基于PLC的電子吊秤砝碼加載技術(shù)研究

 [摘 要 ] 種用于電子吊秤檢測的砝碼自動加載技術(shù)，針對電子吊秤檢測中砝碼加載重量、高度高、難以串接等缺點，應(yīng)用 PLC 自動控制技術(shù)，同時引入模糊滑模控制算法，設(shè)計了套自動加載控制裝置，解決了傳統(tǒng)自動控制中砝碼加載精度不高、效率低、存在抖振等問題，實現(xiàn)了電子吊秤砝碼的自動、準確、高效加載

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的步和經(jīng)濟的快速發(fā)展，電子吊秤在商業(yè)、倉儲碼頭、工況企業(yè)中的需求增長明顯，而隨著電子吊秤的廣泛應(yīng)用，需要檢定的電子吊秤的數(shù)量也與日俱增；目前內(nèi)對電子吊秤主要采用“替代法”或人工吊裝標準砝碼的方式行檢測，采用“替代法”檢測時，“替代法”使用要求嚴格，如不充分注意其檢測的特殊性，忽視其必要條件，勢必會引起不良的后果，給檢測結(jié)果帶來誤差；而采用人工吊裝標準砝碼時，由于砝碼本身重量、高度高，尤其對于噸位的電子吊秤砝碼加載難度巨，難以達到規(guī)程規(guī)范的檢測要求，且具有較的安全隱患。
為了解決以上問題，本文通過將 PLC 控制器與傳統(tǒng)電子吊秤砝碼加載相結(jié)合設(shè)計了種砝碼自動加載裝置，解決了需要人工吊裝砝碼的問題，同時在控制算法中采用模糊控制與滑模控制相結(jié)合，使得電子吊秤砝碼在自動加載過程中更加準確、高效。
2 砝碼自動加載工作原理
傳統(tǒng)的鎖型砝碼體積、高度高，不好串接，難以實現(xiàn)砝碼的自動加載；如圖 1 所示本設(shè)計選用組重量與高度成同比例關(guān)系的掛碼，使其層層相扣組成個砝碼串放置在支撐板上，電子吊秤通過吊掛機構(gòu)與砝碼串相連，通過步電機控制砝碼串的下降以達到電子吊秤砝碼自動加載的效果。

3 加載數(shù)學(xué)模型
砝碼串中每級砝碼的質(zhì)量和其高度都成同比例關(guān)系，可以通過控制支撐板下降高度以達到控制砝碼加載量的效果，砝碼加載量與支撐板下降高度數(shù)學(xué)模型如公式 1 所示。E xamination Test
檢驗測試
10m（k）=x（k）- YD其中：m（k）—— — 電子吊秤當前砝碼加載量；x（k）—— — 支撐板當前位移信號；Y—— — 電子吊秤受力界點支撐板位移值；D—— — 砝碼高度與重量比例系數(shù)；Y，D 為常數(shù)。

4 控制裝置硬件設(shè)計
自動加載控制裝置硬件部分如圖 2 所示，由上位機、PLC 控制器、位移傳感器及步電機等部分組成，綜合考慮可靠性高、配套齊全、性比高、維護方便等有點，本裝置選用西門子S7- 300 作為控制器，日本基恩士的 AG- 80 作為位移傳感器。裝置運作時通過由上位機輸入的預(yù)設(shè)加載砝碼值和由位移傳感器反饋的支撐板位移值，由 PLC控制器運算得出個控制信號 u（k），控制步電機驅(qū)動支撐板的步升降，以達到預(yù)設(shè)砝碼量的加載，同時由圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向上位機采集并記錄電子吊秤當前數(shù)值。

5 控制算法設(shè)計
滑?？刂票举|(zhì)上是類特殊的非線性控制，可以在動態(tài)過程中，根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài) （如偏差及其各階導(dǎo)數(shù)等） 有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運動，與常規(guī)控制相比，滑?？刂祈憫?yīng)速度更快、物理實現(xiàn)簡單、抗干擾性更；但是由于滑動模態(tài)的建立，控制器的輸出存在抖振，為了步削弱抖振本設(shè)計在控制算法上引入模糊控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合。
t檢驗測試11由上文所述的 S7- 300PLC 模塊輸出支撐板下刻的位置指令 r （k），由 AG- 80 位移傳感器檢測并反饋回當前支撐板的位置信號 x （k），獲得誤差信號 e（k）=r （k）- x（k）。由離散滑?？刂频奶匦詻Q定其在誤差信號小于定范圍內(nèi)時，更易建立滑模面，控制效果更好，因此根據(jù)實際操作預(yù)先設(shè)定閾值 e p 和控制信號 m，e p 和 m 皆為有限常數(shù)值。當誤差信號 e （k）小于預(yù)先設(shè)定的閾值 e p 時，將誤差信號 e（k）和 e' （k）做為滑?？刂破鞯妮斎胄袛?shù)據(jù)處理得到切換函數(shù)值 s （k），等效控制值 u eq 和切換控制值 u sw 。再將切換函數(shù) s （k）和 s' （k）作為模糊控制器的輸入行模糊推理等處理輸出 fs 再反饋給切換控制。經(jīng)過滑?？刂破髂K和模糊控制器模塊處理后，控制信號 u（k）=u eq +u sw 。當誤差信號于設(shè)定閾值時，則取控制信號為 u（k）=u（k- 1）+m，m為有限常數(shù)值。

6 結(jié)論
本文針對電子吊秤檢測設(shè)計了套砝碼自動加載裝置，通過建立數(shù)學(xué)模型將砝碼加載的重量信號轉(zhuǎn)換為支撐板升降位移信號，以 S7- 300PLC作為控制器，通過模糊滑模控制算法精確控制支撐板升降位移，以達到電子吊秤砝碼的自動加卸載，即解決了傳統(tǒng)砝碼手工加載的效率低、安全隱患等問題，也解決了自動砝碼加載中砝碼間搭靠、加載精度不高，存在抖振等問題。