专利名称：包装秤控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种包装秤控制系统，尤其是一种用于包装袋的进料、夹袋控制的软硬件结合的包装秤的控制装置及其控制外部执行机构动作的控制方法。
现有的称重显示仪一般只有称重电路，没有控制电路，功能单一，它只能对秤台的称重进行简单的显示，至于秤台上的包装袋是否可以进料，何时进料，而当料重达设定值时，夹袋装置是否可以封包装袋，这些功能它都无法进行控制。随着称重要求的不断提高，人们一直在探索研究智能化的称重显示仪，近来市场上出现了可用于系统控制的称重显示仪，它不仅能实现称重，而且通过外接PLC还可以控制外部执行机构动作，例如控制进料装置和夹袋装置动作，但它也存在一些不足对外部执行单元进行控制时，不能直接驱动执行单元，需外接PLC模块，同时该显示仪的输入／输出电路为TTL电平，一方面容易受到外界的干扰，另一方面驱动负载的能力也很差。PLC模块与仪表属于两个独立模块，且PLC运行中参数不能反馈给仪表，PLC与仪表各自独立，给使用、操作带来不便。在包装控制方法过程中，由于设有多任务操作模块(RTOS)来控制A／D模块、应用程序和包装控制模块，A／D处理程序、应用程序和包装控制程序依次运行，执行任一模块程序时，另二模块程序无法同步运行，不能实时反映外部信息，即外部信息不能及时地送到其它模块程序，当调整某一模块程序的参数时，另二模块程序停止运行，从而使送入仪表的外部信息被延迟，影响了包装秤系统的工作效率；在其包装控制程序中，没有包装参数自动调整功能。因此包装参数必须在系统调试时由人工根据上次包装的情况，计算并设置包装参数，在包装过程中若其它条件发生变化，整个装置只能停止运行，由人工来重新设置参数，即只能对参数进行静态调整，不能进行动态调整，不能保证整个系统的稳定运行和包装精度。同时该控制器只能在完成每包后打印当前重量，并且不能实现报表和汇总功能，用户要实现报表和汇总功能必须由外部计算机完成。
本发明的目的是提供一种可以直接驱动执行单元、带载能力强、抗干扰能力强、可靠性高且使用成本更低的包装秤控制器。
实现本发明目的的技术方案是一种包装秤控制器，包括有内置包装控制程序的中央控制单元，均与其连接的开关电源模块、A／D转换模块以及显示和键盘接口模块，它还包括有与中央控制单元连接的逻辑输入／输出模块。
所述逻辑输入／输出模块是主要由多个光耦构成的光耦隔离电路。
采用上述技术方案的本发明具有积极效果由于在本发明中设有逻辑输入／输出电路，且该逻辑输入／输出电路采用光耦隔离电路，外界干扰信号被光耦隔离，有效地阻止了外界对本发明的干扰；通过光耦隔离电路，可以直接驱动执行单元，带载能力强；减少了控制环节，增加了本发明的可靠性，同时也降低了成本。
本发明的另一目的是提供一种包装秤控制器的控制方法，应用该控制方法可以使包装秤在动态过程中进行参数的调节，也可以实时反映外部信息，提高了工作效率和包装精度，同时使包装秤控制器运行更可靠。
实现本发明另一目的的技术方案是一种包装秤控制器的控制方法，包括以下步骤第一步执行初始化模块，用于将软件和硬件初始化；第二步启动实时多任务操作模块(RTOS)，用于给各任务分配优先级、初始化堆栈和消息传输通道。
第三步同步执行应用程序模块、A／D处理模块和包装控制模块。
第四步实时多任务操作控制模块对各任务进行控制。
所述包装控制模块流程如下第一步接收到称重传感器的输出信号后进行判断，是否为空秤状态，不为空则自动清零；第二步输出进料信号；第三步输出夹袋信号，并判断夹袋是否到位；第四步夹袋过程完成后，进行去皮；第五步I／O口发出信号，启动放料装置；第六步判断被测重量是否在误差范围内；第七步发出松袋信号，夹袋装置松开；第八步清除皮重；第九步调整包装参数；第十步进入下一次包装过程。
由于本发明启动了实时多任务操作模块，因此应用程序模块模块、A／D处理模块和包装控制模块可以同步运行，在包装控制模块中设有修正参数程序模块，因此，该包装秤控制器在工作过程中，可以在不停机状态自动更改参数，保证了该包装秤控制器能连续不间断工作，实时反映了外部信息，提高了工作效率，也保证了控制器的运行和包装精度。通过本发明软硬件的结合，实现了PLC与仪表的一体化，降低了成本，提高了本发明的可靠性。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明电路结构框图；图2是本发明中央控制单元结构框图；图3是本发明中央控制单元电原理图4是本发明实施例的开关电源电原理图；图5是本发明实施例的A／D转换模块的电原理图；图6是本发明实施例显示和键盘接口模块的电原理图；图7是本发明串行输入／输出模块的电原理图；图8是本发明实施例输入／输出模块的电原理图；图9是本发明实施例输入／输出模块中的一路输入口电路图；图10是本发明实施例输入／输出模块中的一路输出口电路图；图11是本发明实施例使用状态参考图；图12是本发明控制方法流程框图；图13是本发明A／D转换模块工作流程框图；图14是本发明应用程序模块流程图；图15是本发明包装控制流程图。
图1所示的包装秤控制器，包括有内置包装控制程序中央控制单元1，均与其连接的开关电源模块2、A／D转换模块3、显示和键盘接口模块4以及与中央控制单元1连接的逻辑输入／输出模块5。在具体实施时，本发明的中央控制单元1还可以外接串行输入／输出模块6。
由图2和图3可知所述中央控制单元1包括有微处理单元11，均与其连接的实时时钟单元12、看门狗电路单元13和存贮单元14。它主要用于对接收的数据进行处理并发出相应的控制命令。其中微处理单元11主要由单片机U1及其外围电路构成，U1可以采用型号是P51XA-S30KBBA的16位51系列的单片机；实时时钟单元12主要由集成芯片U4及其外围电路构成，U4的型号是RTC4543。看门狗电路单元13主要由集成芯片U5及其外围电路构成，U5的型号是MAX693。存贮单元14主要由静态RAMU8、Flash ROM U6和U7、E2PROM U20及各自的外围电路构成，其中U8、U6、U7和U20的可以采用的型号分别是W24010、29F040、29F040和93C56，与RAMU8、ROMU6和U7等连接的数据锁存器U2可以采用的型号是74HC573，地址译码器U3可以采用的型号是74HC138，就这几部分相对独立的电路而言，均是公知的常规技术。为了可靠选通逻辑输入／输出模块5的信号，单片机U1还接有输入选通和输出选通电路，输入选通电路主要由集成芯片U9和U10构成，输出选通电路主要由集成芯片U15和U17构成，其中U9、U10、U15和U17可以采用的型号分别是74HC374、74HC374、74HC239、74HC239。中央控制单元1与外部的A／D转换模块3、显示和键盘接口模块4、串行输入／输出模块6均采用串行连接方式，因此采用3串行控制芯片U18进行串行口扩展，U18可以采用的型号是16C552。
由图4可知，所述开关电源模块3主要由开关电源集成芯片U21、光耦O1和脉冲变压器T1构成。这是一个开关电源集成芯片U21的典型应用电路，其中U21的型号是TOP223，它有五路输出电压，输出电压分别是24V、35V、11V、5V和3．3V，它为本发明的其它各部分电路提供相应的工作电压。这种开关电源可靠性高，输出电压稳定，带载能力强。在本实施例中，也可以采用其它公知的开关电源模块。
由图5可知所述A／D转换模块3采用独立模块化设计，并使其与中央控制单元1串行连接，它主要由单片机处理电路31和依次连接的运算放大电路、模拟滤波电路以及A／D转换电路构成。A／D转换电路的输出接单片机处理电路31的输入口。单片机处理电路31主要由单片机U300及外围ROM、RAM路构成，单片机U300、地址锁存器U309、RAM、EPROM、E2PROM采用的型号分别是80C32、74HC373、6118、27C512和93C46；A／D转换电路主要由模拟开关U301、U302，A／D转换电路33由ADC芯片U308及相应外围电路构成，其中U301、U302和U308的可以采用型号分别是74HC4053、74HC4053和Melsi2。这部分电路用于将外界传感器输出的模拟量转化成数字量，并对传感器输入的信号进行直接处理，而后将处理结果以串行通行方式送给中央控制单元。因此数据处理速度快且精度高，减轻了本发明中央控制单元1的负担，同时可以单独工作，维修、更换比较方便，不会影响中央控制单元1的工作。具体工作原理同常规模／数转换电路。
由图6可知所述显示和键盘接口模块4也采用模块化设计，并使其与中央控制单元1串行连接。它主要由单片机U401及其外围电路、键盘制显示器构成，单片机可以采用的型号是80C32。所以显示和键盘接口模块4也具有独立的数据输入处理及显示功能，减轻了中央控制单元1中的CPU均负担，便于升级、更换显示方式。本实施例中的键盘采用4×6矩阵式键盘，显示器采用荧光数码管(VFD)。
本实施例中，还包括有与中央控制单元1中的CPU连接的串行输入／输出模块6。由图7可知，所述串行输入／输出模块6主要由串行通讯接口芯片U601、U602及其外围电路和电流环信号输入输出电路构成。其中U601的型号是75LS180，通过其可以将信号转化成标准的RS485信号与外围终端串行连接，U602的型号是MAX232，通过其将信号转化成标准的RS232，电流环信号输入电路由光耦U603，五个非门U14，两个与门U19构成，电流环信号输出电路是主要是由Q1、Q2构成的放大电路，主要用于和外围打印设备或PC服务器连接。
所述逻辑输入／输出模块5主要由多个光耦构成的光耦隔离电路，见图8。在这部分电路和CPU中的程序共同作用下，可以代替已有技术的PLC电路，从而使本发明可以直接驱动执行单元，不仅提高了本发明的可靠性，而且降低了成本。由图9可知，所述输入口电路由光耦和并接在发光二极管两端的保护二极管构成，外界信号通过输入口的光耦送入CPU处理。外界干扰信号经过光耦隔离，无法进入CPU电路，其抗干扰能力增强了。由图10可知，所述输出口电路由光耦和与光耦的光电三及管的发射极连接的起信号放大作用的三极管T，以及并接在三极管T的发射极与集电极之间的稳压管构成。CPU发出控制信号通过输出口光耦隔离，并经过T放大、稳压管稳压后驱动执行单元，因此驱动负载能力增强，可靠性更高。
上述所说的本发明的各部分单元电路也可以用其它相关的功能一致的模块单元替代。
由图11可知，实施例中的包装秤的执行装置包括料位计71、放料仓72、放料装置73、进料阀门74、称重传感器75和夹袋装置76，这些技术及它们的连接技术均是现有技术。本发明实施时，以上执行装置的电信号输入输出端均和本实用新型8的逻辑输入／输出模块5的相应端口连接，这种连接是常规技术。本发明的硬件工作原理如下当外部信号即称重传感器输出的信号输入到A／D转换模块3，由于A／D转换模块3相对独立，可以对外部输入的信号进行数据处理，把重量信号转换成与其相应的A／D读数，通过串行口把此数据输入到中央控制单元1，由中央控制单元1对数据再进行处理并转换成对应的重量值，一方面以串行通讯方式驱动显示和键盘接口模块4工作，显示出重量值，另一方面通过串行输入／输出模块6进行数据打印、汇总等。
控制本包装秤控制器工作的控制方法见图12，控制方法如下第一步执行初始化模块，用于将软件和硬件初始化；第二步启动实时多任务操作模块(RTOS)，用于各任务分配优先级、初始化堆栈和消息传输通道，RTOS模块是市售的多任务控制模块。
第三步同步执行应用程序模块、A／D处理模块和包装控制模块。
第四步实时多任务操作控制模块对多任务控制。
由于本发明的控制方法中执行多任务操作模块，在多任务操作模块中采用任务控制块(TCB)的数据结构描述任务的运行状态，并定义有中间数据区，用于各任务之间进行数据传输，它包括四部分内容1、任务申明，2、确定任务优先级，3、给各任务分配堆栈，4、调用RTOS的相关函数。多任务操作模块给应用程序模块、A／D处理模块和包装控制模块设置的时间片段很短，远远低于各模块运行过程的时间，其工作过程是RTOS的常规工作原理，因此对外表现为三任务同步运行，在RTOS的中间数据区中设有置位命令，执行A／D处理模块程序模块把相应指令写入中间数据区，在执行包装控制模块时，把中间数据区中的相应指令又读出，控制包装秤控制器的运行，并使逻辑输出电路中的相应位发出高低电平，驱动外围执行机构动作，包装控制过程中能同时进行A／D处理等，提高了本发明的工作效率和包装精度。
所述A／D转换模块工作流程见图13，首先通过串行口读取A／D板送过来的与重量相对应的A／D读数；接着判断此读数是否有效，若有效则转入数据处理模块；在数据处理模块中，对A／D读数进行数字滤波，然后转化成对应的重量值；这些均是常规技术。最后由包装控制模块向RTOS的数据区发相应命令，A／D转换模块调用这些命令，再对重量值完成自动零点跟踪、清零、去皮、清皮和动态判断操作，并刷新保存重量数据的内存。
所述应用程序模块工作流程见图14，首先显示版本，依次往下是启动包装控制程序、启动A／D程序，判断是否要进行参数设置，若不需要参数设置，则依次执行显示服务程序、键盘服务程序，判断是否要进行串行口处理，若不需要，则运行打印服务程序，运行该程序前，由包装控制模块向RTOS模块发相应指令，应用程序模块调用该指令后执行打印程序。需要处理，则进行串行口处理后回到参数设置。
本发明包装控制的工作流程见图14第一步本发明的A／D转换模块3接收到称重传感器75的输出信号后判断是否为空秤状态，不为空则自动清零。
第二步中央控制单元1输出进料信号，通过逻辑输入输出模块5向进料阀门74发出相应控制电平，打开进料阀门74，开始进料。等放料仓72满后，料位计71输出料仓满信号，该控制器通过逻辑输入输出模块5接收到该信号后，中央控制单元1又输出与进料时相反的控制电平，关闭进料阀门74，停止进料。
第三步中央控制单元1通过逻辑输入输出模块5相应端口输出夹袋信号，并判断夹袋是否到位。
第四步夹袋过程完成后，首先读由A／D转换模块3写入RTOS中间数据区的数据，而后向A／D转换模块3发出去皮命令，由A／D转换模块3自动完成去皮功能。
第五步启动放料装置，本实施例中放料装置有快、中、慢速三档。首先是快速进料，根据称重传感器75输出的重量信号判断是否达到快速放料值，若已达到，则信号控制放料装置73切换到中速放料，并开始中速放料。根据称重传感器75输出的重量信号判断是否达到中速放料值，若已达到，则输出信号控制放料装置切换到慢速放料。并开始以慢速放料。根据称重传感器75的重量信号判断是否达到(目标值-提前量值)，若已达到，则信号关闭放料装置。这一过程中的数据都出A／D转换模块写入RTOS中间数据区的数据而读得。该实施例中的放料装置73也可有快、慢两档。
第六步判断被测重量是否在误差范围内，若重量有效，则将包装数据发往RTOS的中间数据区，并发出相应指令，应用程序模块调用后，将包装数据打印输出，从而使本发明由串行输入输出模块6一起实现了报表打印和汇总功能。同时保存在本发明的数据库中，以便今后输出报表和汇总。
第七步中央控制单元1通过逻辑输入／输出模块的相应端口发出松袋信号，夹袋装置76松开。
第八步首先读由A／D转换模块3写入RTOS中间数据区的数据，而后向A／D转换模块3发出清皮使命令，自动清除皮重值。
第九步根据本次包装的结果，自动调整包装参数。
第十步进入下一次包装过程。
所述调整包装参数的工作流程如下第一步根据包装误差，重新设置参数提前量值，根据下式计算新提前量，新提前量=原提前量+1／2(实际值-目标值)第二步计算包装速度，用于确定单位时间内进料的多少，为确保测量精度作准备；第三步调整放料值。
调整放料值包括调整快、慢放值，快放值设定在进料实际值达目标值的80％～95％，慢放值设定为进料实际值达目标值的20％～5％。
用上述方法调整放料值，可以缩短包装时间，提高包装效率，减小调整参数。
本发明由于在整个控制过程中加了多任务控制模块，A／D转换模块、应用程序模块、包装控制模块三个任务均有任务控制块(TCB)的数据结构描述三任务的运行状态，在执行任一任务时，都有可能转去执行另一任务，从而使三任务交叉同步运行，实际了参数动态调整功能，在任务模块中的参数都是即时数据，使数据具有实时性，提高了测量精度。而以往控制过程中，若正在执行包装控制模块，则A／D模块、应用程序模块均停止运行，因此包装控制模块中的数据具有时滞性，影响了测量精度。
权利要求
1.一种包装秤控制器，包括有内置包装控制程序的中央控制单元(1)，均与其连接的开关电源模块(2)、A／D转换模块(3)和显示和键盘接口模块(4)，其特征在于它还包括有与中央控制单元(1)连接的逻辑输入／输出模块(5)。
2.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于所述中央控制单元(1)包括有微处理单元(11)，均与其连接的实时时钟单元(12)、看门狗电路单元(13)和存贮单元(14)。
3.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于开关电源模块(2)主要由电源集成芯片U1、光耦O1、可调稳压管U2和脉冲变压器T1构成。
4.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于所述A／D转换模块(3)与中央控制单元(1)串行连接，主要由单片机处理电路(34)和依次连接的运算放大电路(31)、模拟滤波电路(33)以及A／D转换电路(33)构成，A／D转换电路(33)的输出接单片机处理电路(34)的输入端。
5.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于所述显示和键盘接口模块(4)与中央控制单元(1)串行连接，主要由单片机U401及其外围电路、键盘和显示器构成。
6.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于逻辑输入／输出模块(5)主要由多个光耦构成的光耦隔离电路。
7.根据权利要求1所述的包装秤控制器，其特征在于还包括有与中央控制单元(1)连接的串行输入／输出模块(6)，所述串行输入／输出模块(6)主要由串行通讯接口芯片和电流环信号输入输出电路构成。
8.一种包装秤控制器的控制方法，其特征在于包括以下步骤，第一步执行初始化模块，用于将软件和硬件初始化；第二步启动实时多任务操作模块(RTOS)，用于给各任务分配优先级、初始化堆栈和消息传输通道。第三步同步执行应用程序模块、A／D处理模块和包装控制模块。第四步实时多任务操作模块对各任务控制。
9.根据权利要求6所述的包装秤控制器的控制方法，其特征在于所述包装控制模块流程如下第一步接收到称重传感器的输出信号后进行判断；第二步输出进料信号；第三步输出夹袋信号，并判断夹袋是否到位；第四步夹袋过程完成后，进行去皮；第五步I／O口发出信号，启动放料装置；第六步判断被测重量是否在误差范围内；第七步发出松袋信号，夹袋装置松开；第八步清除皮重；第九步调整包装参数；第十步进入下一次包装过程。
10.根据权利要求9所述的包装秤控制器的控制方法，其特征在于包装参数调整包括以下步骤--重新设置提前量值，根据下式计算新提前量新提前量=原提前量+1／2(实际值-目标值)；--计算包装速度；--调整料放值。
11.根据权利要求10所述的包装秤控制器的控制方法，其特征在于调整放料值包括调整快、慢放值，快放值设定为进料实际值达目标值的80％～95％，慢放值设定为进料实际值达目标值的20％～5％。
全文摘要
一种包装秤控制器及其控制方法,包括有内置包装控制程序的中央控制单元,均与其连接的开关电源模块、A/D转换模块以及显示和键盘接口模块,它还包括有与中央控制单元连接的逻辑输入/输出模块。可以直接驱动执行单元、带载能力强、抗干扰能力强、可靠性高且使用成本更低的包装秤控制器。
文档编号B65B1/30GK1294075SQ0013322
公开日2001年5月9日 申请日期2000年11月11日 优先权日2000年11月11日
发明者谢江, 钱旭英, 谢辉 申请人:梅特勒－托利多常州衡器有限公司