Весоизмерительное устройство для грузов, подвешенных в захвате конвейера Советский патент 1993 года по МПК G01G19/18 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может найти применение при взвешивании грузов, перемещаемых в захватах конвейера, .

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема кольцевого счетного устройства и первого блока дешифраторов: на фиг. 3 и 5 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 - схема реверсивного счетчика.

Устройство (фиг.1) содержит грузопри- емную площадку с преобразователем вес- аналог 1, элемент сравнения 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, блок индикации и регистрации 4, датчик наличия груза на захвате кбнвейера 5, реверсивный счетчик 6. первый блок ЗАПРЕТ 7, элемент НЕ 8, датчик прохождения захватов 9, кольцевое счетное устройство 10, первый блок дешифраторов 11, блок памяти 12, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, датчик скорости конвейера -14, первое счетное устройство 15, второй блок дешифраторов 16, второе счетное устройство 17, третий блок дешифраторов 18,; второй блок ЗАПРЕТ 19, генератор тактовых импульсов 20. На фиг. 1 представлена схема устройства применительно к одному рабочему месту передачи груза на конвейер. Данное допущение принято с целью упрощения фиг.1, однако данная структура построения справедлива для любого по расстоянию от участка взвешивания рабочего места по всей длине конвейера.

На фиг. 2 представлена функциональная схема кольцевого счетного устройства и первого блока дешифраторов, а также их связи между собой и с другими блоками устройства. В состав данных блоков 10 и 11 входят (фиг.2) элемент И 21, три триггера 22, 23 и 24, три элемента И 25, 26 и 27, а также элемент И 28.

00

о о- со со

со

На фиг, 4 йредставлена схема реверсивного счетчика 6, включающего в себя элементы И 29-3.1, триггеры 32-34 и линии задержки 35 и 36. На фиг. 4 представлен случай построения реверсивного счетчика 6, когда с данного рабочего места до начала цикла взвешивания может быть передано произвольное (в данном случае 3) число грузов. Частный случай, когда с рабочего места передан один груз до начала цикла взвеши- ваиия, соответствует варианту построения с единичным элементом И 29, единичным триггером 32 и линиями задержки 35 и 36. На фиг. 4 для случая построения реверсивного счетчика на одном триггере и одном элементе И, т.е. для случая одноразовой передачи груза за цикл взвешивания, кольцевое счетное устройство 10, первое счетное устройство 15 и первый блок ЗАПРЕТ 7 соответственно упрощаются до кольцевого счетчика, счетчика и элемента ЗАПРЕТ. Специфика такого построения реверсивного счетчика 4, позволяет осуществлять как последовательное чередование циклов передачи грузов и операций взвешивания, так и сменное, т.е. в разбивку - чередование операций передачи грузов и взвешивания по случайному закону, что и имеет место на практике.

Устройство работает следующим обра- зом.

Включается питание от. источника (на фиг. 1, 2, 4 не показанного), все счетные устройства (6, 10, 15, 17) устанавливаются в исходное (нулевое) состояние, посредством кнопок (на фиг. 1 также не доказанных) производится начальная установка (грубо) второго блока дешифраторов 16 и генератора тактовых импульсов 20 (точно), подготавливаются к работе (путем подачи на них напряжения питания) блоки 2,3,4, 19,7, 18, 8, 12, .11, 13, а также при необходимости производится тарировка датчика вес-аналог 1. Принцип действия датчика 1 основан на преобразовании усилия от массы взвешива- ющегося груза в пропорциональный этому усилию унифицированный токовый сигнал.

Пуск конвейера (на фиг. 1 не показан) осуществляется с-помощью пульта управления через приводную станцию. Конвейер предназначен для транспортировки грузов от места приема или выборки до места потребления или дальнейшей обработки после взвешивания, а также возврата пустой тары к местам установки грузов, Одновре- менно с пуском конвейера подается питающее напряжение на датчики 5,9 и 14. Датчик наличия груза на конвейере 5 (датчик места наработки) представляет собой, например, формирователь одиночных импульсов (одновибратор), реализованный, например, в виде ждущего мультивибратора, запускаемого от кнопки. При этом при нажатии кнопки (и ее отпускании) импульсный сигнал с пологим фронтом (срезом) преобразуется в одновибраторе в одиночный импульс с крутым (прямоугольным) фронтом и срезом. Датчик прохождения захватов 9 реализуется, например, по магнито-индукционному принципу, т.е. реагирует на изменение магнитной проводимости вследствие проходящего мимо него металлического стержня захвата.

Датчик скорости конвейера 14 состоит, например, из инфракрасного ИК-излучателя света, ИК-приемника света, модуляционного диска с отверстиями, закрепленного на валу двигателя приводной стадии конвейера, причем выход ИК-приемнмка света через последовательно соединенные опер ацион- ный усилитель, формирователь и делитель подключен к счетному входу С первого счетного устройства 15, Датчик скорости 15 реализует бесконтактный способ измерения скорости двигателя путем приема проходящих через отверстие вдискеИК-лучей, излучаемых инфракрасным излучателем, расположенным по другую от приемника сторону модуляционного.диска. Источником ПК-излучения служит арсенид-галлие- вый светодиод со сравнительно узким спектром излучения (от 0,75 до 0,96 мкм). В этом диапазоне. ПК-излучение испытывает минимальное затухание, а вследствие;использования малой длины волны повышается отношение сигнал/шум и датчик скорости является помехозащищенным по входу.

Для приема отраженного сигнала используется кремниевый фотодиод. Исходный режим выбран таким, что когда на пути ИК-лучей находится сплошная часть.модуля- ционного диска, выходное напряжение операционного усилителя отрицательно и на выходе формирователя импульсы не формируются. При появлении на пути между ИК- излучателем и ИК-приемником отверстия фотодиод ИК-приемника воспринимает излучаемый сигнал от ИК-излучателя, который после усиления, формирования и деления в требуемое число раз поступает на счетный вход первого счетного устройства 15.

После размещения груза вместе с тарой на конвейере оператор нажимает кнопку, вызывая тем самым срабатывание датчика наличия груза на конвейере5. Сигнал сдатчика 5 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 6 через схему И 29 (фиг.4), срабатывающую из-за наличия высокого потенциала на втором ее входе, соединемного с инверсным выходом СИ RS- триггера 32, собранного по двухступенчатой схеме и находящегося в режиме записи О. После срабатывания указанного триггера по суммирующему входу S в нем будет записана 1 и прямой выход Q перейдет в высокое потенциальное состояние, которое, в свою очередь, передается на разрешающий вход первого счетного устройства 15 и на один из входов элемента И 21 кольцевого счетного устройства 10 (фиг. 1 и 2). Начиная с этого момента, на другой вход кольцевого счетного устройства 10 поступают импульсы с датчика прохождения захватов 9. которые будут подсчитываться данным устройством 10. Кольцевое устройство 10 рассчитано на суммарное количество захватов на конвейере и работает по кольцевому (или циклическому) принципу,

т.е. после накопления суммы импульсов,соответствующей суммарному числу захватов

. кон.вейера, обнуляется и счет импульсов повторяется сначала, т.е. с нулевого значения. Сигналы с кольцевого счетного устройства 10 поступают на вход первого блока дешифраторов 11, построенного на элементах И 25-28.

Одновременно сигнал с выхода ревер- сивного.счетчика 6 в потенциальной форме, поступая на разрешающий вход первого счетного устройства 15, открывает тем самым счетный вход данного блока для подсчета импульсов с датчика скорости конвейера 14. С выхода датчика скорости 1.4

.сигналы в импульсной форме поступают на счетный вход первого счетного устройства 1.5. где и суммируются при открытом разрешающем входе R с выхода Qt триггера 32 (фиг.4) реверсивного счетчика б. Второй блок дешифраторов 16 выявляет с выходов счетного устройства 15 число импульсов, соответствующее моменту достижения весоизмерительного участка данным грузом за счет начального установления данного блока дешифраторов. Учитывая, что от каждого рабочего места (т.е. места передачи груза на конвейер) до участка взвешивания расстояние переменное, величина начальной установки также будет меняться.

Однако величина такой уетавки будет грубой, т.к. она определяет местоположение передачи груза с точностью до одного захвата, т.е. не учитывает погрешности между соседними градациями уставок и обусловленных действием различных факторов - люфтами в механической передаче конвейера, временными задержками в каналах обработки сигналов от датчиков скорости конвейера и датчика прохождения захватов и т.п. Поэтому для устранения такого рода погрешностей предусмотрен контур точной подстройки внутри интервала прохождения соседних захватов и включающий в себя генератор тактовых импульсов 5 20, второй блок ЗАПРЁТ 19, второе счетное устройство 17 и третий блок дешифраторов 18. Работает данный контур следующим образом. Импульс, появляющийся на выходе второго блока дешифрато0 ров 16 и грубо совпадающий с моментом срабатывания (т.е. генерации импульса) датчика 9 и фиксирующий появление груза, переданного с рабочего места по сигналу с датчика наличия груза 5, поступает на раз5 решающий вход второго счетного устройства 17, открывая его для прохождения (и счета) импульсов повышенной (по сравнению с частотами сигналов с датчиков 9 и 14) частоты,с генератора 20 через разрешаю0 щий вход второго блока ЗАПРЕТ 19 на счетный вход устройства 17.

После заполнения второго сметного устройства 17 на всех его выходах, а следовательно, и входах третьего блока

5 дешифраторов 18 появляются единичные сигналы, вызывающие срабатывание (прохождение единичного сигнала на выход) данного блока 18. С одной стороны, этот блок запрещает прохождение импульсов с

0 генератора 20.через блок ЗАПРЕТ 19 на счетный вход второго счетного устройства 17, который после заполнения импульсами обнуляется, .а е другой - управляет первым блоком дешифраторов 11, причем сигналом

5 в импульсной форме с временем действия меньшим периода смены сигналов с датчиков 9 и 14. При этом начало действия этого сигнала определяется емкостью счетного устройства 17 и частотой генератора 20. Так,

0 например, пусть рабочее место, с которого поступает груз на взвешивающее устройство, определяется числом захватов конвейера от данного рабочего места до участка взвешивания и составляет 137 в десятичном

5 коде, что соответствует 10001001 в двоичном коде. В момент счета указанного числа импульсов.кольцевым счетным устройством 10, построенным на последовательно соединенных триггерах (фиг.2), как и счетные

0 устройства 15 и 17, единичные сигналы снимаются с первого, четвертого и восьмого триггеров. Вводя данные сигналы на три элемента И 25-27 первого блока дешифраторов 1.1 (фиг.2), и при одновременном нали5 чии на них сигнала с выхода третьего блока дешифраторов 18 осуществляется тем самым не только.распознавание рабочего места, с которого пришел в данный момент груз, но и делается это в случае, если по цепи элементов ,14, 15, 16 также прошло

выявление указанного количества импульсов. Вследствие этого предотвращается ложное срабатывание блока дешифраторов 11 при появлении ложных импульсов (импульсов сбоя) в цепи элементов 9, 10.

С другой стороны, цепочка элементов 15,16,17,18 действует как линия задержки, формируя импульс-управления только в требуемый момент времени, т.е. в момент появления своего груза на участке взвешивания. Вследствие этого исключается ложное срабатывание при отсутствии пе- редачи груза с данного рабочего места и воздействии помех в цепи реверсивный счетчик-дешифратор устройства-прототи- па,. . , . ..-..

Введение управляемой и регулируемой задержки импульса управления блоком дешифраторов 11 после фиксации прихода данного груза на участок взвешивания за счет элементов .17 и 20 позволяет, во-первых, исключить действие переходных процессов по цзпи элементов 9, 10, 11, а во-вторых, проводить начальную регулиров- ку и синхронизацию работы всего устройст- ва для исключения влияния рассогласования положений датчиков 5, 9, 1.4 на начальную фазу появления импульсов с указанных датчиков (см. временные диаграммы работы устройства на фиг. 3).

Кольцевое счетноз устройство 10 (фиг. 1,2), первое и второе счетные устройства 15, 17 (фиг. 1) реализуются на микросхемах К155 ИЕ5, генератор тактовых импульсов 20 (фйг,1) - на микросхеме КР531 ГГ1, точная регулировка частоты генератора достигается подачей изменяемого напряжения на входы 2,3 данной микросхемы. Первый, второй и третий блоки дешифраторов 11,16, 18 (фиг. 1, 2) собраны на микросхемах К155 ЛИ1.

После срабатывания первого блока дешифраторов 11 (фиг.1) сигнал с его выхода поступает на входы R триггеров 22-24 (фиг.2), устанавливая тем самым кольцевое счетное устройство в исходное (нулевое) состояние. Другой выход данного блока 11, проходя через первый блок ЗАПРЕТ 7, поступает на вычитающий вход R триггера 32 реверсивного счетчика 6 (фиг.4), перево- дя счетчик 6 также в исходное (нулевое) состояние. На втором входе первого блока ЗАПРЕТ 7 присутствует разрешающий (нулевой) сигнал от датчика вес-аналог 1 вследствие высокого потенциала на его вы- ходе/пропорционального находящемуся на нем весу, и последующего инвертирования элементом отрицания НЕ 8. В случае, если по какой-либо причине (например, отсутствия или отдыха оператора) груз не может

быть обработан на участке взвешивания, то на выходе датчика вес-аналог 1 будет нулевой сигнал, свидетельствующий об отсутствии на нем груза, и в этом случае после инвертирования элементом НЕ 8 на втором входе первого блока ЗАПРЁТ 7 будет запрещающий (высокого уровня)-сигнал, который запретит операцию вычитания в счетчике 6.

Алгоритм работы первого блока ЗАПРЕТ 7 представлен в табл. 1.

Таблица 1

где обозначено: А - сигнал на первом входе блока 7 с выхода блока 11;

В - сигнал на втором входе блока 7 с выхода элемента 8;

С - выходной сигнал блока 7.

Один из выходов первого блока дешифраторов 11 поступает на вход блока памяти 12 и представляет из себя совокупность сигналов с выходов элементов И 25-27, образующих шину адреса,, и выход элемента И 28 (фиг.2), представляющий из себя шину считывания. Первая часть сигнала поступает на адресные входы блока памяти 12, а вторая - на его вход выборки, Блок памяти 12 представляет собой программируемое постоянное запоминающее, устройство (ППЗУ) и предназначено для длительного хранения постоянной информации, Работает данный блок в режиме записи, хранения и считыва ния информации. В данном случае такой информацией является вес тары с конкретного рабочего места и ее запись производится электрическим программированием.

Блок памяти 12, реализованный, например, на Микросхеме К155 РЕЗ, имеет 8 выходов для вывода сигналов о весе тары в двоичной форме. После считывания с блока памяти 12 кода числа, соответствующего весу тары на рассматриваемом рабочем месте, происходит преобразование данного числа в ЦАПе 13 в эквивалентное напряжение, которое поступает на вычитающий вход элемента сравнения 2, На его суммирующий вход поступает сигнал с датчика 1, соответствующий пол ному (вместе с та рой) весу груза, устанавливаемому на платформе весов в момент его прохождения мимо участка взве шивания и после захвата 9, в котором ом установлен.

Элемент сравнения 2, построенный на операционном усилителе, осуществляет вычитание веса тары из полного веса груза и после преобразования сигнала сравнения с выхода элемента 2 в АЦП 3 чистый вес груза (без тары) в цифровой форме регистрируется блоком индикации и регистрации 4. Блок АЦП 3 реализован с поразрядным одновременным сравнением путем использования интегральных компараторов напряжения с опорным напряжением в каждом разряде.

Блок индикации и регистрации 4 представляет собой последовательно соединенные преобразователь двоичного 8421 кода в двоично-десятичный и индикатор, собран- ный на генераторе символов. Преобразователь кода 8421 в двоично-десятичный код используется для ввода и обработки информации с выхода АЦП 3, а также для управле- ния элементами индикации, собранными на микросхемах К155 РЕ21 - К155 РЕ24.

Элемент НЕ 8, необходимый для преобразования входного аналогового сигнала в выходной цифровой (0 или 1), собран на базе интегрального компаратора напряжений КР521 САЗ и цифровой микросхемы 155 ЯШ. причем, компаратор преобразует аналоговый сигнал, превышающий пороговое значение, соответствующее зоне нечувствительности АЦП 3 в 1, а аналоговый сигнал меньше порогового значения и соответствующий отсутствию веса на преобразователе 1 - в О. Данные сигналы, инвертируясь цифровой частью элемента НЕ, поступают на второй (запрещающий) вход первого бло- ка ЗАПРЕТ 7, собранный на микросхемах К155 ЛН1 и К155 ЛИ1 в соответствии с табл. 1. Аналогично, в соответствии с той же таблицей, работает и второй блок ЗАПРЕТ 19 и также реализованный на тех же микросхе- мах..

В случае, если до поступления груза на участок взвешивания, т.е. до срабатывания первого блока дешифраторов 11, необходимо с того же рабочего места осуществить передачу новых грузов, необходимо выбрать реверсивный счетчик 6 с соответствующим числом разрядов. На фиг. 4 представлена схема реверсивного счетчика, предусматривающая в общем случае п раз- рядов, а на фиг. 5 - временные диаграммы работы данного счетчика для примера его функционирования, прэдставленного в табп, 2.

Таблица2

Продолжение табл. 2

В табл. 2 приняты обозначения:

Ti - временная последовательность по входу S;

Та - временная последовательность импульсов по входу R;

Тз временная последовательность имi

пульсов по выходу

Ql.

1 1

Тактирование реверсивного счетчика 6 осуществляется по тактовому входу С импульсами записи и считывания информации вследствие асинхронного режима его работы, обусловленного случайным характером поступления импульсов по входу S. Для исключения влияния задержек , вызванных наличием запаздывания в элементах И 29-31, а также конечного времени срабатывания первых ступеней триггеров 32-34 в схеме предусмотрены линии задержки 35 и 36 в общем случае на разное время из-за неодинаковости времени прохождения сигналов по входам S и R. Линии задержки реализуются на серийных элементах К155 ЛЛ1.

Таким образом, введение новых по сравнению с прототипом элементов: датчика скорости конвейера 14,первого и второго счетных устройств 15 и 17, генератора тактовых импульсов 20, второго и третьего блоков дешифраторов 16 и 18, второго блока ЗАПРЕТ 19, а также их связей межу собой и с другими элементами устройства позволяет получить следующие технические и другие преимущества по сравнению с устройством - прототипом:

- выявление помех (сбоев) по каналу связи между рабочим местом по передаче грузов на конвейер и участком взвешивания и, как следствие, исключение ситуаций по неправильной идентификации рабочих мест;

- обеспечение устойчивых режимов работы оборудования за счет возможности его настройки и перенастройки как в процессе работы, так и в пуско-наладочных режимах:

- увеличение цикла времени наработки на отказ и повышение времени исправной работы оборудования за счет повышения уровня комфортности работы персонала и создания благоприятных условий для его кратковременного отдыха без остановки конвейера;- расширение зоны обслуживания контролера участка взвешивания и создание условий для повышения прбизврдительно- сти труда операторов рабочих мест по установке и передаче грузов на конвейер, Форму л а изо б ре тен и я 1. Весоизмерительное устройство для грузов, подвешенных в захвате конвейера, содержащее датчик наличия груза, датчик прохождения захватов, грузоприемную площадку с преобразователем вес-аналог, подключённым своим выходом к первому входу элемента сравнения, выход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь со входом блока индикации и регистрации, а другой вход элемента сравнения подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, связанного входом через блок памяти с первым выходом первого блока дешифраторов, первый вход которого связан с выходом кольцевого счетного устройства, подключенного первым входом к датчику прохождения захватов, причем преобразователь вес-аналог связан выходом через элемент НЕ с первым входом первого блока ЗАПРЕТ, подключенного вторым входом к второму выходу первого блока дешифраторов, а выходом - к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом датчика наличия груза, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости; в него введены датчик скорости конвейера, два счетных устройства, два блока дешифраторов, генератор тактовых-импульсов м второй блок ЗАПРЕТ, связанный первым входом с выходом генератора тактовых импульсов, вторым входом - с выходом третьего блока дешифраторов, а

0

5

выходом - с первым входом второго счетного устройства, подключенного вторым входом к выходу второго блока дешифраторов, связанному входом с выходом первого счетного устройства, первый вход которого подключен к выходу датчика скорости/при этом выход реверсивного счетчика подключен к второму входу первого счетного устройства и к второму входу кольцевого счетного устройства, третий вход которого связан с третьим выходом первого блока дешифраторов, второй вход которого,связан с выходом третьего блока дешифраторов, подключенного к выходу второго счетного устройства.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что реверсивный счетчик выполнен в виде трех двухступенчатых RS-триггеров,

трех элементов И и двух линий задержки, причем суммирующие входы каждого RS- триггера подключены к выходам соответствующих элементов И, первые входы которых объединены и являются суммирующими входами реверсивного счетчика, свя- занными через первую линию задержки с тактовыми входами всех RS-триггеров, вычитающие входы-кЪторых являются вычитающими входом реверсивного счетчика и

связаны через вторую линию задержки с

тактовыми входами всех RS-триггёров, при

этом прямые выходы первых двух триггеров

подключены к вторым входам второго it

третьего элементов И, инверсные выходы

второго и третьего RS-триггеров соединен с третьими входами соответствующих ментов И, а инверсный выход первого RS- триггера связан с вторым входом первого элемента И.

drtn

Устройство относится к весоизмерительной технике и может найти применение при взвешивании грузов, перемещаемых в захвате конвейера. Устройство содержит преобразователь вес - аналог; элемент сравнения, ALjrj, блок индикации и регистрации, датчик наличия груза на захвате конвейера, реверсивный счетчик, два блока Запрет, элемент НЕ, датчик прохождения захватов, кольцевое счетное устройство, три блока дешифраторов, блок памяти, ЦАП, датчик скорости конвейера, два счетных устройства, генератор тактовых импульсов, 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 2 табл.