Standard napięciowej transmisji szeregowej EIA/RS232C określa kilka istotnych warunków dla poprawnej pracy łącza. Tym, który najczęściej nie jest spełniony, jest maksymalna długość kabla (15m dla 20kbps). Spotykałem się już z torami transmisyjnymi o długości nawet kilkuset metrów, które „jakoś” pracowały, a ich twórcy byli przekonani, że jak coś nie działa, to trzeba obniżyć prędkość transmisji i będzie dobrze! Okazuje się, że nie zawsze…

Z czego biorą się problemy?

Pierwszym ich źródłem jest powszechna i poniekąd słuszna tendencja do ograniczania poboru mocy pobieranej przez układy elektroniczne. Zasilanie układów logicznych z pojedynczego źródła zasilania 5V lub coraz częściej 3.3V spowodowało powstanie układów, które niwelują brak niektórych napięć zasilających.

Typowe, w starszych realizacjach torów transmisji szeregowej, było zasilanie stopnia liniowego napięciem symetrycznym +/-12V oraz +5V. W nowych rozwiązaniach układ interfejsowy jest wykonywany o oparciu o moduł zasilany z pojedynczego napięcia +3.3/5V. W układzie takim (np. MAX3232, ICL3232, SP3232, ADM3310E), stopień końcowy sam wytwarza napięcie o dwóch polaryzacjach, zapewniając wypełnienie wymogów napięciowych standardu EIA/RS232C. Napięcie to z reguły nie przekracza +/-5.5V w stanie nieobciążonym.

Dla typowej transmisji szeregowej to wystarcza, bo zgodnie ze standardem, napięcie wyjściowe powinno być wyższe od +3V lub niższe od -3V.

O przekroczenie maksymalnych wartości napięć obawiać się nie musimy, bo w tych układach nie występują tak wysokie napięcia!

Najczęstsze zastosowania takich układów to transmisja danych na niewielkie odległości – pomiędzy blokami w urządzeniu lub na dystansie kilkudziesięciu cm lub co najwyżej 1,5m.

Uproszczenie układu i oszczędności są jednak okupione ograniczoną wydajnością prądową stopni wyjściowych buforów liniowych. W konsekwencji układy takie pracują doskonale, nawet przy prędkościach transmisji rzędu 460kbps, ale na dystansie nieprzekraczającym kilkudziesięciu centymetrów.

Musimy pamiętać, że w napięciowej transmisji szeregowej, sygnał wyjściowy pojawia się na końcu toru transmisyjnego, stłumiony na skutek istnienia oporności linii (omowej) i opóźniony/zniekształcony przez negatywny wpływ pojemności międzyżyłowych i doziemnych. Spadek amplitudy będzie zauważalny zwłaszcza wtedy, jeżeli oporność wejściowa odbiornika będzie niewielka. Standard to 3.75kW, typowy odbiornik linii, wykonany w technologii CMOS, spełni go z zapasem. Ale zdarzają się tzw. optoizolowane wejścia, które wymagają prądu kilku do kilkunastu mA do prawidłowego zadziałania…

Długie kable, zwłaszcza o niskiej jakości, mają bardzo niekorzystną dla takich zastosowań właściwość – znaczącą pojemność między żyłami sygnałowymi i masą.  Pojemność i oporność kabla powodują efekt taki jak układ całkujący RC. Maleje prędkość narastania sygnału, co w połączeniu ze zbyt dużą częstotliwością przełączania powoduje, że na wejściu odbiornika sygnał jest za słaby i zbyt zniekształcony, żeby poprawnie rozróżnić „0” i „1”.

Zdarzają się także tak kuriozalne przypadki, jak tor transmisji danych szeregowych o długości ok. 330m, wykonany z połączonych kilku odcinków kabla oświetleniowego YDY P 3×0.75.

Co zrobić w takiej sytuacji? Transmisja „działa” tylko czasami, ułożenie nowego kabla jest technicznie możliwe, ale ani gestor, ani „winowajca” na koszty nie chce się zgodzić, a system bez prawidłowej transmisji nie jest ani kompletny, ani przydatny dla swojego celu.

Rozwiązaniem w takim przypadku może być użycie bufora nadawczego, pokazanego na schemacie poniżej.

Jeżeli w układzie transmisyjnym zastosowano, po stronie nadawczej, układ scalony np. MAX232, w obudowie DIL, umieszczony w podstawce, to może się okazać, że zastosowanie układu o podobnej konstrukcji rozwiąże problem w sposób prowizoryczny, ale ostateczny.

Bufor transmisji szeregowej - montaż na płytce uniwersalnej

Terminal wagi przed podłączeniem bufora

Terminal wagi po podłączeniu bufora

Układ bufora ma dwa wzmacniacze przeciwsobne na tranzystorach komplementarnych, zasilane z przetwornicy DC/DC. Przetwornicę musimy dobrać zależnie od tego, czy napięcie zasilania układów cyfrowych ma wartość 3.3V czy 5V. Po stronie wyjściowej mamy dwa napięcia +12V i -12V 50mA. Jeżeli to byłoby niewystarczające, możemy zastosować przetwornicę o większej mocy np. 2W. Najistotniejszą zaletą rozwiązania jest bardzo mała wyjściowa oporność dynamiczna stopni nadawczych. Dzięki temu pojemności kabla są przeładowywane zdecydowane szybciej. Amplituda sygnału wyjściowego jest większa i mniej zależna od parametrów kabla. Lepiej jest tolerowana także mała lub nieliniowa oporność wejściowa (optoizolator).

Efekty zastosowania takiego bufora pokazują poniższe oscylogramy, przed i po połączeniu wzmacniacza.

Sygnał transmisji szeregowej na kablu obciążonym optoizoatorem

Sygnał po wzmocnieniu na 120m kablu bez obciążenia

Sygnał na 120m kablu zakończonym optosprzęgaczem

Prezentacja-konferencja KOMAG 2011

Zauważalny w ostatnich dwóch latach spadek cen drukarek laserowych skłania do podjęcia prób zastosowania ich także tam, gdzie dotychczas królowały drukarki igłowe – w instalacjach przemysłowych. Wysoka jakość druku i akceptowalnie niskie koszty wydruku pojedynczej strony (3-8 gr/strona BW wg testów PC World 04/2010) są istotnym atutem.

Ta róża ma niestety ostre kolce. Większość urządzeń przemysłowych, w których wymagane jest raportowanie zdarzeń na papierze i wydruki kontrolne, używa do przesyłania danych do drukarki interfejsów szeregowych RS232C lub pętli prądowej.

Port szeregowy w drukarkach laserowych standardowo nie występuje! Coraz trudniej jest także znaleźć drukarki laserowe, które maja wbudowany port równoległy (Centronix lub IEEE 1284). Najczęściej można spotkać sprzęt z interfejsem USB, siecią Ethernet kablową lub WiFi. Dodatkowym problemem jest to, że drukarki coraz częściej „nie potrafią” drukować  w trybie znakowym, np. bezpośrednio spod DOS-a. Tanie laserowe urządzenia drukujące współpracują prawie wyłącznie z oprogramowaniem (sterownikiem) zainstalowanym w środowisku MS Windows™, czasami Linux lub MacOS™. Stawianie komputera przy każdym urządzeniu przemysłowym, które musi coś wydrukować jest teoretycznie możliwe, ale nieco kosztowne i bardzo kłopotliwe.

Konwersja z USB na RS232 lub z USB na port równoległy nie stanowi żadnego problemu. Urządzenia służące do tego celu są tanie i powszechnie dostępne. Zupełnie inaczej ma się sprawa, gdy chcemy dokonać konwersji odwrotnej, z portu szeregowego występującego w urządzeniu przemysłowym, na „wejście” USB w drukarce. Wprawdzie istnieją urządzenia, które to realizują, ale ich koszt jest wysoki, często powyżej 500 Euro – więcej niż cena drukarki laserowej przyzwoitej jakości.

O co więc chodzi – prosta drukarka mozaikowa drukowała bez zbędnych dodatków, wystarczył kabel, tasiemka barwiąca i papier. Popularna i tania biurowa „laserówka”, żeby zrobić to samo, wymaga zazwyczaj pośredniczącego w realizacji wydruków komputera. Trudno się dziwić w tej sytuacji, że drukarki igłowe w systemach przemysłowych są nadal tak popularne.

Na szczęście nie zawsze jest tak trudno, jak napisałem wcześniej. Odwróćmy zatem problem i spróbujmy odpowiedzieć na pytanie: co zrobić w sytuacji, gdy zależy nam na drukowaniu raportów na przykład z wagi, na drukarce laserowej, w kilku kopiach, na papierze z poddrukiem i na dodatek tanio, w perspektywie kilku lat eksploatacji?

Rozwiązanie, które stosuję w tej sytuacji nie jest jedynym z możliwych, ale ma istotne zalety.

W swoich realizacjach używam drukarek laserowych Kyocera. Jeden z przykładów takiej instalacji opisałem w projekcie systemu wydruków dla cementowni Dyckerhoff. Niedawno zrealizowałem inny projekt, którym istotne było: drukowanie spersonalizowanych dokumentów na monochromatycznej drukarce laserowej, zmienna, zależna od treści wydruku ilość kopii dokumentu oraz zmienny, zależny od treści wydruku, wygląd poddruku na dokumencie. Specyficzne i mogące zmieniać się w czasie eksploatacji systemu, warunki realizacji wydruków, skłoniły mnie do użycia komputera, jako urządzenia pośredniczącego pomiędzy wagą i drukarką laserową. Tym nie mniej, wiele zadań z opisanego procesu laserowa drukarka Kyocera może wykonać autonomicznie.

Niektóre, nawet tańsze modele drukarek tego producenta, np. FS-2020D, posiadają wbudowany port równoległy (Centronix) i posiadają możliwość drukowania informacji znakowej, wprost z przyłączonego urządzenia. Drukowanie spod DOS-u jest przydatnym atutem tego modelu w zastosowaniu do instalacji przemysłowych. Drukarki te mają standardowo wbudowany interpreter języka Prescribe II, który pozwala na sporządzenie makrodefinicji sterujących pracą drukarki i przebiegiem realizacji wydruków. Za jego pomocą można w wygodny i bardzo elastyczny sposób realizować poddruki, także graficzne, na znakowych wydrukach z dołączonego urządzenia np. wagi.  We wzmiankowanym projekcie, w sytuacji, gdyby potrzebny był standardowy (stały) poddruk, do zrealizowania zadania wystarczyłaby drukarka FS-2020D z wbudowaną kartą Compact Flash, zawierającą makrodefinicje poddruku i konwerter RS232-Centronix.

W sytuacji, gdy potrzebne było manipulowanie rodzajem poddruku i ilością kopii na podstawie przesyłanej do wydrukowania treści, potrzebny stał się automat pośredniczący. Automat ten (komputer), na podstawie wybranych elementów treści wydruku, „wzbogacał go” o potrzebne informacje sterujące wyborem makrodefinicji poddruku i komendy sterujące ilością wydrukowanych kopii.

Musimy pamiętać o realiach projektu – waga elektroniczna w swoim procesorze wydruku nie miała warunkowych rozgałęzień, różnicujących wydruk, zależnie od rodzaju ważonego materiału. Drukarka drukuje treść, którą do niej wysyłamy, nie podejmuje decyzji jak – wykonuje zlecone, przesłane przez interfejs, zadanie wydruku. Z tego powodu zastosowanie komputera pośredniczącego okazało się koniecznym.

Warto jeszcze wspomnieć o innej, cennej właściwości drukarek Kyocera. Jeżeli są wyposażone w interfejs sieciowy Ethernet (np. model FS-2020DN), to wbudowany serwer wydruku pozwala dodatkowo zobaczyć taka drukarkę w sieci jak cztery lub nawet osiem drukarek logicznych (zależnie od typu karty sieciowej). Każda drukarka logiczna widoczna jest na innym porcie adresu IP. Każda może być inaczej skonfigurowana przez makro otwierające i makro zamykające wydruk. To tak, jakby w naszej sieci było dostępnych kilka różnych drukarek jednocześnie. Właściwość tą wykorzystałem w projekcie zrealizowanym dla Cementowni Dyckerhoff, do zróżnicowania wyglądu wydruków pochodzących z różnych wag, drukowanych na jednej drukarce.

Celowo nie wspominam o aspektach ekonomicznych tego projektu – jestem przekonany, że liczenie pieniędzy każdy z nas opanował dostatecznie dobrze i wybór konkretnego rozwiązania potrafi sobie słusznie umotywować. Chciałem zwrócić uwagę na te uwarunkowania techniczne, które czynią ciasteczko jeszcze słodszym.

Ten problem nie występuje jedynie przy tensometrach cyfrowych, przy których zawsze możemy przewód sygnałowy przyciąć na pożądany wymiar.

Zdecydowanie inaczej ma się sprawa w przypadku analogowych czujników tensometrycznych. Ich producenci nie pozostawiają nam wątpliwości, obcinać nie można!

Grozi to nie tylko utratą gwarancji na czujnik, ale także może być przyczyną nieoczekiwanych zmian parametrów całego toru pomiarowego.

Przyczyna tkwi w utracie kompensacji temperaturowej, którą producent czujnika wykonuje dla kompletnej struktury pomiarowej (mostka tensometrycznego) wraz z całym, dołączonym fabrycznie, przewodem sygnałowym.

Przy założonej przez wytwórcę rozdzielczości czujnika tensometrycznego i wynikającej z niej klasie dokładności, błąd wskazania w całym zakresie dopuszczalnych obciążeń i w pełnym przedziale zmian temperatury i innych czynników środowiskowych musi być mniejszy niż zadeklarowana wartość maksymalna.

Nie da się tego zagwarantować, po zmianie długości przewodu sygnałowego, innej niż ta, przy której kompensowano czujnik.

Jest to szczególnie istotne w przypadku tensometrów przystosowanych do pracy równoległej, lub dla zespołu tensometrów „parowanych” do pracy w grupie 4, 6 lub 8 czujników, montowanych np. pod platformą wagi samochodowej.

Co jednak począć z kilkumetrowym „nadmiarem” kabla sygnałowego, który pozostaje nam po podłączeniu czujnika do puszki połączeniowej lub do miernika?

Zwinąć!

Ale w tym miejscu pojawia się problem i pytanie: jak zwinąć, żeby było dobrze, a przynajmniej nie gorzej?

Spotkałem się w swojej praktyce z sytuacjami, gdzie zwinięty nadmiar przewodu sygnałowego stawał się źródłem nieoczekiwanych problemów, objawiających się brakiem stabilności wskazań zera, chwilowymi „szaleństwami” wagi czy wręcz zupełnym brakiem poprawnej pracy.

Dlaczego tak się dzieje?

Kabel sygnałowy od tensometru to z reguły wiązka czterech lub czasami sześciu przewodów w ekranie foliowym, w oplocie lub w podwójnym ekranie. Tak czy inaczej dwa z tych przewodów to linie sygnałowe z przekątnej mostka, przekazujące sygnał na poziomie pojedynczych μV na działkę pomiarową wagi. Przy oporności wyjściowej mostka rzędu 350Ω, który można uznać za źródło napięciowe, czujnik tensometryczny wykazuje sporą odporność na typowe zakłócenia od pól elektromagnetycznych. Gdy jednak nieopatrznie zwiniemy zbyt długi przewód w pętlę, możemy radykalnie zwiększyć poziom indukowanych w nim zakłóceń, co z reguły objawi się nam niestabilnym wskazaniem zera. Koś może zapytać: a co z ekranowaniem, czy nie rozwiązuje problemu? Nie zawsze i nie dla każdego przypadku, ponieważ właśnie potencjały indukowane w ekranie przez elektromagnetyczne pola zakłócające są głównym źródłem problemów. Zwłaszcza wtedy, gdy są duże. Przewody sygnałowe wewnątrz ekranu nie mają idealnej symetrii. Ich pojemność międzyliniowa i pojemności rozproszone do ekranu nie są równe. Skutkuje to odmienną wielkością sygnału zakłócającego, przenikającego przez te pojemności z ekranu do poszczególnych żył sygnałowych. Przy niezbyt korzystnym zbiegu okoliczności, zakłócenia (a właściwie ich różnica, indukowana w parze przewodów sygnałowych) mogą osiągnąć poziom porównywalny z wartością wejściowego sygnału pomiarowego, dla działki elementarnej i staną się widoczne. Konfiguracja filtru w mierniku nie zawsze rozwiąże problem, bo zbyt duża energia sygnałów zakłócających zawsze, prędzej czy później, będzie źródłem problemów.

Jaka jest rada?

Jest ich kilka i najlepiej zastosować wszystkie:

○        należy unikać sytuacji, gdzie potencjalne źródła zakłóceń EMC znajdują się w pobliżu czujników tensometrycznych (nie do wyeliminowania np. w wagach kolejowych),

○        należy dobierać czujniki tensometryczne o takiej konstrukcji, w której osiągniemy najlepsze dopasowanie budowy czujnika do realiów jego zainstalowania (często niemożliwe do zastosowania – czujniki jakie są każdy wie…),

○        należy umieszczać puszkę połączeniową w centralnym miejscu, w którym odległość do poszczególnych czujników jest najbardziej porównywalna (możliwe, ale tylko przy wagach na czterech czujnikach),

○        nadmiar kabli połączeniowych od czujników tensometrycznych należy zwinąć bifilarnie! Takie „skrócenie” kabli eliminuje zakłócenia indukowane w kablach do minimum.

Jak to zrobić?

1. wybieramy cały nadmiar kabla pomiędzy czujnikiem i puszką i składamy go na pół, pamiętając o zachowaniu minimalnego promienia zgięcia kabla, jeżeli producent go określił,
2. zwijamy nadmiar kabla, począwszy od miejsca złożenia, w regularną pętlę, o średnicy kilkunastu centymetrów (wymiar niekrytyczny),
3. spinamy zwinięty kabel przy pomocy opasek poliamidowych, izolowanego drutu, sznurka lub taśmy izolacyjnej, tak, aby zachował nadany mu kształt (zalecane, chociaż niekrytyczne),
4. układamy zwiniętą pętlę nadmiaru kabla równolegle do przebiegu przypuszczalnych linii sił pola zakłócającego, czyli np. kładziemy go płasko na dnie pomostu, a nie wieszamy w jednym punkcie.

Te kilka prostych czynności pozwoli nam zmniejszyć do minimum amplitudę zakłóceń indukowanych w przewodach sygnałowych. Niezależnie od tego, jakie są duże, przy zastosowaniu tych reguł, będą wywoływały najmniejsze z możliwych zakłóceń w torze pomiarowym.

Czy jednak problem dotyczy tylko toru pomiarowego? Oczywiście nie! Tyle, że po stronie interfejsów komunikacyjnych nie mamy zazwyczaj żadnych ograniczeń na dopasowanie kabli na wymiar. W przypadku, gdy stosujemy uniwersalne, gotowe kable pamiętajmy, aby nie przesadzać z ich długością. Za długie skracajmy według tych samych reguł, co powyżej, a unikniemy wielu kłopotów.

Wagi przenośnikowe, nazywane także wagami taśmociągowymi, należą do grupy wag automatycznych. Służą do ciągłego pomiaru przepływu masy materiałów sypkich, transportowanych na taśmie przenośnika. Zasada pomiaru (w uproszczeniu) polega na ciągłym pomiarze masy materiału, znajdującego się na taśmie przenośnika, w obrębie sekcji pomiarowej. Pomiaru dokonuje się za pomocą tensometrycznych czujników (lub pojedynczego czujnika) siły. Jednocześnie tachometr mierzy prędkość, z jaką porusza się taśma przenośnika. Iloczynem tych dwóch zmiennych wielkości – masy i prędkości, jest wydajność chwilowa. Poprzez całkowanie wydajności chwilowej w funkcji czasu, ustala się sumaryczną masę materiału, która przepłynęła przez wagę. Waga po zainstalowaniu wymaga kalibracji: teoretycznej lub za pomocą wzorców. Aby waga ważyła poprawnie, konieczne jest także jej wytarowanie w ustawieniu roboczym. Realizujemy to poprzez pomiar masy pustej taśmy przy jej pełnym obiegu taśmy. Czasami, dla większej dokładności, tarując taśmę uśredniamy wynik pomiaru za kilka obiegów taśmy. Tak przygotowana waga powinna wskazywać przepływ masy i wydajność chwilową z należyta dokładnością.

Warunkiem dodatkowym prawidłowego pomiaru masy jest także stałe ustawienie – wypoziomowanie lub pochylenie taśmociągu, na którym zamontowano wagę.

W niektórych zastosowaniach zmiana pochylenia taśmociągu jest konieczna. Z taką sytuacją mamy do czynienia np. na ładowarkach i zwałowarkach, których ramię wysięgnika przestawia się (pochyla) zależnie od potrzeby. Czy w takiej sytuacji można poprawnie ważyć przepływający materiał, zwłaszcza wtedy, gdy nie ma możliwości usytuowania wagi na nieprzestawianej części taśmociągu?

Rozwiązań jest kilka, a każde z nich ma specyficzne zalety i niestety… także wady.

Wspólną wadą tych rozwiązań jest brak dostępności legalizacji na taką wagę. Chociaż nie wykluczają tego obowiązujące przepisy (ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 9 czerwca 2009 r. w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać wagi automatyczne przenośnikowe, oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych, Dz. U. Nr 98 z 2009r. poz 820), nie jest mi znana żadna instalacja tego rodzaju, posiadająca certyfikat zatwierdzenia typu i pozwalające na legalizacje wagi na przestawianym taśmociągu. Jest to jednak przeszkoda niezbyt istotna, gdyż zazwyczaj potrzeba wykonywania pomiarów przy zmiennym ustawieniu wagi przenośnikowej ma źródło w wymogach technologicznych a nie formalno-prawnych czy handlowych.
Jak zatem zabudować wagę na przestawianym taśmociągu, tak, aby ważyła poprawnie w każdym położeniu?
W każdym przypadku potrzebny będzie układ pomiarowy, który pozwoli określić aktualne położenie taśmociągu w przestrzeni – miernik pochylenia taśmociągu, nazywany chyłomierzem lub inklinometrem. Niezbędna dokładność chyłomierza będzie zależała od klasy wagi, ale zazwyczaj nie będzie nam potrzebna dokładność większa niż ±0.5°. Zakres pomiarowy może sięgać ±35°, chociaż w praktyce nie spotyka się wag przenośnikowych nachylonych bardziej niż 18° (typowe ograniczenie wynikające z zsuwania się materiału na pochylonej taśmie).

Jeżeli na etapie konstruowania wagi dokonamy właściwego wyboru terminala wagowego, to w zasadzie problem jest rozwiązany. Właściwy wybór w tym przypadku oznacza terminal z wbudowana funkcją automatycznej korekty pochylenia taśmociągu. Jednym z takich rozwiązań jest terminal „System A² Model H14” szwedzkiej firmy S-E-G. Terminal dokonuje automatycznie korekty wskazań wagi po zmianie kąta pochylenia taśmociągu w zakresie ±35°. Kąt może być wprowadzony ręcznie, z pulpitu terminala wagi lub automatycznie, za pośrednictwem protokołu MODBUS RTU poprzez interfejs RS485.

Co ma począć konstruktor lub właściciel wagi, gdy zaplanowano użycie lub użyto innego terminala, nie posiadającego funkcji korekty pochylenia taśmociągu?

Zgodnie z definicja pomiaru na wadze przenośnikowej, ma do dyspozycji dwie inne opcje korekty: poprzez proporcjonalną do pochylenia zmianę informacji o prędkości taśmy lub przez odpowiednią do ustawienia taśmociągu zmianę wartości sygnału pomiarowego, pochodzącego z czujnika lub czujników tensometrycznych.

Budując korektor pochylenia wagi na taśmociągu, zweryfikowałem każdą z tych opcji. Przy użytym w tym projekcie czujniku położenia możliwe jest uzyskanie korekty wskazań z dokładnością lepszą niż 0.05%. Można to osiągnąć zarówno w drodze korekty częstotliwości impulsów z dromometru jak i modyfikując, proporcjonalnie do pochylenia, wartość sygnału pochodzącego z tensometru.

Dostępna aktualnie druga wersja korektora pochylenia wagi na taśmociągu, współpracuje z terminalami wagowymi „System A² Model H14”. Zastosowany w tym terminalu algorytm korekcji ma jednak pewne ograniczenie: waga przenośnikowa dla poprawnego działania wymaga wytarowania po każdej zmianie kąta pochylenia taśmociągu.

Konstruktorzy z S-E-G zapowiadają modyfikację oprogramowania, która wyeliminuje to ograniczenie. Nowa wersja oprogramowania terminala zagwarantuje, że raz wytarowana waga będzie wskazywała poprawnie, dopóki nie ulegnie zmianie rzeczywista masa taśmy (zużycie, oblepianie itp.).

Ze względu na możliwość uginania się platformy, czujniki tensometryczne w wagach samochodowych zwykle ustawia się w odwrócone “V”,  aby po obciążeniu platformy wagi, skompensować ugięcie jej pomostu, a wszystkie czujniki tensometryczne przyjęły pozycję pionową. Poniższy rysunek trochę przejaskrawia problem, ale pokazuje jego istotę.

O ile już samo pionowe ustawienie czujników sprawia spore problemy, to ustawienie ich pochyło, pod właściwym kątem, w zamierzoną stronę jest zwykle niewykonalne bez właściwego oprzyrządowania. Pamiętajmy, że wagi mają od czterech do nawet ośmiu czujników tensometrycznych, a rozłożenie masy pojazdu na platformie zwykle bywa  nierównomierne. Dodatkowo na dokładność wagi, brak odchyłek wskazań w narożach i liniowość wpływa ustawienie czujników tensometrycznych na jednakowej wysokości, gwarantująca równomierny rozkład obciążenia na wszystkie punkty podparcia platformy czy platform w wagach wielosegmentowych.

Rozwiązaniem tego problemu jest poziomica wagarska, przy pomocy której można błyskawicznie i z dużą dokładnością ustalić ustawienie każdego z czujników tensometrycznych w płaszczyźnie pomostu i wypoziomowanie platform.

Za pomocą tego typu poziomicy – przekazującej informacje zdalnie,  po kablu lub przez radio, do komputera lub bezpośrednio na wyświetlacz – można z dokładnością lepszą niż 0,2° (rozdzielczość 0,06°) ustawić każdy z czujników tensometrycznych tak, aby przy dowolnym obciążeniu platformy, w zakresie nośności wagi, wynik pomiaru mieścił się w granicy dopuszczalnych błędów. Zakładam, że czujniki tensometryczne i elektronika wagi są sprawne, pomost jest dostatecznie prosty, sztywny i prawidłowo podparty na wszystkich czujnikach.

Przewagą poziomicy wagarskiej nad typowymi poziomicami (także elektronicznymi), jest jej przystosowanie do pomiarów ustawienia czujników tensometrycznych w dwóch osiach jednocześnie.

Poziomica wagarska będzie też bardzo przydatna przy ustalaniu wypoziomowania platformy oraz zakresu jej ugięcia w zależności od obciążenia.

Wystąpienie tego typu zjawiska, jako skutku długotrwałej eksploatacji wagi nie martwi nikogo poza Właścicielem wagi, ale jeżeli występuje już na etapie uruchamiania nowej wagi lub jest zjawiskiem zaobserwowanym po wizycie serwisu, potrafi zabrać spokój Wagarzowi i narazić Go na dodatkowe wydatki dla przywrócenia oczekiwanego rezultatu. Rezultatu, którym zawsze jest stabilność wskazań wagi, powtarzalność wyników i odporność na typowe warunki, w których waga jest eksploatowana.

Poziomica wagarska - trzy rodzaje elektroniki, dwie wielkości

Proponowane rozwiązanie – poziomica wagarska nie eliminuje oczywiście błędów ustawienia czujników tensometrycznych, ale pozwala błyskawicznie i z dużą dokładnością określić, czy czujnik jest prawidłowo ustawiony -w pionie. Występujące błędy ustawienia w obu prostopadłych osiach są w czytelny sposób sygnalizowane, a wskazanie wprost sugeruje wielkość i kierunek korekty ustawienia czujnika dla osiągnięcia prawidłowego położenia.

Zobacz szczegóły…

Zmiana programu mikrokontrolera i dodanie niewielkiego pulpitu z pięcioma diodami LED zmieniły korektor pochylenia w dokładną poziomicę. Stworzony na bazie programu do monitorowania głowicy komparatora, program do wizualizacj pracy poziomicy na PC, stworzył ciekawe środowisko do eksperymentów. Przyjęty w moim programie sposób wizualizacji przypomina widok bąbelkowej poziomicy spirytusowej zwanej potocznie “bycze oko” czyli “Bull eye”.

Okno programu - dwuosiowa poziomica MEMS

Pierwsze rezultaty z testów można zobaczyć tutaj.

[youtube]96HFvGNmJpw[/youtube]

Pomysł okazał się na tyle dobry, że postanowiłem na jego bazie stworzyć jedną z wersji poziomicy dla serwisu wag elektronicznych.

Od wersji I różni się stopniem zasilającym. Przemysłowe warunki, w których instalowane są wagi taśmociągowe, cechuje niestałość napięcia na liniach zasilających  i znaczny poziom występujących zakłóceń. Doświadczenia eksploatacyjne pokazały nam, że stopień zasilający musi wykazywać odporność na znaczne odchylenia od nominalnej wartości napięcia zasilającego. Zasilacz liniowy w takiej sytuacji wykazuje zdecydowanie zbyt małą sprawność. Dlatego w wersji II pierwszy stopień konwersji napięcia zasilania został wykonany jako przetwornica impulsowa.

Cyfrowy korektor pochylenia wagi taśmociągowej z czujnikiem MEMS v.1

Cyfrowy korektor pochylenia wagi taśmociągowej z czujnikiem MEMS v.2

Średni prąd zasilania korektora, przy napięci zasilania równym 24V, wynosi tylko 15.5mA. Zmiany prądu w trakcie pracy mieszczą się w przedziale 14.8mA – 16.7mA. Straty mocy w zasilaczu liniowym, zastosowanym w wersji I, sięgały 1150mW. Zasilacz impulsowy pozwolił na zmniejszenie tych strat blisko dwunastokrotnie! Jednocześnie zwiększyła się stabilność pracy korektora w skrajnych zakresach napięcia zasilania (Uz<12V lub Uz>26V).