电子吊秤的称重原理分析

众渊衡器厂

所有起重机在****中，根据规范和客户要求，均规定额定的载荷重量，为了保护起重设备本身，在起重机规范中，每种起重机**须安装称重系统，能准确测量出所承载物体的重量，以确保起重机本身不受损坏。那么，安装重量称重系统就成为每种起重机**须的一套系统。

1 国内安装的称重系统一般构成如图 1

2 **称重系统工作原理对比分析

称重传感器通过采集器处理通过 ＲS485 送给控制器，同样地，ＲS485 信号经过电流变送器转换模拟量信号再传入起重机主控系统中( 一般为 PLC) ，信号经过了诸多硬件环节，而国内所**重量传感器、采集器、电流变送器等硬件和市场诸多的其他电子产品一样，使用在起重机设备时，并未考虑到起重机的复杂工况，导致硬件不稳定或使用**短。故障率**。而这种模式在国产产品实际应用中，几乎成了定式。

国外产品中，其动作原理和相关计算方法实际是类同的，实际操作中也能基本维持比较稳定的工作状态，但由于其控制器采购成本**，实际在应用中却难于推广应用。

但无论是国内和国外的产品，精兵简政才是**直接**有效的并且是故障率**的一种方式，对于客户而言，准确的实施保护，稳定的运行，维护成本低是客户想要理想结果。随着可编程逻辑控制器的发展，其运算速度越来越快，对于复杂计算也能轻而易举的实现，起重机的称重控制器的工作能否由 PLC 完成呢，答案是肯定的。

3 以 ABB 为例，说明在如何直接在 PLC 中完成起重机的称重

原设计中，起重机重量传感器信号进入控制器进行处理，控制器输出的一路硬件为ＲS232 进入 PLC 串口模块，PLC 直接接收重量信号; 控制器输出的另外一路为挂舱 I / O( snagload) 信号，该信号通过中间继电器的触点进入驱动器的 I / O 接口板，以**快的速度停止电机的动作。具体详见图 2:

根据以上原理图，如果将上述功能转移到 PLC 中，则要同样实现 2 个功能，及在PLC CPU 执行称重计算和 Snagload 信号的送出，除此以外，还要考虑一个运算速度的问题，特别是对于 Snag-load 的信号，当起重机发生挂舱时，需要**时间进行保护，**停止起重机的相关动作。下面我们就上述问题逐一分析并解决。

首先，在 PLC 内解决重量计算的问题，常规的重量传感器的控制器接收 4 － 20ma 的信号，根据理想线性变化的原理，在控制器内部实现运算，同时控制器还对**失真的部分信号进行相应的处理。

但对于直接进入 PLC 的模拟信号，通过 PLC AI 模块进行输入，PLC 读到的数据是原始的模拟量的数据。

根据重量传感器线性变化的特点( 理想) ，我们**规定 2 个点，就可以确定斜率K 和补偿值 B，实际上，由于称重系统的“0”点和额定载荷的“40”吨的两个点是做保护的两个关键点，松绳保护的重量一般在“0”点附近，**重是在额定载荷**过 10% 附近，同时额载的 80% 通常作为我们重量的预警。因此，我们通常选择这两个点作为称重系统的两个点。

根据 Y = KX + B 二元一次方程，称重时，能分别知道“0”T 和 “40”T 的 Y 和 X 值，这样，我们便能通过计算，分别计算出 K 和 B 值，也就确定了这条线性变化的直线。明白了其计算原理，通过编程，则可自动实现计算。

然而在实际应用中，通过基本原理计算的重量却往往出现报警，重量偏差较大，这又是怎么回事呢。原来，原设计中，LOAD-CELL 模拟量信号进入控制器，控制器首先消除**源，然后再进行计算处理。而 PLC AI 输入模块则是标准的产品，无法在硬件上改动以达到消除**的目的。通过分析，我们不难找到，模拟量的**源来自几个方面: 容性的静电感应、感性的电磁感应、和电源质量本身的射频或谐波的**等。我们可以通过提高开关电源的性能和使用类似双**的线路达到减低**源的目的。而事实上，吊机整体钢结构和使用 IGBT、**硅等功率原件这些客观存在的固有**，其实是无法**消除**源的，因此，需要在编程计算时使用**有技巧的计算。因此在编程时也需要加入“**”使来源数据**加符合实际状况，在此，引入一阶滞后**计算，即是在输出时将上次输出的值引入进行运算。这样虽带来了灵敏度减低，但却增加了稳定性，实质上也消除了尖**。

需要说明的是，snagload( 挂舱) 保护的运算是不得加装**过滤装置的，因此在硬件上消除****须要尽可能做到完善，现在一般吊机**基本的挂舱保护只有通过LOADCELL 的电子挂舱保护，虽然现在很多挂舱增加了液压油缸挂舱保护，但****时间反映挂舱情况的则是电子挂舱，挂舱保护在设计时须尽量减少运算的环节，**是将重量转成相应的输入原始值进行对比，当挂舱动作，PLC 直接输出进入驱动器，紧急停止驱动器，以**短的路径和时间来实现设备动作的停止。