатчиков датчикавеса. Причем полярность напряжения питания, подаваемая от преобразователя аналог - частота на тензодатчики, зависит от уровня сигнала на управляющем входе преобразователя 2 аналог - частота. Если этот сигнал соответствует ц , то уровень напряжения питания тецзодатчиков одной полярности, если "О" - другой.Непосредственному излерению сигна- ла датчикавеса предшествует настройка таймера 5. Для инициализации таймера 5 с микропроцессорного вычислительного блока 7 должен быть введен в таймер 5 набор управляющих слов, задающих нулевой режим и начальные значения каждого в отдельности счетчика. Для этого в момент времени С на ША через интерфейс 8 ввода-вывода с микропроцессорного вычислительного блока 7 выставляется адрес первого счетчика таймера 5, Затем с третьего выхода микропроцессорного вычислительного блока 7 ерез интерфейс 8 ввода-вывода на вход "Запись" таймера 5 (линия связи 14) подается импульс нулевой полярности, по которому ШД микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода в первый счетчик таймера 5 записывается начальный код п, . Следующей командой микропроцессорного вычислительного блока 7 на ША выставляется адрес третьего счетчика таймера 5 и с ШД микропроцессорного блока 7 че 525475рез интерфейс 8 ввода-вывода в третий счетчик таймера 5 записывается начальный код ГРРР(,)(единицы во всех разрядах счетчика). Запись в первый5 счетчик таймера 5 начального кода П при наличии "1" на разрешающем входе Роткрывает первый счетчик таймера 5, и импульсы от генератора 4 прямоугольных импульсов с частотой начнут проходить на первый счетчик таймера 5, уменьшая его значение, т.е. формируется первый интервал измерения й сигнала датчика 1 веса. Имопульсы от генератора 4 поступают так же по линии 7 связи непрерывно через интерфейс 8 ввода-вывода на микропроцессорный вычислительный блок 7, синхронизируя работу всех его узловЗначение начального кода п выбирается таким, чтобы при частоте йт генератора 4 прямоугольных импульсов обеспечить необходимую длительность интервала измерения й ц, (например, йц,= 0,1 с) 25п=т (3)После занесения начального кода п в первый счетчик таймера 5 (момент й) сигнал на выходе чтаймера 5 становится равным нулю, следовательно, на разрешающий вход Р третьего счетчика таймера 5 через инвертор 6 подается сигнал Ьь высокого уровня (фиг. 2), разрешающий тем самым прохождение импульсов от преобразователя 2 аналог частота на третий счетчик таймера 5,35 т.е. начинается подсчет (в обратном коде) количества импульсов от преобразователя 2 аналог - частота.40После того, как в первый счетчик таймера 5 поступит количество импульсов, равное заданному п(момент С ), на выходе Ятаймера 5 вырабатывается единичный сигнал прерывания, который45 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислительный блок 7 (линия связи 15); При этом автоматически запирается первый счетчик таймера 5 и через инвертор 6 низкий уровень на разрешающем входе Р блокирует счет третьего счетчика таймера 5. При этом в третьем счетчике таймера 5 будет зафиксировано значение кода М пропорциональное сигналу датчика 1 веса на интервале измеренияц= , 1.1(4) где Б - полезный информационныйсигнал датчика 1 веса в интервале измерений времениифПо сигналу прерывания (по линии связи 15) микропроцессорный вычислительный блок 7 выставляет через интерфейс 8 ввода-вывода на ША адрес второго счетчика таймера 5, а на ШД - начальный код п счетчика. Затем через интерфейс 8 ввода-вывода микропроцессорный вычислительный блок 7 (по линии связи 14подает на таймер 5 сигнал "Запись", по которому во второй счетчик таймера 5 с ШД переписывается начальный код и и открывается для счета второй счетчик таймере 5 (на разрешающем входе Р, высокий уровень сигнала). Затем с первого выходамикропроцессорного вычислительного блока 7 (линия связи 12) через интерфейс 8 ввода-вывода на счетный вход триггера 3 поступает импульс, опрокидывающий триггер Э в противоположноесостояние (в нашем примере - в единичное). Это приводит к изменению на противоположное значение полярности напряжения питания, подаваемого от преобразователя 2 аналог - частота к тензодатчикам датчика 1 веса. Значение кода п выбирается таким, чтобы при принятой частоте Ет генератора 4 прямоугольных импульсов обеспечить прерывание цикла измерения на времядостаточное для прекращения всех переходных процессов в датчике 1 веса и преобразователе 2 аналог - частота, вызванных переключением полярности напряжения питания тензодатчиков датчика 1 веса (- 20 мс)п ьЕ (5)В момент(во второй счетчик таймера 5 поступило количество импульсов, равное заданному п) второй счетчик таймера 5 автоматически запирается, а на выходе Я, таймера 5 вырабатывается единичный сигнал прерывания, который по линии связи 16 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислительный блок 7, По сигналу прерывания микропроцессорный вычислительный блок 7 через интерфейс 8 ввода-вывода выставляет на ША адрес первого счетчика таймера 5, а на ШД - начальный код и. Затем по сигналу "Запись", поступающему в таймер 5через интерфейс 8 ввода-вывода с микропроцессорного вычислительного блока 7, в перный счетчик таймера 5 сШД переписывается код и , и первыйсчетчик таймера 5 открывается для5счета (Начинается формирование второго интервала измерения 1 ц). Одновременно сигнал на выходетаймера 5 становится равным "нулю" и черезинвертор 6 на разрешающий вход Ртретьего счетчика таймера 5 подаетсяединичный сигнал, который возбуждаетсчет третьего счетчика таймера 5, т.епродолжается измерение выходного сигнала преобразователя 2 "аналог - частота",По истечению времени 1 ц " и,/Гт(1 ц = Сц) первый счетчик таймера 5обнуляется (при этом он автоматически запирается) и на выходе Яф таймера 5 вырабатывается единичныи сигналпрерывания, который по линии связи 15через интерфейс 8 ввода-вывода поступает в микропроцессорный вычислительный блок 7 (момент 1),25Высокий уровень сигнала на выходеЯтаймера 5 через инвертор 6 блокирует третий счетчик таймера 5, т,еприостанавлийает его работу. При этомв счетчике будет зафиксирован код 11,пропорциональный сигналу датчика 1веса1 ц = 1+ 1 (6) где И с ц 1 д = г ц К(1 р 1 см) количество импульсон, поступивших от преобразователя 2 аналог - частота на35 Вход третьего счетчика таймера 5 в интернале Сц,полезный информационнЫй сиг 5нал датчика 1 веса н интервале време 40 ни измерения Сц,э.ц цК п (1 я 1+ 1 см) ++ Сц К(П - 1, ) = К Е , (11, + Из выражения (7) следует, что иэме 45 рение сигнала датчика 1 веса в течение нремени т , + С ц = 2 с ц, с переключением полярности напряжения питания тензодатчикон позволяет исключить влияние дрейфа нуля" (разбаланса моста) тензодатчикон на значение Иц.По сигналу прерывания (момент -); поступившему через интерфейс 8 ввода- ,вывода на третий вход микропроцессорного вычислительного блока 7 с выхода Я, таймера 5, микропроцессорный вычислительный блок 7 через интерфейс 8 ввода-вывода выставляет на ША адрес третьего счетчика таймера 5 а по линии связи 13 посылает нулевой импульстение на вход таймера 5, При этомсодержимое третьего счетчика (И ) тайцмера 5 по ШД переписывается в оператинную память ОЗУ микропроцессорноговычислительного блока 7 (линия связи 12), через интерфейс 8 внода-вывода на счетный вход триггера 3 поступает импульс, опрокидывающий триггер 3 в противоположное состояние (на,диаграмме - и нулевое), что вызываетизменение на противоположное полярности напряжения питания тензодатчикон датчика 1 веса.Останшееся до момента Сб время (надиаграмме заштрихонано) используетсямикропроцессорным вычислительным блоком 7 для обработки полученных результатов измерения сигнала датчика 1 веса и подготовки к новому циклу Т измерения, т.е. н .микропроцессорном вычислительном блоке 7 вычисляется и запоминается в отдельной ячейке памятиОЗУ пРоизведение И С ц (С ц - 2 ц,)производится суммирование этого произведения со значением, ранее полученным н предыдущем измерении.В момент Т начинается новый, аналогичный рассмотренному, цикл Т измерения и обработки сигнала датчикавеса.В момент 1 к (фиг. 2) через интерфейс 8 ввода-вывода на вход микропроцессорного нычислительного блока 7 поступает импульс с датчика 11 скорости, по которому н микропроцессорномвычислительном блоке 7 производитсявычисление средней скорости Ч ; иперемножение значения Ч р, на накопленную сумму1 ц с , где ш - коли 1,честно циклов измерения Т, уложившихся н период времени ТСВ результате масса груза 1, перемещается конвейером за время Тс, иопределяется какге, (8)сР, ц цфгде К - коэффициент преобразования.Полученное значение Е; запоминается н ОЗУ микропроцессорного вычислительного блока 7 для последующего суммирования частичными массами.Так как суммирование вычислительных значений масс производится периодически с частотой Гс то результирующая масса груза 1 Р, перемещенная конвейером за время вэнешивания г рав- на1525411м, - к " ч,р и, (9) где 1 - количество импульсов датчика 11 скорости, псступивших на вход микропроцессорного вычислительного 5 блока 7 за время ь( ь =, Т ).=1Результат вычисления массы груза ЕР иэ микропроцессорного вычислительного блока 7 через интерфейс 8 ввода-вывода поступает на индикатор 9 результата взвешивания, по показанию которого можно судить о массе груза, перемещенного конвейером, или может поступать на исполнительные механизмы 10 для управления процессом дозирования транспортируемого конвейером материала.Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность измерения массы груза транспортируемого конвейером за счет устранения составляющей погрешности измерения, обусловленной дрейфом "нуля" датчика веса, возможности размещения преобра эователя аналогового сигнала в частоту непосредственно у датчика веса, подключив его к таймеру через длинную линию связи, введения иных характеристик в процесс измерения. Использо вание устройства в дозаторах непрерывного действия наряду с повышением точности.измерения снижает допустимую основную погрешность и потери доэируемого материала при подготовке процесса, уменьшает время выхода на установившийся режим.Формула и э о б р е т е н и яустройство для измерения массы и управления потоком сыпучего материа75 12 ла, содержащее микропроцессорный вычислительный блок с индикатором и выходом для подключения к исполнительному механизму управления, аналоговый датчик веса и датчик скорости, подключенный к первому входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены преобразователь аналог частота, триггер, таймер с тремя счетчиками импульсов, генератор прямоугольных импульсов, инвертор и источник опорного напряжения, при этом выход генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом вычислительного блока и с информационными входами первого и второго счетчиковимпульсов, разрешающие входы которых подключены к источнику опорного напряжения, выход первого счетчика импульсов подключен к третьему входу вычислительного блока и через инвертор - к разрешающему входу третьего счетчика импульсов, информационный вход которого соединен с первым выходом преобразователя аналог - частота, первый выход вычислительного блока соединен со счетным входом триггера, один из выходов которого подключен к управляющему входу преобразователя аналог частота, информационный вход которого подсоединен к выходу датчика веса, второй и третий выходы вычислительного блока соединены соответственно с входом Чтение и Запись" таймера, шина данных и шина адреса которого соединены с соответствующими шинами вычислительного блока, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика импульсов.г.г Заказ 7209/3 аж 6 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и о 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,рытиям при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. од, ул. Гагарина, 10 Составитель М, Жуков Редактор М. Еелемеш Техред М,Дидык Корректор В. Кабац