Микропроцессорная весоизмерительная система

Микропроцессорная весоизмерительная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая весовую платформу, опирающуюся на частотный датчик веса, путевые цаччикк, две.схемы И, микропроцессорное вычислительное устройство, к входам которого подключен кварцевый генератор , а к выходам - печатающее устройство , блок времени и оперативное запоминающее устройство, о т л и . ч а ,ю щ а я с я тем, что, с целью расвшрения области ее применения и повышения точности взвешивания и надежности, в нее введены фотоприемник опознавания движущегося объекта , блок путевых датчиков, подсоединенный своим входом к путевым датчикам , а выходами - к микропроцессорному вычислительному устройству, делитель частоты датчика веса, триггер управления режимами опознавания, регистр измерения количества периодов датчика веса и счетчик эталонной частоты, причем выход датчика веса подключен через делитель частоты на вход микропроцессорного вычислительного устройства и регистра измерения периодов частоты датчика веса, выходы которого подключены на информационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, выход фотоприемника подключен на единичный вход триггера и первые входы схем И, нулевой выход триггера подключен на второй вход первой схемы И, единичный выход - на второй вход второй схеквл И, выход первой схемы И подключен к управляющему входу микро (Л процессорного вычислительного устройства , выход второй схемы И подключен на третий вход микропроцессорного вычислительного устройства, выход блока путевкх датчиков подключен на нулевой вход триггера, выходы счетчика эталонной частоты подключены на вторые информационные входы микропроцессорного вычисли:Тельного устройства, управляющий выход которого подключен на вход регистра измерения количества периодов датчика веса и счетчика эталонной частоты, при этом второй выход кварцевого генератора подключен к входам счетчика и блока времени, а информационные выходы блока времени подключены к входу оперативного запоминающего устройства.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) 6 01 G 19 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3266575/18-10 (22) 31 03.àl (46) 07.03.84. Вюл. 9 9 (72) A.C.Ìàëþrà, Д.И.Корниенко, Н .М. Товс тон ог, И.Л. Стромцов и A.Â.Òîâñòîíîæêî (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный .институт им.. Артема и Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 681.269 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 699346, кл. G 01 G 19/04, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3216072/18-10

KJI. G 01 G 19/02, 1980. (54) (57) МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ВЕСОИЗNEPHTEJIbHAH CHCTENA, содержащая весоауго платформу, опирающуюся на частотный датчик веса, путевые датчики, две схемы И, микропроцессорное вычислительное устройство, к входам которого подключен кварцевый генератор, а к выходам — печатающее устройство, блок времени и оперативное . запоминающее устройство, о т л и— .ч а.ющ а я с я тем, что, с целью расширения области ее применения и повышения точности взвешивания и надежности, в нее введены фотоприемиик опознавания движущегося объекта, блок путевых датчиков, подсоединенный своим входом к путевым датчикам, а выходами — к микропроцессорному вычислительному устройству, делитель частоты датчика веса, триггер управления режимами опознавания, регистр измерения количества периодов датчика веса и счетчик эталонной частоты, причем выход датчика веса подключен через делитель частоты на вход микропроцессорного вычислительного устройства и регйстра измерения периодов частоты датчика веса, выходы которого подключены на инфор-. мационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, выход фотоприемника подключен на единичный вход триггера и первые входы схем И, нулевой выход триггера подключен на второй вход первой схемы И, единичный выход — на второй вход второй схемы И, выход первой схемы И под- Я ключен к управляющему входу микропроцессорного вычислительного устройства, выход второй схемы И подключен на третий вход ьщкропроцессорного вычислительного устройства, выход блока путевых датчиков подклю- чен на нулевой вход триггера, выходы счетчика эталонной частоты подключены на вторые информационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, управляющий выход которого подключен на вход ре гистра измерения количества перио дов датчика веса и счетчика эталонной частоты, при этом второй выход кварцевого генератора подключен к входам счетчика и блока времени, а информационные выходы блока времени подключены к входу опЕративного запоминающего устройства.

1078255

Зо

Система содержит весовую платформу 1, путевые датчики 2, соединенные своими выходами с блоком 3 путе35 вых датчиков, датчик 4 веса, соединенный своим входом с весовой платформой 1, а выходом — с делителем

5 частоты, регистр б измерения количества периодов датчика веса, своим

40 входом соединенный с делителем 5. частоты, а выходами — с микропроцессорным вычислительным устройством, состоящим иэ центрального процессора 7, блока 8 микропрограммного управления и перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 9, триггер 10, входами соответственно соединенный с блоком 3 путевых. датчиков и фотоприемником 11, а своими выходами подключенный к схемам И 12 и 13 выходы которых соответственно подключены к блоку 8 микропрограммного управления и центральному процессору 7, кварцевый генератор 14, выходами подключенный к счетчику 15 и блоку 8 микропрограммного управления, к центральному процессору 7 и блоку 16 времени, выходная шина которого подключена к двухсторонней информационной шине, 60 соединяющей оперативное запоминающее устройство .17 и центральный процессор 7, адресные выходы которого подсоединены к входам оперативного запоминающего устройства 17 и печа( у гающего устройства 18.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для взвешивания опознавания номера взвешиваемого обьекта и регистрации измеренных параметров, а также времени прохождения движущихся объектов например автомобилей, железнодорожных вагонов И других, через весоконт. рольный пункт.

Известно устройство, содержащее первый и второй груэоприемный узлы с силоиэмерительными датчиками, подключенными к весоизмерительным блокам и датчикам количества вагонов, блок памяти веса брутто, блок коррек ции веса нетто, два датчика номера состава и два адресных блока (1).

Однако это устройство не обеспечивает требуемую точность при больших скоростях движения вэвешиваемого объекта.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является весоиэмерительная система, содержащая весовую платформу, опирающуюся на частотный датчик веса, путевые датчики, две схемы И, микропроцессорное вычислительное устройство, к входам которбго подключен кварцевый генератор, а к выходам — печатающее устройство, блок времени и оперативное запоминающее устройство (2), Однако известная система не обеспечи .ет достаточную точность измерения при больших скоростях движения объекта, сложна и трудоемка в изготовлении, что ограничивает область ее применения. (Целью изобретения является рас ширение области применения и повышение точности взвешивания и надежности всей системы в целом.

Эта цель достигается тем, что в микропроцессорную весоизмерительную систему, содержащую весовую платформу, опирающуюся на частотный датчик веса, путевые датчики, две схемы И и микропроцессорное вычислительное устройство, к входам которого подключен кварцевый генератор, а к выходам — печатающее устройство, блок времени и оперативное запоминающее устройство, введены фотоприемник опознавания движущегося объекта, блок путевых датчиков, подключен. ный своим входом к путевым датчикам, а выходами — к микропроцессорному вычислительному устройству, делитель частоты датчика веса, триггер управления режимами опознавания, регистр измерения количества периодоц датчика веса и счетчик эталонной частоты, причем выход датчика вера подключен через делитель частоты на вход микропроцессорного вычислительного устройства и регистра измерения периодов. частоты датчика веса, выходы которого подключены на информационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, выход фотоприемника подключен на единичный вход триггера и первые входы схем И, нулевой выход триггера подключен на второй вход первой схемы И, единичный выход — на второй вход второй схемы И, выход первой схемы И подключен к управляющему входу микропроцессорного вычислитель ного устройства, выход второй схемы

И подключен на третий вход микропроцессорного вычислительного устройства, выход блока путевых датчиков подключен на нулевой вход триггера, выходы счетчика эталонной частоты подключены на вторые информационные входы микропроцессорного вычислитель. ного устройства, управляющий выход которого подключен на вход регистра измерения количества периодов датчика веса и счетчика эталонной частоты, при этом второй выход кварцевого генератора подключен к входам счетчика и блока времени, а информационные выходы блока времени подклю,чены к входу оперативного эапоминающего устройства.

На чертеже схематически изображена микропроцессорная весоизмерительная система.

1078255

Система работает следующим образом.

При прохождении локомотива в хвосте поезда, фотоприемник 11 системы устанавливается на расстоянии 100120 м от весоконтрольного пункта.

На локомотиве установлена кодовая табличка с номерс . состава, а напротив фотоприемника 11 — осветитель с остронаправленным лучом света.

Первый сигнал, указывающий о про- 10 хождении состава через весоконтрольный пункт, поступает от фотопр емника 11 на единичный вход триггера 10 и один из входов схем И 12 и 13. В исходном состоянии триггер 10 под- 15 держивает на единичном выходе нулевой уровень потенциала, а на нулевом — единичный. Единичный потенциал подается на второй вход схемы И

12,. куда приходит и импульс от фотоприемника 11. Следовательно, на выходе схемы И 12 присутствует единичный импульс, который поступает на вход блока 8 микропрограммного управления. Задним фронтом импульса, поступившего от фотоприемника 11 на единичный вход триггера 10, производится установка его в единичное состояние и разрешающий потенциал снимается с одного иэ входов схемы

И 12. 1риггер 10 устанавливается в единичное состояние, следовательно, с его единичного входа разрешающий потенциал поступает на один иэ входов схемы И 13, которая открыта для импульсов, поступающих от фотоприем- 35 ника 11 на информационный вход центрального процессора 7.

При поступлении сигнала на вход блока 8 (вход загрузки адреса микрокоманды) он начинает работать от 4О поступающих сигналов синхронизации

С с кварцевого генератора 14. По сигналу синхронизации блок 8 производит выбор первой микрокоманды из первой ячейки блока 9. Код микроопе- 45 рации в виде семи разрядов микрофункций F0 — F6 и двух разрядов мас ки К поступает на вход центрального процессора 7,. а одиннадцать разрядов, .представляющих собой четыРе Разряда для управления логикой признаков и семь разрядов для определения адреса следующей микрокоманды, подаЮтся на соответствующие входы блока 8.

По первой микрокоманде происходит засылка в один из сверхоперативных регистров центрального процессора 7 нулевого кода, т.е. установка регистра в ноль. Адрес второй микрокоманды вырабатывается с учетом выполнения предыдущей микрокоманды и признаков, 60 а также кодами функций перехода и т.д.

Первые два сигнала, поступающие на информационный вход центрального у5 процессора 7 от фотоприемника 11 через .открытую разрешающим потенциалом с единичного выхода триггера 10 схему

И 12, служат для анализа скорости прохождения локомотивосостава через весоконтрольный пукнт. Следовательно, каждая кодовая таблица имеет перфорации для выработки управляющих сигналов: первого — для включения микропроцессорного вычислительного устройства, двух последующих — для анализа скорости прохождения движущегося объекта. Определение скорости необходимо для того, чтобы в заданные моменты времени анализировать поступающие сигналы от фотоприемника 11

Если в заданный момент времени есть сигнал, это свидительствует о нали— чии единицы, которая заносится в сверхоперативный регистр центрального процессора 7. Если в Заданный момент времени сигнал отсутствует, то в сверхоперативный регистр заносится ноль.

После прохождения всей-кодовой таблицы через луч осветителя и срабатывания фотоприемника 11 и отработки микропрограммы анализа поступающих сигналов в одном из сверхоперативных регистров записывается код, соответствующий номеру проходящего состава.

При дальнейшем движении состава срабатывают путевые датчики 2 в .определенной временной последовательности

Информация, поступающая от датчи.ка 4 веса через. делитель 5 частоты на вход центрального процессора 7, анализируется, т.е. происходит определение начала импульса, поступающего от датчика 4 веса.

После определения начала переднего фронта импульса, -поступающего с делителя 5 частоты, центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал на регистр б измерения числа периодов за эталонный отрезок времени и на двоичный счетчик 15, предназначенный для занесения в него частоты от кварцевого генератора 14, которая на два порядка выше частоты датчика

4 веса ° После начала занесения импульсов в счетчик 15 центральный процессор 7 выдерживает эталонное время 1э и анализирует, совпадает ли конец последнего периода с заданным временем. Если совпадения нет, производится досчет последнего периода до эталонного времени 4>. Таким образом, получаем в регистре 6 количество периодов ненагруженного датчика веса эа t>, а в счетчике

15 — соответствующий им код.

По микрокомандам блоков 8 и 9 производится взвешивание ненагруженной платформы с учетом состояния аппаратуры .и температуры окружающей среды.

1078255

По окончании + по команде центрального процессора 7 происходит считывание содержимого реги=тра б и счетчика 15 в сверхоперативный реистр. По следующей микрокоманде в центральном процессоре 7 производит- 5 ся операция пересылки этих значений в разные регистры центрального процессора 7, а в дальнейшем деление числа, введенного в центральный процессор 7 иэ счетчика 15, на количест-10 во нериодов за 4, полученных из регистра. 6. Результат этой операции хранится в одном из сверхоперативных регистров. Операция переформировки результатов измерений и деления кода на количество периодов занимает отрезок времени, меньший, чем Ф, а поэтому после их окончания центральный процессор 7 по микрокомандам блока 9 производит повторное взвешивание пустой платформы. 20

Таких измерений производится не менее четырех, по окончании которых результаты их складываются и сумма делится на четыре. Это позволяет с высокой точностью определить код, соответствующий пустой платформе. Результат, полученный таким образом, хранится в одном из сверхоперативных регистров, а все промежуточные вычисления стираются. 30

Ицтервал измерения веса оси проходящего вагона разбивается на участки д -, т.е. Т =К d t., где K= 1, 2, 3, ..., n. Между интервалом л и эталонным временем измерения пустой 35 платформы устанавливается взаимно однозначное соответствие, т.е. =1 °

Следовательно, при дальнейших измерениях веса, нагружаемого на весовую платформу, исключение веса пус- 40 той платформы осуществляется операцией вычитания этого измерения на каждом субинтервале а1 . Поэтому код, полученный и записанный при предыдущих измерениях, используется при 45 каждом измерении за отрезок а1 . Пер-, вые два из путевых датчиков установлены на расстоянии более 5 м друг от друга. Следовательно, даже при скорости движения взвешиваемых вагонов более 15 км/ч при срабатывании первого датчика до срабатывания второго датчика имеется время более 1 с, а это значит, что предыдущее измере.ние можно выполнять несколько раз для лучшего контроля нуля.

При срабатывании второго путевого датчика блок 3 путевых датчиков выдает управляющий сигнал на первый выход, и он поступает на вход цент- @ рального процессора 7, который под управлением микропрограммы производит определение начала периода сигнала датчика 4.веса, поступающего на его вход с выхода делителя 5. 65

Измерение начинается от начала периода и продолжается заданное вре мя 4Ф . После определения начала периода сигнала датчика 4 веса центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал на занесение информации, аналогично предыдущему измерению, в регистр б и счетчик 15. В течение времени Ь1 обрабатывается несколько периодов N датчика 4 веса, и это число записывается в регистр б. За этот же промежуток времени в счетчик 15 записывается код, соответствующий этому отрезку измерения, По окончании времени 1 по микрокомандам блока 8 происходит досчет времени 1 до конца последнего периода, если длительность измерения ь1 не совпадает с концом последнего периода измерения на данном отрезке. Измерение частоты датчика 4 веса производится с высокой точностью, так как в счетчик 15 поступает сигнал от кварцевого генератора 14 со значительно большей частотой, чем от датчика 4, и потеря одного импульса (погрешность дискретности) практически не влияет на точность измерения.

По окончании отрезка времени Ф+Т центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал счетчику 15 и регистру б. Соответствующие значения кода и числа периодов поступают каждое в один из сверхоперативных регистров соответственно, происходит сброс счетчика 15 и регистра б, а затем в эти устройства снова заносится информация на следующем отрезке д .

После операции вычитания веса ненагруженной платформы по определенному адресу из блока 9 считывается весовой коэффициент в один из сверхоперативных регистров . Затем полученный результат операции вычитания умножается на этот весовой коэффициент.- Результат операции умножения хранится в одном из сверхоперативных регистров центрального про- цессора 7.

При следующем измерении за интервал времениа1 все операции повторяют в описанной последовательности, но весовой коэффициент берется из другой ячейки блока 9. Операции деления, вычитания и умножения выполняются в микропроцессорном вычислительном устройстве в промежутке времени д следующего измерения. До окончания времени измерения оси движущегося вагона в одном из сверхоперативных регистров получают сумму всех и измерений данной оси. Так как каждое измерение .умножается на весовой коэффициент, тем самым осуществляется цифровая фильтрация сигнала датчика 4 веса, содержащего наряду с п6стоянной составляющей, 1078255 соответствующей весу объекта, также динамическую составляющую,соответст вующую помехе. Подавление динамической составляющей сигнала тем эффективнее,чем более точно аппроксимируется весовая функция,т.е.в данном слу-5 чае,чем больше взято участков измерения.

После взвешивания первой оси по сигналу из блока 3 производится 10 взвешивание второй оси аналогично предыдущему.

Путевые датчики установлены так, что по их сигналам блок 3 определяет тип-вагона. Если это четырехосный вагон, то после взвешивания четвертой оси блок 3 выдает сигнал на управляющий выход два и после получения этого сигнала центральный процессор 7 выполняет операцию сложения четырех измерений и передачу результата в соответствующую ячейку блока

17 в поле номера состава, который имеет ранее записанный признак.

При наезде локомотива на весовую платформу алгоритм обработки сигналов путевых датчиков изменяется и блок 3 выдает серию импульсов, по которой микропроцессорное вычислительное устройство переходит к другому участку микропрограммы, т.е. 30 взвешивание оси прекращается и счетчик 15 и регистр 6 устанавливаются в исходное состояние. Этой -же серией импульсов подтверждается исходное состояние триггера 10. Затем 35 центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал на вход блока 16 времени. Происходит считывание времени окончания взвешивания последнего вагона в одну из ячеек блока 17. Далее 40 производится выборка номера состава, и печатающее устройство 18 производит печать номера состава, а, затем в порядке взвешивания вагонов печать веса каждого вагона и печать веса 45 всего состава в целом. По окончании печати веса состава центральный процессор 7 производит выборку времени из блока 17, и печатающее устройство отпечатывает время. Выполнив цикл печати, система переходит в режим

50 дежурного ожидания.

Если при работе системы были сбои иэ-за превышения скорости, печатающее устройство 18 производит выбор информации из контрольных ячеек и 55 при печати соответствующего результата печатает специальный символ.

В данной микропроцессорной весоизмерительной системе можно предусмотреть хранение тары всех вагонов 60 находящихся в данном составе, и при печати из полученного ве"а вычитать значение тары. Идентификация состава при этом может осуществляться

bio номеру. 65

Для повышения гибкости системы в период настройки и опытной эксплу атации можно предусмотреть блок клавиатуры, подключаемый к шинам адреса и данным блока 17, чтобы оперативно вносить изменения в информацию хранящуюся в ячейках ОЗУ.

Данную микропроцессорную весоиз-. мерительную систему можно использовать и для взвешивания автомобилей.

Для этого необходимо уменьшить количество путевых датчиков и в блок 17 с помощью клавиатуры записать другие номера автомобилей и их тару, а также другие весовые коэффициенты, так как спектр динамической помехи системы автомобиль — весы отличается от спектра помехи вагон — весы.

Объем программы, хранимой в блоке 9, уменьшается, как и количество ячеек оперативного запоминающего устройства.

Микропроцессорную весоизмерительную систему можно реализовать на. микропроцессорном комплекте серии

К589 и интегральных схемах серии

К155. Оперативное запоминающее устройство можно выполнить на микросхемах К155РУ2 или К561РУ2. В качестве печатающего устройства можно использовать электронную клавишную вычислительную машину Искра-108Д или печатающий механизм с блоком управления СТРОКА-190 .

Точность измерений веса движущегося объекта зависит от величины временного интервала Dt и выбора ве— сбвой функции и дает хорошие результаты с учетом установки нуля перед взвешиванием на скоростях до 1214 км/ч.. При скоростях до 18 км/ч точность измерения остается удовлетворительной.

По предварительным расчетам точность измерений микропроцессорной весоизмерительной системы возрастет не менее чем в 2-3 раза при скоростях до 10 км/ч по сравнению с элект- ронной весоизмерительной системой(1).

Введение отдельных сервисных блоков в микропроцессорную весоизмерительную систему значительно улучшает ее обслуживание и настройку.

Программная реализация алгоритма опознавания и взвешивания, а также печати Всех перечисленных параметров с учетом времени прохождения. состава через весоконтрольный пункт позволит использовать систему как отдельное локальное звено при организации оперативно-диспетчерского управления.

Воэможность выдачи всей информации в цифровом виде позволит применять ее при построении систем сбора информации о подвижных объектах и транспортируемой ими массы.на горных и горнохимических комбинатах

1078255 о а также-при создании иерархических систем АСУТП.

Применение данной микропроцессорной весоизмерительной системы обеспечивает существенное повышение точности измерений, надежности в эксплуатации, снижение энергопотребления и объема оборудовайия. Возможность отработки различных алгоритмов функционирования без изменения аппаратурной части сокращает затраты на разработку, настройку и эксплуатацию, расширяет область применения системы, снижает сроки разработки

5 системы. Укаэанные факторы обеспечивают получение значительного экономического эффекта от применения описанной микропроцессорной весоизмерительной систеьи.

ВНИИПИ Заказ 933/34 ТиРаж 610 ПоДписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4