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稱(chēng)重儀表傳感器的歷史與現狀

發(fā)布日期： 2014-09-05
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       稱(chēng)重儀表的應用越來(lái)越多，本文主要談稱(chēng)重儀表從早期的單片機應用技術(shù)發(fā)展到現在數字式稱(chēng)重儀表的歷史，結合相關(guān)電子技術(shù)的發(fā)展和現代工業(yè)要求簡(jiǎn)單分析了稱(chēng)重儀表的未來(lái)發(fā)展方向。電子稱(chēng)重技術(shù)的出現，極大促進(jìn)了工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展。特別是稱(chēng)重自動(dòng)配料技術(shù)和產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的應用，既提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)效率。工業(yè)稱(chēng)重儀表的應用越來(lái)越多，稱(chēng)重儀表技術(shù)也得到了較快地發(fā)展，本文結合相關(guān)電子技術(shù)的發(fā)展和現代工業(yè)要求簡(jiǎn)單分析了稱(chēng)重儀表的未來(lái)發(fā)展方向。

      隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的高速發(fā)展， 對工業(yè)過(guò)程控制中的計量精度、準確度的要求也更加嚴格。龍芯智業(yè)整理了本文，主要談稱(chēng)重儀表從早期的單片機應用技術(shù)發(fā)展到現在數字式稱(chēng)重儀表的歷程， 并展望將來(lái)的稱(chēng)重儀表會(huì )是具有智能化、人性化、多功能化、更具可靠性的“ 傻瓜式”儀表。

      一、稱(chēng)重儀表的歷史與現狀

      早期的稱(chēng)重儀表基于早期單片機技術(shù)，實(shí)現對稱(chēng)重信號的放大和轉換處理，由于數字電路和模擬技術(shù)的發(fā)展水平較低，導致儀表非常復雜而且操作繁瑣：參數設置依靠數十個(gè)ＤＩＰ開(kāi)關(guān)的位置來(lái)確定；多只傳感器需要串連接入儀表，以補償放大電路的不足，但由此帶來(lái)的角差調整問(wèn)題一直無(wú)法解決；到上個(gè)世紀八十年代末九十年代初的時(shí)候，電子稱(chēng)重技術(shù)經(jīng)歷了一次飛速的發(fā)展，現在普遍使用的稱(chēng)重儀表基本成型：各種參數通過(guò)按鍵即可設置；通過(guò)按鈕即可進(jìn)行各種操作；由于放大電路和高速高精度Ａ／Ｄ轉換技術(shù)的突破，多稱(chēng)重傳感器并聯(lián)接入稱(chēng)重儀表，有效解決了傳感器角差問(wèn)題，使得計量更準確、可靠。

      上世紀九十年代末的時(shí)候，數字式稱(chēng)重傳感器開(kāi)始逐漸在國外應用，出現了相應的數字式稱(chēng)重儀表：可將多路數字傳感器的信號同時(shí)輸入儀表，在檢測總重量的同時(shí)可分別看到各傳感器的資料，帶來(lái)了更換傳感器免標定、總量數據更穩定、傳輸距離更遠等一系列優(yōu)點(diǎn)。數字化稱(chēng)重的出現是稱(chēng)重儀表產(chǎn)品和應用的又一飛躍。

      二、微電腦處理技術(shù)的高速發(fā)展與現代工業(yè)的需求決定了未來(lái)稱(chēng)重儀表的發(fā)展方向

      隨著(zhù)工業(yè)過(guò)程稱(chēng)量工藝的發(fā)展， 對稱(chēng)重儀表的要求也越來(lái)越高， 其外延也逐漸擴大， 逐漸兼有ＰＬＣ、ＰＣ的部分功能。從之前的單一物理量發(fā)展到今天的多通道、多物理量發(fā)展；在性能上，向高速率、高靈敏度、高準確度、高可靠性方向發(fā)展；在結構上，向智能化、模塊化、可二次開(kāi)發(fā)的方向發(fā)展；隨著(zhù)現代工業(yè)信息化發(fā)展的要求， 稱(chēng)重儀表出現了各種總線(xiàn)、以太網(wǎng)等多種通訊接口，朝著(zhù)接口豐富、便于與計算機、ＰＬＣ連接的方向發(fā)展；外觀(guān)和操作界面向更加美觀(guān)，更人性化、個(gè)性化設計方向發(fā)展。

      電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論ＭＣＵ性能的提升，數字電路和模擬電路技術(shù)的進(jìn)步， 還是嵌入式系統軟硬件技術(shù)的發(fā)展， 都從各個(gè)方面極大促進(jìn)了稱(chēng)重儀表的發(fā)展。

      模擬電路的發(fā)展使得穩定可靠前置放大電路成為現實(shí)，電路噪聲大幅度減小使得進(jìn)入Ａ／Ｄ轉換模塊的信號更為真實(shí)，同時(shí)從１２位Ａ／Ｄ轉換到２４位的Ａ／Ｄ轉換模塊使得模數轉換精度大大提高，同時(shí)采樣速度的大幅提高，從１０次／ｓ到４０００次／ｓ使單位時(shí)間內采集到更多數據，使稱(chēng)重儀表實(shí)現高速率，高準確度，高精度成為可能。

      從５１系列到高速５１系列芯片，發(fā)展到今天的ＡＲＭ９芯片，ＭＣＵ性能的大幅提升， 可將Ａ／Ｄ采集到的大量數據進(jìn)行分析處理，實(shí)現更為有效的控制算法（ 例如模型預測ＭＰＣ算法，該算法是一種典型的智能控制算法，它在上世紀８０年代就開(kāi)始運用在計算機，該算法具有自學(xué)習的能力），使得稱(chēng)重儀表實(shí)現更高的準確性。但這些算法需要大的運算量和內存，這在以前的嵌入式系統中無(wú)法實(shí)現，直到現在出現運算能力達到２００ＭＩＰＳ以上，并支持虛擬內存的ＡＲＭ９處理器出來(lái)后才可以在儀表上實(shí)現。ＡＤ４８２０就是這樣一個(gè)基于ＡＲＭ９芯片和嵌入式操作系統的嵌入式系統。數據處理速度的提高也使得稱(chēng)重儀表實(shí)現多通道、多物理量處理成為可能，如鋼鐵廠(chǎng)普遍需求卻無(wú)良好解決辦法的負壓補償儀表，以及廣泛應用在測力分析系統中的高精度力－ 位移分析儀表等，都使稱(chēng)重儀表更突出多過(guò)程量的處理了。

      近年新的高性能 ＡＲＭ９、ＡＲＭ１１處理器的應用， 以及嵌入式操作系統如ｕＣＯＳ－ＩＩ、ＶＸＷＯＲＫＳ、ｌｉｎｕｘ、ＷｉｎＣＥ等在其上的移植， 為儀表的嵌入式開(kāi)發(fā)提供了強大的工作平臺。有了操作系統，就可以使儀表的開(kāi)發(fā)分工化，可以把軟件和硬件的開(kāi)發(fā)區分得更明顯。從而更有利于各方面人才的合作開(kāi)發(fā)，從而可以開(kāi)發(fā)更加復雜的儀表系統。隨著(zhù)嵌入式系統的發(fā)展，不僅使儀表的長(cháng)期可靠性得到提高，也使得數據存儲量加大，在某些場(chǎng)合，稱(chēng)重儀表甚至可以替代ＰＣ的部分功能。例如配方管理，數據統計與分析、歷史數據回放等功能。與此同時(shí)，現代嵌入式軟件技術(shù)使稱(chēng)重儀表具有二次開(kāi)發(fā)的平臺，在儀表上也可以象在ＰＬＣ或ＰＣ上按需進(jìn)行編程， 使稱(chēng)重儀表能滿(mǎn)足各種不同的工藝需求，更加人性化（ 圖１為ＡＮＤ－４８２０的界面圖）。網(wǎng)絡(luò )信息化的發(fā)展，要求稱(chēng)重儀表的接口越來(lái)越豐富，在新型ＭＣＵ的支持下，除zui為常用的模擬量（ ０～１０Ｖ／４～２０ｍＡ）、串口（ ＲＳ２３２／ＲＳ４８５）外，現在越來(lái)越多的Ｐｒｏｆｉ－ＢＵＳ，ＭＯＤ－ＢＵＳ，以及工業(yè)以太網(wǎng)等通訊接口均已在稱(chēng)重儀表上實(shí)現。

      通訊接口的豐富， 極大方便了稱(chēng)重儀表與ＰＬＣ和ＰＣ等上位機系統的通訊。為方便數據存儲功能，現在新開(kāi)發(fā)的稱(chēng)重儀表已經(jīng)開(kāi)始配備大容量存儲器， 如微機硬盤(pán)以及可熱拔插的外置存儲器如ＣＦ卡、ＳＤ卡等， 便于用戶(hù)將ＰＣ上的數據轉存到ＰＣ上， 或者到ＰＣ上進(jìn)行數據統計與分析。

      未來(lái)稱(chēng)重儀表的發(fā)展趨勢

      未來(lái)稱(chēng)重儀表從總體上講將根據稱(chēng)重工藝的要求，研發(fā)和生產(chǎn)針對性更強的專(zhuān)業(yè)儀表，功能方面朝著(zhù)實(shí)現多物理量，強大的數據處理能力方向發(fā)展，可靠性、智能化、功能多樣化、網(wǎng)絡(luò )化、人性化，也是未來(lái)稱(chēng)重儀表的發(fā)展趨勢； 除了滿(mǎn)足稱(chēng)重工藝的不斷發(fā)展需求外， 稱(chēng)重儀表在易用性方面也會(huì )有較大的突破“傻瓜式”儀表在不久的將來(lái)將廣泛應用在各，種稱(chēng)重場(chǎng)合。

      １。智能化

      隨著(zhù)嵌入式系統運算能力的大幅提升， 以及嵌入式操作系統的應用， 使得許多的控制算法可以應用到儀表上， 例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、迭代控制等等。使得儀表具有對各種工控環(huán)境自適應、自學(xué)習的能力，從而使人們的操作更加方便，控制效果更加理想。

      ２。功能多樣化

      以前的儀表功能單一，而現代的儀表趨向于把以前整個(gè)控制系統放到儀表中。其中常常包括歷史數據存儲和回放，ＡＤ４８２０之類(lèi)的儀表已相當于高速信號采集器、無(wú)紙記錄儀、觸摸屏式人機界面、智能控制器、可編程邏輯控制器等的綜合。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，這樣的需求會(huì )更加大。功能多樣化還表現為儀表向通用性、多用途方向發(fā)展。像ＡＤ４８２０和Ｆ８０５之類(lèi)的表，只需要更換不同的板卡及軟件可實(shí)現皮帶秤、累加秤、失重秤、重量分選秤、減量秤等多種應用。極大地方便了生產(chǎn)和使用。同時(shí)也降低了成本。

      ３。網(wǎng)絡(luò )化隨著(zhù)現在工業(yè)電子技術(shù)水平的發(fā)展，對信息共享的需求越來(lái)越高，從而對工業(yè)稱(chēng)重儀表的網(wǎng)絡(luò )化要求也在提高。這包括兩個(gè)方面：

      ①由多個(gè)稱(chēng)重儀表以主從模式組成的獨立的控制網(wǎng)絡(luò )。

      ②儀表作為大型控制網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)組成部分，通過(guò)總線(xiàn)或以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與ＤＣＳ系統或ＭＩＳ系統連網(wǎng)。



      
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