第6頁TwinCAT3動態稱重(TF3685)使用方法TwinCAT3動態稱重(TF3685)使用方法作者：袁英杰職務：華東區技術工程師郵箱：yj.yuan@日期：2024-08-30摘要：本文詳細描述了倍福動態稱重解決方案中PLC程序的部分。本文的第二和第三章可以視為對TF3685官方文檔的翻譯，第四章給出對該函數庫參數調整和性能測試的示例。附件：序號文件名備注歷史版本：免責聲明：我們已對本文檔描述的內容做測試。但是差錯在所難免，無法保證絕對正確并完全滿足您的使用需求。本文檔的內容可能隨時更新，如有改動，恕不事先通知，也歡迎您提出改進建議。參考信息：目錄1. 軟件版本 31.1. Beckhoff 32. 動態稱重原理 42.1. 測量流程 42.1.1. 濾波 52.1.2. 縮放 52.1.3. 評估 52.2. 數據驗證 62.3. 去皮 73. 功能介紹 83.1. FB_WG_ComboFilter 83.2. FB_WG_Scaling 83.2.1. ApplyCalibration 83.2.2. CalibrateRefHigh 93.2.3. CalibrateRefLow 93.2.4. Tare 93.2.5. UpdateTareOffset 93.3. FB_WG_Weighing 93.3.1. AutoTare 104. 運行效果 11

軟件版本Beckhoff基于TwinCAT3.1Build4024.50版本TF3685TC3_Weighing

動態稱重原理測量流程TwinCAT3稱重PLC庫允許將稱重秤集成到基于PC的控制系統中，特別是與ELM35xx和EL3356-0010的EtherCAT模塊結合。該功能主要處理動態稱重過程。這里對信號濾波的要求特別高，因為稱重時間對機器的整體處理時間有重大影響。具有相同精度水平的快速信號濾波產生更快的權重結果，最終使機器響應更快。由于稱重傳感器和通過相應的EtherCAT模塊采集的測量值尚不能直接模擬秤的功能，因此這正是PLC庫的用武之處。功能庫涵蓋了去皮和縮放等功能，并能夠在動態情況下直接給出合理的重量值。除手動觸發重量測量外，還可以自動測量。直接對生產物料進行檢測和測量。

濾波來自ELM35xx和EL3356系列EtherCAT模塊的信號通常帶有一定程度的噪聲，需要進行濾波以確保有效的稱重測量結果。功能塊FB_WG_ComboFilter通過組合切換PTn、滑動平均濾波和陷波濾波器的組合提供了有效的解決方案。濾波本身可以通過TF360Filter庫提供，也可以通過PLC程序自定義。此處的濾波不是必須的，濾波可以在硬件內通過ADC完成。為了保證信號的質量，建議至少進行一個滑動平均值濾波。縮放濾波后的信號需要進行縮放與標定，使之能夠以正確的重量單位被計算(例如克[g])?？s放由函數塊FB_WG_Scaling執行。準確的測量還需要對PLC功能塊進行校準，例如，可以使用兩點校準進行校準。縮放不是必須的，因為EL3356等模塊擁有可以對信號進行縮放與標定的功能。評估最后，使用函數塊FB_WG_Weighting對縮放后的信號進行分析。配置結構體ST_WG_Weighting和適當的參數。該結構體中的一個關鍵參數是ST_WG_Weighting.nWindowLength，它定義了用于計算移動平均值的樣本數量——這個變量也稱為窗口大小。該參數決定使用多少過去的值來計算函數塊FB_WG_Weighting的輸出fWeight,fStd,fMin和fMax。這里，fWeight表示平均值，fStd表示標準差，fMin/fMax表示最后一個nWindowLength輸入值的最小值或最大值。

數據驗證函數還提供了額外的狀態變量，比如bValidMeasurement,bNewResult,tLastResult,fLastWeight和fLastStd，為了獲得這些變量，需要相應地配置子結構體ST_WG_Weighing_Validation。在ST_WG_Weighing_Validation中，參數fThresholdWeight，fMaxWeightDeviation和fMaxStd定義了有效測量的標準。要認為測量是有效的，必須滿足以下條件:?FB_WG_Weighing.fWeight必須大于等于fThresholdWeight。?差值FB_WG_Weighing.fMax-FB_WG_Weighing.fMin不能超過fMaxWeightDeviation。?FB_WG_Weighing.fStd必須小于或等于fMaxStd。等同于nValidationSamples中定義的數量的連續采樣信號如果滿足以上三個條件，那么FB_WG_Weighing.bValidMeasurement將會為TRUE，。當FB_WG_Weighing.fWeight第一次超過ST_WG_Weighing_Validation.fThresholdWeight的值時，測量將會開始。只要FB_WG_Weighing.bValidMeasurement的值為True（即輸入的連續信號滿足條件），就會在FB_WG_Weighing.fLastWeight和FB_WG_Weighing.fLastStd中搜索具有最小標準偏差(fStd)的重量值(fWeight)并不斷地進行更新。如果定義了ST_WG_Weighing_Validation.fRelativeWeightLimit參數，當FB_WG_Weighing.fWeight低于fThresholdWeight*fRelativeWeightLimit值時，測量結束。如果不設置該參數，當fWeight小于fThresholdWeight時，測量結束。當測量結束的時候，時間戳信息將會保存在變量FB_WG_Weighing.tLastResult中，同時FB_WG_Weighing.bNewResult在一個周期內被設置為TRUE。如果FB_WG_Weighing.fWeight再次超過fThresholdWeight，那么FB_WG_Weighing.fLastWeight將會被重置并開始新的測量。下圖說明了上述過程，并顯示了有效測量的參數和條件之間的關系去皮AutoTare可以自動對FB_WG_Scaling進行去皮。在ST_WG_Weighing_AutoTare中，參數fThresholdWeight，fMaxWeightDeviation和fMaxStd定義了有效測量的標準。要認為測量是有效的，必須滿足以下條件:?FB_WG_Weighing.fWeight必須大于等于fThresholdWeight。?差值FB_WG_Weighing.fMax-FB_WG_Weighing.fMin不能超過fMaxWeightDeviation。?FB_WG_Weighing.fStd必須小于或等于fMaxStd。只要FB_WG_Weighing.fWeight第一次低于FB_WG_Weighing.fThresholdWeight，并且在nValidationSamples中定義的一系列連續樣本中滿足所述條件，fAutoTareOffset就會開始更新。系統搜索標準偏差最小的權重，并不斷更新fAutoTareOffset。當fWeight超過fThresholdWeight時，測量結束，然后將bNewAutoTareResult立即設置為TRUE。當fWeight低于閾值fThresholdWeight時，fAutoTareOffset被重置，并重新測量。下圖說明了該過程，并闡明了有效測量的參數和標準之間的關系

功能介紹TF36xx函數的調用和配置方式都是類似的，即每個FB函數功能塊有configure、call和reset三個方法，通過configure和其中的引腳stConfig配置函數的基本參數（往往每個函數功能塊會有對應的ST結構體參數），使用call進行運行，使用reset進行錯誤復位。FB_WG_ComboFilter參數包含濾波器階數，截止頻率，采樣頻率，滑動平均值濾波窗口，陷波頻率Configure調用如下，Call調用如下，超采樣系數可以為1（即無超采樣），FB_WG_Scaling參數配置如下，標定過程的狀態機見E_WG_Calibrate枚舉體ApplyCalibration該方法可用于完成或取消觸發的校準過程CalibrateRefHigh該方法可用于觸發fReferenceHigh的標定過程，使用ST_WG_Scaling中的fRawLow、fRawHigh、fReferenceHigh、fReferenceLow進行標定，可以額外觸發fRefHighCalibrateRefLow該方法可用于觸發fReferenceHigh的標定過程，使用ST_WG_Scaling中的fRawLow、fRawHigh、fReferenceHigh、fReferenceLow進行標定，可以額外觸發fRefLowTare該方法可用于觸發去皮，其結果將被送到UpdateTareOffsetUpdateTareOffset該方法可執行手動加載。這意味著從計算的輸出值中減去fOffset值(權重)。此外，更新了函數塊輸出tLastTare和fCurrentTareOffset(=fCurrentTareOffset-fOffset)。FB_WG_Weighing該功能塊可用于稱重測量，使用方法同上，先使用configure進行結構體參數配置，再使用call進行調用ST_WG_Weighing_Validation結構體數據如下fThresholdWeight時測量的最小值，fWeight需要大于等于這個值。該閾值可以通過實際經驗或者測試結果給出。nValidationSamples代表其它狀態的數量。fThresholdWeight、fMaxStd、fMaxWeightDeviation的數量需要滿足nValidationSamples，這樣bValidMeasurment會置為true。fMaxStd是標準差的上限，fStd需要小于等于fMaxStd，這樣該狀態才會被填充。fMaxWeightDeviation代表最大重量偏差的上限，fMax-fMin需要小于等于fMaxWeightDeviation，該狀態才會被填充。fRelativeWeightLimit（0,1）。如果fWeight下降到fRelativeWeightLimit*fLastWeight后，bNewResult和tLastResult將會被更新。如果fWeight大于fThresholdWeight，則搜索fStd最小的重量，直到fWeight再次小于fThresholdWeight。如果設置了fRelativeWeightLimit，當fWeight的值小于fThresholdWeight*fRelativeWeightLimit時，測量結束。確定的重量第一次顯示在fLastWeight中，伴隨著bValidMeasurement的上升沿，并不斷更新，直到測量完成。在測量結束時，在tLastResult中設置時間戳，并在一個周期內將bNewResult設置為TRUE。如果fWeight再次超過fThresholdWeight，fLastWeight被置零，開始新的測量。AutoTare當fAutoTareOffset不為零的時候，該方法通過I_WG_Scaling這個接口對當前的fAutoTareOffset-value進行自動的去皮。AutoTare調用I_WG_Weighing.fAutoTareOffset(fOffset:=fAutoTareOffset)和FB_WG_Weighing.Reset()。新的FB_WG_Weighing.fAutoTareOffset的值會在ST_WG_Weighing.nWindowLength+ST_WG_Weighing.nValidationSamples后立刻更新。如果fWeight小于fThresholdWeight，則搜索fStd最小的皮重，直到fWeight再次大于fThresholdWeight。皮重伴隨著nValidationSamplesvalues被置為true，最早顯示在fWeight中。

運行效果該稱重功能很適用于盒裝（堆疊物品）的快速稱重，重量信號成類階躍式地觸發。濾波的窗口，validation的窗口，閾值大小的設置較為重要。閾值設定越準確，延遲越小。一般而言，稱重的指標是卻確定的，建議先在無濾波或者截止頻率很大（平滑窗口很?。┑那闆r下分析信號的信息，可以根據工況動態地調整這幾個關鍵參數，尤其是窗口大小。如下示例，使用一個原始信號為1000，噪聲為100的梯形波信號。將信號縮放到20，使用的參數如下： 運行效果如下第一窗口的綠色曲線是原始信號，藍色曲線是疊加噪聲后的信號，黃色曲線是濾波后的信號第二窗口藍色曲線是縮放后的信號，品紅色曲線是稱重結果的信號，綠色曲線是最終稱重值第三窗口是標志位，草綠色fStd，天藍色valid，紅褐色是NewResult，綠色是LastStd響應延遲約為300ms，8個最終結果值如下20.25193,20.1257,19.89906,20.1204,20.11301,20.02589,19.99892,20.20355第二套參數如下：第三套參數如下：第四套參數如下：4*8個數據的統計結果如下：結果平均值標準差參數120.092310.11381參數220.061360.13558參數319.9766