组合秤组合计算的研究与仿真

收稿日期:2009Ο09Ο17作者简介:陈羽锋(1984-),男,四川人,厦门大学硕士生,主攻计算机辅助、机电一体化等。组合秤组合计算的研究与仿真陈羽锋,吕浩杰,胡国清,吴灿云,何鼎顺(厦门大学,厦门361005)摘要:了组合秤的基本结构,详细阐述了组合秤的两种不同工作原理。进行了基于VisualBasic的组合计算仿真程序设计,对组合秤不同组合计算模型进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。关键词:组合秤;工作原理;组合计算;仿真中图分类号:TB486;TP391.9　文献标识码:A　文章编号:1001-3563(2009)12-0074-03ResearchandSimulationofCombinatorialCalculationofCombinedBalanceCHENYu2feng,LUHao2jie,HUGuo2qing,WUCan2yun,HEDing2shun(XiamenUniversity,Xiamen361005,China)Abstract:Thebasicstructureandworkingprincipleofcombinedbalancewasintroducedandanalyzed.ThesimulationprogramofcombinatorialcalculationwasprogrammedwithVisualBasic;simulationofdifferentcom2binatorialcalculationmodelofcombinedbalancewascarriedout;andthesimulationresultwasanalyzed.Keywords:combinedbalance;workingprinciple;combinatorialcalculation;simulation　　基于组合称量技术的电脑组合秤始于20世纪70年代,是国际上公认的民用称重领域的高新技术产品,代表这种产品的组合称重技术以其高精度、高速度代表了当今称重技术的最高水平及发展方向[1]。目前,如何提高组合秤的称量精度和速度越来越多的依赖于专用测量硬件的开发,依赖于控制方式的提高,如主从分布式控制系统[2]等。但这些都要建立在对组合计算原理的透彻研究基础之上,只有这样,才能更好的研发新的硬件和新的控制方式来提高组合秤的性能。目前国内多数理论研究资料显示的工作原理依然采用90年代的研究成果,而未能结合新的工作原理进行研究。因此,本文较全面的分析了组合秤的两种不同工作原理,并对组合计算进行了基于VisualBasic的仿真软件设计和分析。1　组合秤工作原理1.1　系统构成组合秤结构见图1。组合秤对物料组合称重包装时一般速度可达60包/min以上,定量误差可达±0.5%[3]。分离加料器先把物料送入备料斗,备料斗和称重斗组成称重单元,称重传感器把信号传入主处理器进行组合计算,然后选出最佳组合料斗进行放料。1.2　工作原理唐志祥[4]在20世纪90年代,对组合秤工作原理进行了初图1　组合秤结构示意图Fig.1Sketchmapofstructureofcombinedbalance步研究。后来多数研究所表述的工作原理仍然参照他的结论。随着技术的发展,对组合秤的要求越来越高,现在工作原理已经和以前略有不同,分析如下。唐志祥等所表述的工作原理:参与计算的物料数据经计算分析得出合格的组合,进行A组合,料斗开门卸料,接着同号备料斗打开料门给卸空的称量料斗加料,称量后,计算机再进行下一轮A组合计算,同时电磁振动给料器给卸空的备料斗加料,这样循环下去。可以看出,每次参与组合运算的料斗总数都是所有料斗数,例如8料斗的组合秤,参与组合的料斗设置为3,那么每次组合计算都是C38,简称这种工作原理为组合秤工作原理1。由于称量头数的增多已经有了一定的变化,组合算法相应有了一定变化:当12称量头以上时,参与计算的物料数据经计算分析得出合格的组合,进行A组合,料斗开门卸料;接着在47包装　PACKAGINGENGINEERINGVol.30No.122009.12备料斗向卸空料斗加料的同时,其余的称重斗同时又开始了组合运算,得到最接近目标重量的B组合;然后新加满料的料斗和未选料斗重复地连续进行B组合⋯⋯这与组合秤工作原理1是不同的,简称为组合秤工作原理2。两种原理对比见表1。表1　组合秤两种工作原理的比较Tab.1Acomparisonoftwoworkingprinciplesofcombinedbalance工作原理适用范围相同称量次数的速度比较组合计算的合格率总料斗n,组合单元m的组合计算方式原理112称量头以下相对较慢相对较高始终Cmn原理212称量头以上相对较快相对较低先Cmn,接着Cmn-m2　组合计算的仿真为了进一步研究组合秤的不同工作原理,更直观展示组合计算的过程和结果,分析研究影响组合计算精度和速度的因素,本文对组合计算进行了仿真程序的设计,通过仿真进一步研究分析。由于VisualBasic语言具有程序编写简单、图形界面丰富、程序代码容易修改等特点,所以仿真程序运用VisualBas2ic语言进行编写。2.1　仿真程序界面仿真总体构成包括了参数设定、组合运算、结果显示3部分,主要由一个主界面和若干个子界面组成。仿真主界面见图2a,称重单元的总数分别设定了8,10,12,图2　仿真程序界面图Fig.2Themaininterfaceofsimulationprogram14,16五种,同时,有单步运行和连续运行两种运行模式仿真。参数设置居各子界面的右面,包括精度设定、目标质量、组合料斗单元数、料斗质量分布差及高速度和高准确度方式选择,另外,连续运行模式的参数设置里还有连续运行次数,运算结果显示在子界面的左边,见图2b。2.2　两种工作原理的仿真原理1始终循环进行A组合,原理2先进行A组合接着循环进行B组合,其软件设计框图见图3。其中,N1,p1,p2,p3,⋯pm为全局变量。图3　两种工作原理软件设计框图Fig.3Thesoftwaredesignblockdiagramforthetwoworkingprinciples2.3　组合计算的主程序根据生产中对精度的要求不同,组合计算分为高精度和高速度两种类型[5]。高精度型组合计算程序开始运行后,按顺序进行组合运算,等所有的组合计算完成后,选择最接近目标值的一组作为组合结果。而高速度型在组合重量第一次出现在允许误差区间内时,就视为已满足要求,自动停止本次组合,并开始下一次组合,从而节省了组合运算时间,大大提高速度。为了更清楚的说明程序具体设计过程,以C312组合计算为例。假定在12总料斗的组合称量计算中,3个料斗单元进行组合,目标质量为100g,误差为0.1g。从12个数据中选3个57陈羽锋等　组合秤组合计算的研究与仿真进行组合计算,对应的组合编号为a,b,c,m为目标质量,x,y,z代表选中的一组称量值,与编号a,b,c相对应,s代表组合后相加的和值,组合计算的程序框图见图4。图4　C312组合计算的程序流程图Fig.4TheprogramflowchartofC312combinatorialcalculation3　仿真结果分析研究由于有不同料斗数、不同组合方式、高速度和高精度不同方式以及不同工作原理等影响因素,需要通过建立不同组合模型仿真,分别进行对比分析。本文仅就不同组合方式和不同工作原理仿真结果为例进行分析。3.1　不同组合方式对组合计算影响仿真结果分析不同组合方式会对组合计算结果产生不同影响,针对总料斗数、组合单元数因素的不同组合方式进行仿真。总料斗数相同,而不同组合单元参与组合计算,其结果也不同。16料斗总数组合秤,参数设定为目标质量500g,误差±1g,采用工作原理1,分别当组合单元数为3,4,5,6时,进行高速度和高精度的组合计算,运行10000次,得出的仿真数据见表2。表2　Cm16不同组合方式的仿真数据Tab.2ThesimulationdataofdifferentcombinationpatternsofCm16　%σ=1计算方式组合单元数3456单元总数16高速度高精度96.3798.9899.1399.5998.3599.1494.9698.85　　从仿真数据进行分析,可以看出,当料斗总数相同时,组合单元数并不是越多其得到的合格率就越大,而是有一个最佳组合单元数,其后随着组合单元数增加,合格率反而降低。这和每个料斗的误差有关,料斗越多,累积的误差越大,所以组合单元数增加,组合计算的合格率降低。而相同组合单元数时,如果其称量斗总数不同,那么组合计算的合格率也是不同的,见表3。组合单元数为4,料斗总数表3　C4n不同组合方式的仿真数据Tab.3ThesimulationdataofdifferentcombinationpatternsofC4n　%σ=1单元总数810121416组合单元数496.5797.6498.4399.2499.55分别为8,10,12,14,16时进行组合计算的仿真数据。仿真结果见表3,可以看出当组合单元数相同时,料斗总数越多,其得到的合格率越大。3.2　不同工作原理仿真结果分析组合秤两种工作原理导致组合计算出现了两种情况,组合计算工作原理1和2两种情况下的仿真数据见表4。表4　组合计算仿真数据Tab.4Thesimulationdataofcombinatorialcalculation%σ=1组合单元数345单元总数12原理1原理298.4197.6598.5196.2797.9284.3014原理1原理298.7598.1899.0098.2298.6094.0516原理1原理298.9698.5299.1298.6099.0498.04根据数据分析,可以发现,在其他参数都相同的情况下,进行原理1工作模式的组合计算得到的合格率比原理2模式下的合格率高。这和理论分析原理1下始终进行Cmn循环,原理2下先是Cmn组合,接着循环Cmn-m组合计算的结果相同。但是由于原理1每次组合完成时,要等空料斗全加完料再进行下一次组合,所以没有原理2的工作速度快。4　结语本文对组合秤两种工作原理进行了理论对比分析,并使用VisualBasic语言进行了仿真,可以发现,在其他参数都相同的情况下,进行原理1工作模式的工作速度慢于原理2,但是其组合计算得到的合格率比原理2模式下的合格率高。同时,仿真软件的设计可以应用于研究其他各种影响组合计算精度和速度的因素,在硬件研发前根据实际情况仿真分析出最佳组(下转第90页)67包装工程　PACKAGINGENGINEERINGVol.30No.122009.12图2　4种样张色差对比图Fig.2Comparisonofcolordifferenceoffourkindsofsamplesheet4　结论从图2可以得出下列结论:1)绝大多数采样点的色差小于6,且4种样张的各分色版与印刷标准样之间色差均值均小于5,其中,175lpi的网点数码样张各分色版与印刷标准样之间色差均值小于4,200lpi的网点数码样张各分色版与印刷标准样之间色差均值小于3,这说明4种样张均能较理想地描述印刷标准样。2)比较106,175,133和106lpi的网点数码样张,在与印刷标准样在颜色再现方面,200lpi的网点数码样张最佳,其次是175lpi和133lpi,最后是106lpi网点数码样张。3)比较106,175,133和106lpi的网点数码样张的各个分色版的颜色还原能力,没有明显差异性。参考文献:[1]　胡维友.数字印刷及计算机直接制版技术[M].北京:印刷工业出版社,2006.[2]　范锦文.关于数字印刷标准技术参数选择的探讨[J].印刷质量与标准化,2006,(11):32-34.[3]　李文育.基于Best专业打样系统的数码打样仿真技术[J].包装工程,2006,27(2):105-107.[4]　车永华,等.数码打样技术研究[J].包装工程,2006,27(6):157-1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