多用途高速配料包装控制仪表设计分析

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Analysis of packaging control multipurpose high-speed ingredients instruments designArticle abstract：This paper introduces the application，haMware structure，software function characteristics and working mode ofXK3 1 90-C606 ingredients，packaging dedicated control instruments，and analysis from several aspects，the characteristics of thedesign highlights of mining of the instruments，to guide the weighing system control field staf to fully understand and correctly usethe instruments，improve the work eficiency of integration system。

Key words：hatching scale；packaging machine；h Jgh speed；high precision；coupled magnetic isolation；analog quantity上海耀华称重系统有限公司 (以下简称 上海耀华”)推出的控制仪表 XK3190--C606 (以下简称 C606仪表)上市后 ，以其性能可靠、操作方便灵活、现场适应性好的特点，获得了许多衡器系统用户的青睐。本文分别从仪表用途、硬件结构 、软件功能特色和工作模式这四个方面，详细介绍 C606仪表的设计特色和使用要点 ，帮助广大衡器系统控制领域的工作人员充分了解和正确使用这款仪表，提高其系统集成的工作效率，并进-步提升整体控制系统的稳定性和可靠性。

-、 仪表用途C606是-款具有多网络接口的多用途高速配料包装秤仪表，如图 1所示。它采用基于 Cortex M3内核的32位ARM处理器及高精度 ∑-△A/D转换器件，对重量信号进行高速采样和运算处理。在保证精度的前提下，其转换速度最高可达 200次 /s。该仪表每检定分度值 e的最小输入信号电压可低至1IxV，标定分度数可达到 5000以上。

该仪表可方便的与电阻应变式传感器连接组成配料秤 、定量包装秤和工艺秤等，适用于各种高速度与高精度称重要求的工业应用诚。

C606仪表适应面广，标准配置有 PLC、有斗秤、无斗秤、散粮秤和灌装秤等多种控制模式，并具有丰富可靠的通讯、打佑口以及控制输入和输出接口，可通过内嵌的网络接 口 (以太网、Mod-bus、Profibus等)方便的与PLC(可编程逻辑控制器)、DCS(集散控制系统)或PC机互联 ，并可配合工控触摸屏和组态管理软件，构建智能控制平台，有效提高企业的生产效率，提升企业T业自动化水平。

二、硬件结构精益求精、品质优先是上海耀华仪表-贯秉； ； ； 。 i f 势蠢- I - · · ：l-I： ： ： ：0： ： TechnoIogy EXchange 。

承的设计理念和品牌保证。上海耀华的C606仪表相对于C8仪表而言，其市场定位为中高端控制仪表，其硬件设计风格 、做工用料参照国外大品牌控制类仪表设计思路并进行了优化，板级可靠性及稳定性均能得到有效保证。C606仪表在批量上市前，-次性通过衡器仪表最新的国家标准。

参照国际 R76标准制定的新国标 ，其严酷的试验等级已被事实证明是摆在众多衡器仪表面前较高的技术门槛。而 C606仪表的顺利达标 ，无疑是对其良好计量性能和计量稳定性的可靠证明。

C606仪表电路板大部分元件采用SMT(表面贴装技术)工艺，制造全程采用贴片机及回流焊生产线，可靠性高，-致性好。

图 1 XK3 190-C606仪表外观图(-)结构设计C606整机由机壳套件、开关电源接口板、主控板、A/D转换板和显示板五部分组成。

机壳套件包括通用铝型材机身、不锈钢面盖如图 2 a)所示，和接 口后盖如图 2(b)所示三部分。整机安装尺寸规格化 ，适应面广泛，可兼容上海耀华 以往的 C601仪表 以及经典 的 C8、C602仪表，方便用户直接替换。

开关电源接口板、主控板、A/D转换板和显示板间采用板级连接方式 ，电路板之间没有任何连接线缆，结构紧凑，可靠性高，安装和拆卸方便。

(二)主控板设计主控板是整台 C606仪表的核心 ，如图 3所示。主控板汇聚了CPU主控电路、实时时钟电路、存储电路、RS232/RS422/RS485通讯电路、以太网接 口电路 、PROFIBUS接 口电路、USB接口电路、大屏幕输出电路以及模拟量输出电路等关键电路。

CPU主控电路采用飞利浦高性能Cortex M3内譬 蠢 Technology Exchange'o"v"-， ： ～ -恢复提供硬件支持。目前 C606标准版已提供 8000组重量数据或 4000组时间重量数据的存储。

通讯电路采用 RS232/RS422/RS485多串 口硬件全配置方案，可同时提供 2路 RS232接口和 1路 RS422接口，通过仪表参数配置来决定具体数据端口输 出。当选用 RS422/RS485通讯方式时 ，对外接 口定义为 4线制：R(接收数据正)、R-(接收数据负)、T-(发送数据负)和T(发送数据正)。如果需要两线制的 RS485通讯，可以将R与T在接线柱短接后并线引出作为信号线 A，将 R-与T-在接线柱短接后并线引出作为信号线B。为增强通讯可靠性，消除共模干扰的影响，建议使用屏蔽双绞线 ，并将屏蔽线作为地线分别接到仪表的信号地线和设备的信号地线上。

以太网接口电路采用工业级拈化设计，可通过 UDP协议或 TCP协议远程传输称重数据。第- 次使用时，需分别设置好仪表的以太网使能参数、仪表 IP地址、子网掩码、缺省网关 、MAC地址。重启仪表后 ，就可以直接在局域网终端的软件上通过访问仪表 IP地址来读取称重数据，目前仪表提供7种常用指令来实现重量数据的传输及仪表的远程控制∩实现多台远程电脑终端同时对仪表进行访问和控制。

PROFIBUS (过程现场总线)接口电路采用的是 PROFIBUS-DP类型，主要应用于现扯 ，是- 种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式 I/O之间的通讯 ，总线周期-般小于 10ms，使用协议第 1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。仪表作为从站设备需要设定地址，以便接入 DP网络，与主站实现信息交互∩通过 PROFIBUS传输重量数据及实现仪表的远端控制。

USB接 口电路直接支持通用 USB主设备，能够对 u盘进行写入操作 ，可将仪表中的称重数据导入到 U盘中，实现数据的海量存储和备份 ，并可通过计算机进行统计、检索、打印等数据处理。

大屏幕输出电路有两种方式，-种是采用光电隔离的20mA恒流的电流环信号与外接大屏幕通讯，以二进制码串行输1，波特率为600bit/s。这种连接 方式的优点是通讯 距离远 ，最大可 达1000m，并且可以多个大屏幕串联显示。另-种是采用 RS232方式与外接大屏幕通讯，其通讯距离小于 15m。目前由于市面上各厂家大屏幕通讯协议差异很大，仪表标准版本只支持具备上海耀华通讯协议的大屏幕。如需连接其他品牌大屏幕可专门定制。

模拟量输出电路可提供 3种模拟量输出方式：0V～5V、0V～10V电压信号输出和 4mA～20mA电流信号输出。采用不同的跳线组合方式，可以选择当前所需要类型的模拟量输出。

值得-提的是，由于不少外设 (如 PLC)的模拟量输入接 口并没有作隔离处理 ，这使得仪表通过模拟量 (如 4mA～20mA)信号线连接到外设后，仪表显示的重量与外设根据模拟量转换所获取的重量不-致。此外 ，由于许多外设的供电系统地线干扰特别严重 ，不带隔离措施的连接将直接影响仪表模拟量输出电路的稳定工作 ，甚至损坏模拟量接 口电路。如果外置专用的模拟量隔离器，由于其价格昂贵并且有-定的安装要求，这对于工程复杂性和成本要求造成不小的压力。为此，C606仪表在确保模拟量输出精度的同时，设图 3 仪表主控板示意图计了 3种模拟量的隔离输出接口，避免了因外设模拟量非隔离问题引入的影响，进-步提升了仪表的现成适应性及抗干扰性能。

模拟量输出的准确度可以通过 3个参数进行校准 ：模拟量输出满度对应的重量 、模拟量输出零点时的DA码、模拟量输出满度时的 DA码。通 20l3年 第 卷 第7期 簟 鬟瓣- · · · · · · · ： .： ： ："，'：'."：."Technology Exchange ；过以上参数设置，可以在量程范围内，精确设置任-重量点所输出的模拟量值，也可以将某-段模拟量值直接与-段重量值成比例对应起来，扩大了模拟量的应用范围。

(三)A/D转换板设计A/D转换板是决定仪表计量性能的关键。A/D转换电路采用 -△转换方式的24位高速高精度进口A/D转换芯片，最高可实现 800万码的无误码输出，其确保精度的A/D转换速率可高达 200次/s。

该电路采用拈化设计方法，独立的接地处理、屏蔽处理和电源分割技术大大提高了电路的抗干扰能力，为仪表稳定的计量l生能提供了可靠保障。

A/D转换接口电路采用 6线制传感器连接方案，连线定义分别为 EX(传感器激励电源正极)、EX-(传感器激励电源负极)、SEN(反馈补偿正极)、SEN-(反馈补偿负极)、SIG(传感器信号正极)、SIG-(传感器信号负极)和 GND(接地)。该电路具备传感器长线补偿功能，并提供多路信号线保护措施，可有效降低外部干扰的引入。

如果用户基于线缆成本考虑，不使用长线补偿功能，而采用四线制连接时，必须将传感器激励电源正极(EX)和反馈补偿正极 (SEN)引脚短接，传感器激励电源负极 (EX-)和反馈补偿负极 (SEN-)引脚短接，否则A/D转换电路将工作异常，影响正常计量。

为防止传感器连线人为接错，导致传感器激励电源正极 (EX)与传感器激励 电源负极 (EX-)或地线 (GND)短路，损坏或损伤高精度A/D转换芯片，该电路特别设计了短路保护功能和故障排除后的自恢复功能，大大降低了仪表的人为损坏风险。

(四)开关电源接口板设计开关电源接口板 Ⅱ图4所示)是C606仪表电源供电及与外部设备连接的关键，其可靠性及抗干扰能力直接影响到仪表计量的准确性和现场适应性。

开关电源接口板由AC-DC开关电源电路、磁耦隔离输入电路和磁耦隔离输出电路三部分组成。

AC-DC开关电源电路占据了整个电路板近三分之- 的空间。从电路器件的选材来看，绝大多数器件均通过了国际安规认证 ，从根源上消除了器件级安全隐患。

电路的AC部分有热敏电阻、微型保险丝等保 (五)显示板设计显示板主要由数码管、高亮 LED灯、薄膜按键接口和显示驱动电路构成。C606仪表为双排高亮绿色 LED数码管显示。其中主显示 区为 6位0.56英寸数码管显示，主要显示重量信息和参数值。辅助显示区为 6位 0.4英寸数码管显示 ，主要显示日期时间、参数提示信息和程序执行步。共有 15个状态指示灯，分别指示运行状态 、称重状态、报警提示 、输入输出状态等信息。显示板外接 17键的薄膜按键，包含有 10个数字键和多种快捷控制键，可方便的设置各项控制参数及执行流程控制。

三、软件功能特色C606仪表软件功能特色除了控制流程的多样化处理外，主要体现于操作细节的人性化处理。

仪表严格区分丁作参数和标定校准参数的设置步骤和安全保护等级，同时对于常用工作参数和非常用工作参数的设置步骤区分处理。大部分常用的工作参数设置 (如总重、总包、配方、提前量等)均可实现-键查询和快捷设置，有利于提高用户现场工作效率。

仪表采用抛物线算法来 自动校正传感器非线性缺陷带来的计量准确度问题，降低了系统对传感器精度的要求。在现场缺乏高精度传感器但仍对系目目统计量精度有较高要求的诚，采用 C606仪表的此特色功能将无疑会发挥很大竞争优势。

四、工作模式C606仪表针对不同应用诚和 自身硬件结构，量身定制了多种标准化控制流程，给用户提供更多的选择空间。具体而言，可分为五种工作模式：PLC模式 、有称重斗模式 、无称重斗模式、散粮秤模式和灌装秤模式。下面主要结合控制时序图和程序执行步--详细说明。

(-)PLC模式示意图 (如图5、表 1所示)(二)有称重斗模式示意图 (如图 6、表 2所示)(三)无称重斗模式示意图 (如图 7、表 3所示)(四)散粮秤模式示意图 (如图 8、表4所示)(五)灌装秤模式示意图 (如图 9、表5所示)五、总结C606仪表是-款适应面广、接口丰富、性能可靠、操作方便灵活的中高端控制仪表，符合多种衡器系统控制领域的应用要求。在现场实际应用中，深入发掘和灵活应用 C606仪表的各种特色化功能，对于陕速提升衡器系统集成的效率，发挥工业自动化控制的成效大有裨益。同时，该仪表的特色化、系统化、人性化设计理念，对于衡器行业控制仪表的发展方向也有-定的借鉴作用。

争重 目标值 · # 差 涩提前量√ /慢加量 、 快加量 V 零区- - - - - - ，行(IN11 / 黼搿 潮锈戳疆戮戮，1)UT101 ，(OUT1)(OUT2)i(OUT3)I(OUT4)；延时 t2 t3 t4 1 t16 I图 5 PLC模式示 意图间： 快 比： 中比： 慢 比： 稳定5：放料延时6：锁定时间㈡ ㈠ 01 年 第 卷 第7期 / ；表 2程序步 动 作 程序步 动 作零位信号处理；急停处理； 若不超差处理.转程序步 11：运行前处理 夹袋处理(在 13步之前可以夹袋，14步以后可 若超料，置超差信号；若接受超差 ，转程序步 l1，以放袋 )： 9 否则等待人工处理 ；切断阀处理。 若欠料，置超差信号；若接受超差 ，转程序步 l1：若吨包重量或运行次数到要按清零键清除吨 若允许点补，启动点补，转程序步 10；否则等待包重量或运行次数后才能运行 ： 人工处理到合格重量 ：吨包且累计重量与吨包重量之差小于定量值 。 若合格，关超差信号，转程序步 ll。

0 定量取差值； 10 输出慢加信号，点补时间到，转程序步9。

小于2倍定量值，定量取差值的 1/2； 如果设置 自动打域自动记录，打域记录重量 11有运行信号(IN1)时：若吨包重量到，转 16步记 数据.转程序步 12。

录重量，放袋：若定量值>e转程序步 1。 如果有夹袋功能，等待夹袋(OUT5有效)完成； 12手动快加转 20、手动慢加转 21、手动放料转 22。 放料 到零 区转程序步 13。

上料仓无低料位信号(IN6)且料门到位 (IN8)， 13 放料延迟完成，关放料，转程序步 14。

l 转程序步 2。 14 如果设置拍打功能 ，拍打预定的次数。转程序步 1 5。

若有切断阀则打开切断阀并等待切断阀到位 等待松袋延时到，如果非吨包或吨包的最后-秤 。

2(IN5)，转程 序步 3。 15 转程序 步 16；吨包 且非最后 -秤 ，不松袋 ，恢 复3 等待重量稳定后除皮，转程序步 4。 毛重，转程序步 0。

开始快加料 ，快加测量延时到且重量达到快进值 如果设 置 自动松袋 ，松袋 ；4时转程序步 5。 如果是吨包且 自动存储或 自动打 印.记录或打 印开始中加料 ，中加测 量延时到且重量达到定量 16 吨包 重量 ：5值减慢进值时转程序步 6。 如果设置夹袋功能 .等待松袋完成；开始慢加料，慢加测量延时到且重量达到定量 清吨包重量，转毛重，转程序步 0。

6值减提前量值时转程 序步 7。 20 手动快加料7 稳定延时到后转程序步 8。 21 手动慢加料如果允许提前量 自动修正 ，修正提前量 ，转程序 22 手动放料 ♂束时转程序步 23。 8步 9。 23 关放料 门得夏 -目标值 提前量 ./ 允差范围慢加量快加量 / 台重i- i 时间 零区 - ，：行(iN11 ，-1掇搿毯醚躜瑟强鼹蕊毯醚毯醚醚醚毯 袋(IN3) 舒j 几～ (OUT5) 1 t1： 快比位0N8)t2：中比 I(OUT1)，- t3： 慢比 I(OUT2) -I(OUT3) t4：稳定。(OUT9) / I动时间 I r- tl6：锁定时间延时l -- I 嗣 1 t16 1L t2 -- - - ～ -(OUT6) 硼OUT11、 - I位(IN51 l图 7 无称重斗模式示 意图表 4程序步 动 作 程序步 动 作零位信号处理 ： 7 稳定延时到后转程序步 8。

结束信号有效 (按退出键或 1N3上升沿有效 ) 8 如果允许提前量 自动修正，修正提前量，转程序运行前处理 且重量值稳定 或选 择了允许不稳定结束选项 .转 步 9。

11步结束工作： 若非最后-秤或不超差处理，转程序步 l1：急停处理；夹袋处理。 若超料，置超差信号；若接受超差，转程序步 1l，若累计重量到，清除累计重量才能继续运行； 9 否则等待人工处理：设 总重功能且 累计重量与总重之差小 于定 量值 . 若欠料 ，置超差信号 ；若接受超差 ，转程 序步 l1；0 定量取差值：小于 2倍定量值，定量取差值的 1/ 若允许点补.启动点补，转程序步 10；否则等待2； 人工处理到合格重量 ：有运行信号 (IN1)且定量值>e转程序步 1； 若合格 ，关超差信号 ，转程序步 ll。

手动快加转 20、手动慢加转 21。 10 输出慢加信号，点补时间到，转程序步 9。

上料仓无低料位信号(IN6)且料门关好(INS)转程 如果设置自动打域 自动记录，打域记录重量l 11序步 2。 数据 ，转程序步 12。

2 等待重量稳定后除皮.转程序步 4。 12 放料到零区转程序步 l3。

开始快加料 ，快加测量延时到且重量达到快进值时 13 放料延迟完成关放料 门，转程序步 14。 4转程序步5。 14 再加料延迟完成 ，转程序步 0。

开始 中加料 .中加测量延时到且重量达 到定 量值 20 手动快加料 5减慢进值时转程序步6。 2l 手动慢加料开始慢加料 .慢加测量延时到且重量达 到定 量值 22 手动放料 ，结束 时转程序步 23。 6减提前量值时转程序步 7。 23 关放料 门皇 - -目标值 ，-～ △ ±目量-提前量 / 、 - ～量-慢加量 、/、 快加量零 区- - t6运行(IN1 l 激 勰戮辫 戮 戮 激除皮(iNS1 A-，点(OUT10)广 --÷搀加fOuT11pI[1(OUT21]lfI(OUT3)友料(OUT4)- 延时 t16 1L 1 t2 t3 t4 U图 9 灌装秤模式示意图时间