CN111693125B - 一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法及其系统，所述称台长度计算方法包括以下步骤：步骤S1，采集被称重物体M的相关参数；步骤S2，通过计算得到当前重量值Wt，并计算实际有效的称重长度L和最大采样个数N；步骤S3，计算称台长度的最小值L1min；步骤S4，计算称台长度的最大值L1max；步骤S5，根据称台长度的最小值L1min和称台长度的最大值L1max确定称台长度范围；其中，根据称重时间T和内存空间大小n将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，并将其动态存入至内存A中。本发明能够得到合理且有效的称台长度范围作为称台长度的设计值，有效提高了高精度动态称重设备的工作效率，且稳定可靠。

Description

一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种称台长度计算方法，尤其涉及一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法，并涉及采用了该高精度动态称重设备的称台长度计算方法的称台长度计 算系统。
背景技术
动态称重设备应用广泛，尤其是在现代化工厂中的生产产线中，在各行各业生产中， 有些进料口物料需要称重，有的半成品需要称重，有的成品需要称重；可以说工业生产中的称重，尤其是物体动态的高精密称重是现代化工厂产线中不可或缺的重要质量 把控环节。
那么，能不能满足现代工业体系中对产品品质把控的日益快速提升，这就对设计高 精度的称重设备提出了挑战；其中，高精度的称重设备的关键技术之一，体现在称重 机的称台设计，而称台长度的设计又是称台设计的关键因素。
现在大多称重设备厂商，对称台长度的设计还停留在凭借经验设计环节，这样的凭经验设计的方式随机性太强，没有办法满足提高工作效率并实现稳定可靠的生产需 求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够提高工作效率，并保证其稳定可靠性的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，在此基础上，还进一步提供采用了 该高精度动态称重设备的称台长度计算方法的称台长度计算系统。
对此，本发明提供一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，采集被称重物体M的相关参数；
步骤S2，通过计算得到当前重量值Wt，并计算实际有效的称重长度L和最大采样个数N；
步骤S3，计算称台长度的最小值L1min；
步骤S4，计算称台长度的最大值L1max；
步骤S5，根据称台长度的最小值L1min和称台长度的最大值L1max确定称台长度范围；
其中，根据称重时间T和内存空间大小n将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，并将其动态存入至内存A中。
本发明的进一步改进在于，将内存A的每一个空间大小限定为n，当得到新的当 前重量值Wt时将其转存至内存空间A的Fn位置，Fn位置的数据则转存至Fn-1位置， 依此，将各个内存空间的数据依次向前转移1个位置，并且在内存空间A的数据转存 变化时，调用滤波算法对存储的数据进行滤波。
本发明的进一步改进在于，将采样数t等于内存空间大小n作为分界线将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，第一采样过程由于采样数t没有将内存空间大小n 填满所以经过滤波算法后得到的动态数据Ft以较大斜率在变化，而采样数t超过内存 空间大小n后得到的动态数据Ft趋于平稳，动态数据Ft为当前重量值Wt动态变化时 存入至内存中的数值。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，通过公式
Figure RE-GDA0002630743020000021
计算得到当前重量值Wt，其中，GM为被测物体的实 际重量，ta为被称重物体M在刚完全处于称台时的采样点，tb为被称重物体M在完 全处于称台到开始退出称台时的采样点，tc为被称重物体M在完全退出称台时的采样 点，t为采样数。
本发明的进一步改进在于，选取ta+n至tb作为动态称重设备的预设采样区间，其中， ta+n为在采样点ta经过n个采样点后的采样点。选取ta+n至tb作为动态称重设备的预 设采样区间，其中，ta+n为在ta≤t≤tb中经过n个采样点后的采样点。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，通过公式L＝L1+L3计算实际有效的 称重长度L，并通过公式N＝((L-L2)*S/V)-n计算最大采样个数N，其中，L1为称台长 度，L3为称重皮带段与前一段之间的间隙长度,该间隙长度计入称台有效长度，L2为 被称重物品M的实际长度，S为称重设备采样系统的采样速率，V为称重设备运行的 皮带速度。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，通过公式L1min＝((N+n)*V/S)+L2-L3计算称台长度的最小值L1min，其中，最大采样个数N的取值大于10。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，通过公式L1max＝(60*V/产能)-L2-L3计算称台长度的最大值L1max，其中，产能为每小时的生产个数。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S5中，根据L1min≤L1max之间的范围来确定 称台长度范围，当精度要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台长度的最大值 L1max调整；当产能要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台长度的最小值L1min调整。
本发明还提供一种高精度动态称重设备的称台长度计算系统，采用了如上所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在称台长度设计时，综合考虑了被称重物品M的实际长度、被称重物品M进入称台的不同阶段、采样的不同过程、被称重 物体M未进入称台时的间隙长度、采样速率以及皮带速度等各种数据，实现了优化设 计和自动计算，进而得到合理且有效的称台长度范围作为称台长度的设计值，有效提 高了高精度动态称重设备的工作效率，并保证其稳定和可靠性，符合高效的生产需求。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图2是本发明一种实施例中数据转存示意图；
图3是本发明一种实施例中采样过程示意图；
图4是本发明一种实施例中采样实际过程示意图；
图5是本发明一种实施例中称重过程示意图；
图6是本发明一种实施例中称重过程分析示意图；
图7是本发明一种实施例中称重过程优化示意图；
图8是本发明一种实施例在实际生产中的称重过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图所示，本例提供一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，采集被称重物体M的相关参数；
步骤S2，通过计算得到当前重量值Wt，并计算实际有效的称重长度L和最大采样个数N；
步骤S3，计算称台长度的最小值L1min；
步骤S4，计算称台长度的最大值L1max；
步骤S5，根据称台长度的最小值L1min和称台长度的最大值L1max确定称台长度范围；
其中，根据称重时间T和内存空间大小n将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，并将其动态存入至内存A中。
本例所述采集被称重物体M的相关参数包括采集被称重物体M的相关参数，即被称重物体M从开始进入称台、到完全在称台上以及到完全退出称台这几个阶段的所有 动态重量数据采集过程，这些动态重量数据采集过程通过高速高精度专业的AD芯片 对称台压力传感器进行高速采样，并对采样结果进行初步滤波，然后得到的滤波结果 就是M物体的动态重量数据，也称被称重物体M的相关参数。
本例旨在通过对高精度动态称重设备的程序滤波算法分析，结合称台长度L1、被称重物品M的实际长度L2、被称重物体M未进入称台的间隙长度L3以及设备运行速 度V等相关参数，根据算法特性推测出动态称重曲线，然后根据曲线形态判别和计算 最终称台长度的合适值。
在动态称重领域，对采样的AD信号往往需要滤波算法的后才能得到能准确反应物体称重过程中的真是重量变化。常用的滤波算法有：
1、简单滑动平均法(MA)：Ft＝(At-1+At-2+.....+At-n)/n，其中，Ft为下一期的预 测值；n为内存空间大小，在这里，内存空间大小n也等于移动平均的时期个数；At-1为前期实际值；At-2、At-3和At-n分别表示前两期、前三期直至前n期的实际值。
2、加权滑动平均法(WMA)：Ft＝w1At-1+w2At-2+w3At-3+…+wnAt-n，w1为第t-1 期实际销售额的权重；w2为第t-2期实际销售额的权重；wn为第t-n期实际销售额的权； n为移动平均的时期个数；w1+w2+…+wn＝1。
当然，在实际应用中，滤波算法还可以采用其他的滤波算法，而不是仅仅局限于上述这两种。
本例根据称重时间T和内存空间大小n将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，并将其动态存入至内存A中，如图2所示，将内存A的每一个空间大小限定为 n，当得到新的当前重量值Wt时将其转存至内存空间A的Fn位置，Fn位置的数据则转 存至Fn-1位置，依此，将各个内存空间的数据依次向前转移1个位置，并且在内存空 间A的数据转存变化时，调用滤波算法对存储的数据进行滤波。
本例将采样数t等于内存空间大小n作为分界线将采样过程分为第一采样过程和第 二采样过程，第一采样过程由于采样数t没有将内存空间大小n填满所以经过滤波算法后得到的动态数据Ft以较大斜率在变化，而采样数t超过内存空间大小n后得到的动 态数据Ft趋于平稳，动态数据Ft为当前重量值Wt动态变化时存入至内存中的数值。
更为具体的，如图2所示，程序中开辟一个内存空间A,内存空间A的空间大小 为n，此处的n与上述滤波算法中的移动平均的时期个数是同一个数学参数，选用相同 的数值。每当数据采集系统采集到的最新AD值Fnew，则发生如下动作：最新AD值 Fnew转存至内存空间A的Fn位置且Fn位置的数据转存至Fn-1位置，Fn-1位置的数据转 存到Fn-2位置，所有内存空间数据依次如Fn一样向前转移1个位置。此时F1位置的数 据由于被F2位置的数据所替代，并且内存空间A中已无位置可放置F1位置的数据，则 自动丢弃。至此，其过程一直使得内存空间A在不断加入采集到的最新AD值Fnew， 同时也在不断的舍弃内存空间A内最老的AD值F1；最新AD值Fnew其实就是当前重 量值Wt。
在内存空间A的每一次变化，都会调用滤波算法(上述常用的滤波算法的一种或者任意其他相关的滤波算法)进行求解。
如果假定Fnew＝C，C为预先设定的实数常量，内存空间A的大小n，n为预先设 定的正整数常量，可以得出Ft在0至T上的曲线与输入Fnew之间的对比关系如图3所 示。其中前面提到的称重时间T为远远大于n的正整数。称重时间T与采样率有关。
可以得出Ft特征函数为
Figure BDA0002534969780000051
在0<t<n时，为线性函数斜率M＝C/n, 在n≤t≤T时，Ft值恒定为C；其中，t为采样次数；*表示乘法运算。
在现实使用中，由于Fnew不可能一直为恒定常量，是一个波动的数值。如果假定Fnew波动在C附近一定的范围，那此时可以推得Fnew经过滤波算法后的曲线如图4所 示。
进而可以得出Ft特征函数为：
Figure BDA0002534969780000052
其中，f(t)为最新AD 值Fnew动态变化时存入内存中的值，也就是当前重量值Wt在动态变化时存入内存中的 值。
通过图4，可以看出在0<t<n时，虽然不再是一个线性得曲线，但仍以一个较大得斜率在逐步上升；在n≤t≤T时，可以看出曲线趋于平稳，与图3中的曲线转折点均 为n点。
根据以上对滤波算法的分析，本例优选将0到T的采样过程分成两个部分。其中 以t等于程序给滤波算法分配的内存空间大小n时为分界线，前半部分由于采样数没有 将内存空间填满所以经过滤波算法后得到的Ft仍于较大斜率在变化，而采样数t超过 内存空间大小n后得到的Ft趋于平稳。
高精度动态称重设备称重过程分析，称重过程中变化的AD值即使算法中的输入参数Fnew；如图5所示，本例定义如下参数：被称重物体M优选为实际工程应用中最长 的被称重测试的物体M；称台长度L1优选为实际称台总长度L1，单位m；被称重物 体长度L2优选为被称重物品M的实际长度L2，单位m；间隙长度L3优选为图5所 示的称重皮带段与前一段之间的间隙长度L3,该间隙长度L3计入称台有效长度，单位 m；实际有效称重长度L优选为称重过程中实际有效的称重长度L，单位m；称重时间 T优选为被称重物品M全部在称台上的总时间；称重速度V优选为设备运行的皮带速 度，单位m/min；滤波深度n优选为程序滤波算法开辟的内存空间大小；称重设备采 样系统采样速率S优选为每秒采样个数；有效的最大采样个数为N。
图5中，整个称重过程中本例关注的时间内可以分为3个细分过程即：
第一个过程为，被称重物体M在没有完全进入称台时的第一称重过程；第二个过程为被称重物体M完全在称台时的第二称重过程；第三个过程为被称重物体M没有完 全退出称台时的第三称重过程。
本例设定3段皮带速度均为V，并且皮带速度V恒定不变。那么在理想状态下， 第一称重过程和第三称重过程为小于被称重物体M的实际重量的，且具有互为相反斜 率的线性函数。第二称重过程的值为被称重物体M的实际重量。如图6所示。
进而可以得出称重过程的特征函数为
Figure BDA0002534969780000061
因此，本例所述步骤S2中，通过公式
Figure BDA0002534969780000062
计算得到当前重量值Wt，其中，GM为被测物体的实际重量，ta为被称重物体M在刚完全进入称台 时的采样点(也称临界采样点)，tb为被称重物体M在完全处于称台到开始退出称台 时的采样点，tc为被称重物体M在完全退出称台时的采样点，t为采样数。
上述公式中，Wt是获取的没有经过滤波时的当前重量值，也就是Fnew。由于上述 的三个细分过程的转折点ta和tb在实际应用中也必然会出现，为了简化计算，本例通 过近似用理想状态的公式
Figure RE-GDA0002630743020000071
代入公式
Figure RE-GDA0002630743020000072
进行分析。由于本例最关心的区间是公式
Figure RE-GDA0002630743020000073
中ta≤t≤tb，由于ta时刻输入的Fnew值才平稳，那么可 以采用极限思想分析内存空间A中的那个数值在ta时刻前数值均为0。这样本例代入 公式
Figure RE-GDA0002630743020000074
后获得的曲线则如图7所示。
从图7中可以得出，在ta≤t≤tb中要经过n个采样点后滤波的结果才趋于平稳。ta+n至tb是动态称重设备的最佳采样区间，在此区间产生的采样个数为有效的最大采 样个数N，其中ta至tb是称重时间T。
因此，本例选取ta+n至tb作为动态称重设备的预设采样区间，其中，ta+n为在采样点ta经过n个采样点后的采样点。
如图5所示，本例所述步骤S2中，通过公式L＝L1+L3计算实际有效的称重长度 L，并通过公式N＝((L-L2)*S/V)-n计算最大采样个数N，其中，L1为称台长度，L3 为被称重物体M未进入称台的间隙长度，L2为被称重物品M的实际长度，S为称重 设备采样系统的采样速率，V为称重设备运行的皮带速度。
由实际使用经验N的实际采样个数不小于3个，考虑到光电对触发的影响本例中的最大采样个数N的取值应不低于10个点位。
因此，本例所述步骤S3中，通过公式L1min＝((N+n)*V/S)+L2-L3计算称台长度的最小值L1min，其中，最大采样个数N的取值大于10；该公式中，最大采样个数N的 取值优选选取的是保证动态称重精度的最小值，进而保证±5个点位的余量后，保证了 工作的稳定和可靠性能。
实际应用中，最大的称台长度限制取决于生产线的产能(每小时生产个数)。如图8所示，实际生产中，多个被测物体间隔距离为第一被测物体M1到第二被测物体M2 之间的距离，也等于L加L2的距离。产能公式如下：产能＝60*V/(L+L2)，进而可以 推导后得出最大称台长度。
因此，本例所述步骤S4中，通过公式L1max＝(60*V/产能)-L2-L3计算称台长度的最大值L1max，其中，产能为每小时的生产个数。
本例所述步骤S5中，根据L1min≤L1max之间的范围来确定称台长度范围，当精度 要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台长度的最大值L1max调整，即，越接近称 台长度的最大值L1max精度越好；当产能要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台 长度的最小值L1min调整，即，越接近称台长度的最小值L1min产能越高。
在实际应用中，如果计算得到的，L1min>L1max表示设计无法实现。L1min＝L1max则称台长度只能为L1min或L1max。
本发明还提供一种高精度动态称重设备的称台长度计算系统，采用了如上所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在称台长度设计时，综合考虑了被称重物品M的实际长度、被称重物品M进入称台的不同阶段、采样的不同过程、被称重 物体M未进入称台时的间隙长度、采样速率以及皮带速度等各种数据，实现了优化设 计和自动计算，进而得到合理且有效的称台长度范围作为称台长度的设计值，有效提 高了高精度动态称重设备的工作效率，并保证其稳定和可靠性，符合高效的生产需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本 发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采集被称重物体M的相关参数；
步骤S2，通过计算得到当前重量值Wt，并计算实际有效的称重长度L和最大采样个数N，通过公式L＝L1+L3计算实际有效的称重长度L，并通过公式N＝((L-L2)*S/V)-n计算最大采样个数N，其中，L1为称台长度，L3为称重皮带段与前一段之间的间隙长度,该间隙长度计入称台有效长度，L2为被称重物品M的实际长度，S为称重设备采样系统的采样速率，V为称重设备运行的皮带速度；
步骤S3，计算称台长度的最小值L1min，通过公式L1min＝((N+n)*V/S)+L2-L3计算称台长度的最小值L1min，其中，最大采样个数N的取值大于10；
步骤S4，计算称台长度的最大值L1max，通过公式L1max＝(60*V/产能)-L2-L3计算称台长度的最大值L1max，其中，产能为每小时的生产个数；
步骤S5，根据称台长度的最小值L1min和称台长度的最大值L1max确定称台长度范围；
其中，根据称重时间T和内存空间大小n将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，并将其动态存入至内存A中。
2.根据权利要求1所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，将内存A的每一个空间大小限定为n，当得到新的当前重量值Wt时将其转存至内存空间A的Fn位置，Fn位置的数据则转存至Fn-1位置，依此，将各个内存空间的数据依次向前转移1个位置，并且在内存空间A的数据转存变化时，调用滤波算法对存储的数据进行滤波。
3.根据权利要求1所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，将采样数t等于内存空间大小n作为分界线将采样过程分为第一采样过程和第二采样过程，第一采样过程由于采样数t没有将内存空间大小n填满所以经过滤波算法后得到的动态数据Ft以斜率在变化，而采样数t超过内存空间大小n后得到的动态数据Ft趋于平稳，动态数据Ft为当前重量值Wt动态变化时存入至内存中的数值。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过公式
Figure FDA0003288597450000011
计算得到当前重量值Wt，其中，GM为被测物体的实际重量，ta为被称重物体M刚完全处于称台时的采样点，tb为被称重物体M在完全处于称台到开始退出称台时的采样点，tc为被称重物体M在完全退出称台时的采样点，t为采样数。
5.根据权利要求4所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，选取ta+n至tb作为动态称重设备的预设采样区间，其中，ta+n为在采样点ta经过n个采样点后的采样点。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据L1min≤L1max之间的范围来确定称台长度范围，当精度要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台长度的最大值L1max调整；当产能要求提高的时候，称台长度范围的选取向称台长度的最小值L1min调整。
7.一种高精度动态称重设备的称台长度计算系统，其特征在于，采用了如权利要求1至6任意一项所述的高精度动态称重设备的称台长度计算方法。
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