生產線動態稱重在線標定軟件設計

呂一飛++張新娜+葛俊杰

摘 要：由于動態稱重過程現場干擾因素復雜，設計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統，成為動態稱重儀能夠長期有效應用的必要條件。該文在分析動態稱重現場環境的基礎上，闡述了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設計方案。通過標定分析和測量應用，證明了標定系統設計的有效性。

關鍵詞：動態稱重 數據處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現代科技飛速發展及生產質量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產線現場存在各因素使得小量程動態稱重儀的精度和穩定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統再次帶來不穩定因素，我們研究開發了動態稱重儀在線標定系統，實現了樣品重量自動讀取和記錄、動態信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統的算法原理和軟件設計方法。

1 動態稱重數據處理方法

動態稱重儀是在產品連續傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數據表現為一個類梯形波的動態過程信號。而且由于現場送料和分選裝置產生的機械振動，以及測量系統電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統測量信號頻譜分析的基礎上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現方法是： 設整個動態稱重信號數據長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術平均運算；再取一個新數據放入隊尾，并扔掉原來隊首的數據，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結果。N值可根據周期干擾的頻率成分來選擇。

設重量信號測量電壓為數組X（i），取N=126時，則第1個濾波數據U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數據U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數據Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應的穩態電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統測量靈敏度。重量測量時，產品未傳送到稱重托盤前的數據就是零位偏移的測量值，取濾波數據最初的數百點進行平均，即可得到動態零位電壓U0。實際上在線檢重系統測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統設計

測量系統采用以PCI-9111多功能采集卡進行數據采集，軟件開發采用C++ Builder6.0可視化集成環境。在線標定軟件系統分為圖1所示四個模塊：①靜態標重實現樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態標定實現對樣品動態重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產品動態重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內各個量級的靈敏度新舊數據進行比較，結合測量驗證數據分析，確定標定數據是否合理，合理部分數據存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數。軟件設計中采用C++ Builder操作Access數據庫的2個表，標定數據表和測量數據表，分別存儲標定數據和驗證數據，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統應用分析

實際測試分主要兩步：動態標定和測量驗證。動態標定時要分兩種方式采集數據：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態信號，同一樣品的兩個動態重量信號電壓數據分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩態電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數據見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質量的物品，通過傳送帶通過動態稱重儀，稱重儀根據標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經精密電子秤比較驗證，標定后動態稱重儀測量標準差<4.5%，達到預期設計目標。

4 結語

本文在對動態稱重儀工作環境分析的基礎上，介紹了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及動態檢重儀標定軟件的設計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統設計的有效性。該軟件系統具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數據查詢和分析評估便捷的優點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態稱重系統的動態補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業系統分析與技術實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應變式稱重傳感器的動態特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint

摘 要：由于動態稱重過程現場干擾因素復雜，設計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統，成為動態稱重儀能夠長期有效應用的必要條件。該文在分析動態稱重現場環境的基礎上，闡述了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設計方案。通過標定分析和測量應用，證明了標定系統設計的有效性。

關鍵詞：動態稱重 數據處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現代科技飛速發展及生產質量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產線現場存在各因素使得小量程動態稱重儀的精度和穩定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統再次帶來不穩定因素，我們研究開發了動態稱重儀在線標定系統，實現了樣品重量自動讀取和記錄、動態信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統的算法原理和軟件設計方法。

1 動態稱重數據處理方法

動態稱重儀是在產品連續傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數據表現為一個類梯形波的動態過程信號。而且由于現場送料和分選裝置產生的機械振動，以及測量系統電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統測量信號頻譜分析的基礎上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現方法是： 設整個動態稱重信號數據長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術平均運算；再取一個新數據放入隊尾，并扔掉原來隊首的數據，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結果。N值可根據周期干擾的頻率成分來選擇。

設重量信號測量電壓為數組X（i），取N=126時，則第1個濾波數據U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數據U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數據Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應的穩態電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統測量靈敏度。重量測量時，產品未傳送到稱重托盤前的數據就是零位偏移的測量值，取濾波數據最初的數百點進行平均，即可得到動態零位電壓U0。實際上在線檢重系統測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統設計

測量系統采用以PCI-9111多功能采集卡進行數據采集，軟件開發采用C++ Builder6.0可視化集成環境。在線標定軟件系統分為圖1所示四個模塊：①靜態標重實現樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態標定實現對樣品動態重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產品動態重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內各個量級的靈敏度新舊數據進行比較，結合測量驗證數據分析，確定標定數據是否合理，合理部分數據存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數。軟件設計中采用C++ Builder操作Access數據庫的2個表，標定數據表和測量數據表，分別存儲標定數據和驗證數據，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統應用分析

實際測試分主要兩步：動態標定和測量驗證。動態標定時要分兩種方式采集數據：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態信號，同一樣品的兩個動態重量信號電壓數據分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩態電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數據見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質量的物品，通過傳送帶通過動態稱重儀，稱重儀根據標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經精密電子秤比較驗證，標定后動態稱重儀測量標準差<4.5%，達到預期設計目標。

4 結語

本文在對動態稱重儀工作環境分析的基礎上，介紹了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及動態檢重儀標定軟件的設計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統設計的有效性。該軟件系統具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數據查詢和分析評估便捷的優點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態稱重系統的動態補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業系統分析與技術實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應變式稱重傳感器的動態特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint

摘 要：由于動態稱重過程現場干擾因素復雜，設計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統，成為動態稱重儀能夠長期有效應用的必要條件。該文在分析動態稱重現場環境的基礎上，闡述了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設計方案。通過標定分析和測量應用，證明了標定系統設計的有效性。

關鍵詞：動態稱重 數據處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現代科技飛速發展及生產質量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產線現場存在各因素使得小量程動態稱重儀的精度和穩定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統再次帶來不穩定因素，我們研究開發了動態稱重儀在線標定系統，實現了樣品重量自動讀取和記錄、動態信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統的算法原理和軟件設計方法。

1 動態稱重數據處理方法

動態稱重儀是在產品連續傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數據表現為一個類梯形波的動態過程信號。而且由于現場送料和分選裝置產生的機械振動，以及測量系統電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統測量信號頻譜分析的基礎上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現方法是： 設整個動態稱重信號數據長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術平均運算；再取一個新數據放入隊尾，并扔掉原來隊首的數據，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結果。N值可根據周期干擾的頻率成分來選擇。

設重量信號測量電壓為數組X（i），取N=126時，則第1個濾波數據U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數據U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數據Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應的穩態電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統測量靈敏度。重量測量時，產品未傳送到稱重托盤前的數據就是零位偏移的測量值，取濾波數據最初的數百點進行平均，即可得到動態零位電壓U0。實際上在線檢重系統測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統設計

測量系統采用以PCI-9111多功能采集卡進行數據采集，軟件開發采用C++ Builder6.0可視化集成環境。在線標定軟件系統分為圖1所示四個模塊：①靜態標重實現樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態標定實現對樣品動態重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產品動態重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內各個量級的靈敏度新舊數據進行比較，結合測量驗證數據分析，確定標定數據是否合理，合理部分數據存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數。軟件設計中采用C++ Builder操作Access數據庫的2個表，標定數據表和測量數據表，分別存儲標定數據和驗證數據，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統應用分析

實際測試分主要兩步：動態標定和測量驗證。動態標定時要分兩種方式采集數據：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態信號，同一樣品的兩個動態重量信號電壓數據分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩態電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數據見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質量的物品，通過傳送帶通過動態稱重儀，稱重儀根據標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經精密電子秤比較驗證，標定后動態稱重儀測量標準差<4.5%，達到預期設計目標。

4 結語

本文在對動態稱重儀工作環境分析的基礎上，介紹了動態稱重數據處理方法和計算原理，以及動態檢重儀標定軟件的設計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統設計的有效性。該軟件系統具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數據查詢和分析評估便捷的優點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態稱重系統的動態補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業系統分析與技術實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應變式稱重傳感器的動態特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint