國內電子皮帶秤的技術發(fā)展動態(tài)

 國內電子皮帶秤的技術發(fā)展動態(tài)

 一、概述

    在國內巨大市場的強力推動下，近年來國產電子皮帶秤技術發(fā)展迅猛，包括定量皮帶秤等產品在內的皮帶秤市場2011、2012年容量約2萬臺。在涉及電子皮帶秤技術的各個方面，如傳感器、承載器、累計器、檢定和標準等方面均有所突破，為國產電子皮帶秤技術長遠發(fā)展打下了堅實的基礎。

二、承載器

承載器的結構形式有單杠桿式、雙杠桿式、懸臂式、懸浮式等多種結構形式。

懸浮式承載器類似靜態(tài)稱重的稱重平臺，稱重平臺上支撐了1組或幾組稱量托輥，筆者曾采用響應特性曲線分析方法對多種承載器結構進行分析比較，結論是懸浮式承載器特性優(yōu)于上述其它各種結構形式的承載器。從2003年起，筆者開始宣傳國外公司直接承重式承載器，如今這些觀點逐步得到國內眾多廠商和用戶的認可，用單托輥直接承重式承載器取代單托輥杠桿式承載器、用組合式直接承重式承載器和多托輥懸浮式承載器取代多托輥杠桿式承載器已成為國內承載器發(fā)展的趨勢。

雖然眾多的國內皮帶秤生產廠商仍沿用隸屬于賽默飛世兒科技集團（Thermo Fisher Scientific）的美國拉姆齊公司各種類型的承載器，但一些實力較強、具有創(chuàng)新精神的國內皮帶秤主流廠家與用戶結合，近年來推出了較多的新產品，如各類懸浮式承載器、同一皮帶輸送機多承載器的產品。

為解決皮帶秤計量準確度低、長期穩(wěn)定性差的難題，南京三埃工控股份有限公司開發(fā)了“陣列式皮帶稱重系統(tǒng)”，他將多個稱重單元順序串聯(lián)安裝在皮帶輸送機上組成一個陣列，每個稱重單元由一只稱重傳感器支承兩組稱重托輥，通常采用8個稱重單元，這樣一套陣列式皮帶秤就有16組稱重托輥。在該公司《QPS皮帶秤全性能實驗室》里，采用一個的數(shù)學模型對各單元的檢測值進行計算與比較，然后就皮帶張力對稱重的影響進行修正。試驗結果證實：在8個稱重單元的條件下，可將皮帶張力影響減少90%以上；皮帶秤的實物標定準確度可以長期穩(wěn)定地達到0.25%水平，實際測試時，可以達到0.1%的水平；這樣的系統(tǒng)還可以降低皮帶秤安裝要求及托輥粘料對測量的影響，減小維護量^[8]。2012年11月15日，南京三埃工控股份有限公司的發(fā)明“散狀物料高精度皮帶稱重陣列系統(tǒng)”榮獲*第十四屆中國獎。

銅陵市三愛思電子公司研究開發(fā)的“電子皮帶秤計量、校驗集成系統(tǒng)”，采用了2臺多組托輥的懸浮式承載器，可以在皮帶機正常物料輸送的情況下用砝碼自動地對皮帶秤進行動態(tài)檢驗，幾套試驗項目的檢定準確度優(yōu)于0.3%^[9]。

江蘇賽摩電氣股份有限公司在南京西壩煤碼頭輸煤皮帶機上安裝了雙承載器的物料疊加自校準皮帶秤系統(tǒng)，主計量皮帶秤和輔助校準皮帶秤采用了多組稱量托輥的全懸浮式承載器^[10]。江蘇賽摩電氣股份有限公司研發(fā)的F型于電廠的定量皮帶秤實時在線校準系統(tǒng)，在一條配料用的皮帶

輸送機上有3組承載器。其中1組安裝在物料落料點的后方，僅用于皮重測量，以實現(xiàn)在線調零功能；另外2組秤架安裝在物料落料點的前方，能夠在正常給煤的工作狀況下進行稱重計量，并按“疊加試驗法”的原理實現(xiàn)在線校準功能，從而解決了多年來定量給煤機使用精度較低的難題^[11]。

天津天鐵冶金集團有限公司在電子皮帶秤的商貿應用中，自行采用在同一皮帶輸送機上安裝兩套電子皮帶秤同步使用，從而在金牛天鐵、天鐵集團兩個企業(yè)間2011年度貿易結算的計量數(shù)據(jù)上取得累計相對誤差僅為0.03%的良好效果^[12]。

三、累計器

近年來，國產皮帶秤用累計器可靠性不斷提高，功能越來越強化，其信譽度也得到大幅提升。

通訊功能強化也是智能化儀表的重要標志，通過RS232、RS485、MODBUS 等方式進行多臺皮帶秤聯(lián)網、集中監(jiān)控或與上位計算機系統(tǒng)通訊是大多數(shù)微機皮帶秤已具有的功能，而采用IEC61158標準中規(guī)定的現(xiàn)場總線則是微機皮帶秤的發(fā)展趨勢。南京天秤計控設備有限公司、長沙湘計、江蘇賽摩電氣股份有限公司及部分采用西門子PLC作為累計器的產品先后增加了Profibus-DP現(xiàn)場總線，為生產線上的定量皮帶秤、計量皮帶秤與控制系統(tǒng)聯(lián)網提供了方便條件。

隨著物聯(lián)網的推廣和無線技術的普及，帶無線傳輸功能的皮帶秤用累計器日漸增多。在面對一些礦產大縣財稅部門管理眾多地方小型礦山皮帶秤等計量設備問題時，重慶大唐科技股份公司將單一的皮帶秤等重量測量裝置擴展為可以包括視頻監(jiān)控、遠程無線傳輸、數(shù)據(jù)集中采集顯示在內的礦產品財稅監(jiān)控管理系統(tǒng)，如稱重現(xiàn)場采集到的重量數(shù)據(jù)和視頻可以通過GPRS等方式無線傳送到縣城的監(jiān)控中心集中監(jiān)控。

徐州三原和中國聯(lián)通徐州分公司聯(lián)合開發(fā)的智能計量物聯(lián)平臺、皮帶秤累計器遠程無線通訊系統(tǒng)已研發(fā)成功并投入使用，該通訊系統(tǒng)可遠程監(jiān)控多臺皮帶秤累計器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互聯(lián)網、手機對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時掌控，還可通過短信方式將統(tǒng)計報表即時上報，實現(xiàn)遠程校表和遠程維護功能，提升了響應速度，快速幫助客戶處理故障，提高工作效率。

河南豐博自動化公司FB-IWFL/M型信息化定量皮帶秤的上位機通過485總線Modbus通信協(xié)議傳送到現(xiàn)場控制箱，然后控制變頻器調節(jié)皮帶電機轉速；現(xiàn)場控制箱采集到的皮帶運行信號，可通過GPRS短信模塊向用戶手機或上位機發(fā)送；信息化定量皮帶秤可以通過觸摸屏或無線手持儀實施操作和調試。

江蘇賽摩電氣股份有限公司在高精度電子皮帶秤中應用了賽摩公司的 “三計技術”，即在該公司各類多托輥懸浮式承載器里，實時測量皮帶輸送機輸送物料重量的4個稱重傳感器信號是分成4個獨立信號進入現(xiàn)場PLR-D數(shù)字轉換器，在PLR三計皮帶秤累計器里包含有3臺秤的數(shù)據(jù)，通過將4路獨立稱重信號分別組合，形成一個4傳感器組合和2個雙傳感器組合的3臺秤，結合速度傳感器的信號累計運算得到3組累計量（1組主累計量和2組輔累計量）及瞬時流量。累計器正常顯示主累計量，同時2組輔累計量實時在線比對，如果2組輔累計量差值超過設定界限，則對構成2組輔累計量的稱重傳感器輸出信號分別進行對比，誤差超過設定界限的稱重傳感器即為有故障的

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一組輔助計量。同時，選擇*的一組輔累計量替代主累計顯示，從而保證皮帶秤在某一稱重傳感器有故障或異常時仍然可以進行稱重，提高了皮帶秤運行的可靠性和計量精度的準確性^[13]。在該公司的“標準物料與正常輸送物料疊加法”的系統(tǒng)里，由于有2組獨立的皮帶秤承載器和1組料斗秤，因此也可用三計皮帶秤累計器分別完成皮帶秤物料重量的累計值顯示、瞬時流量值顯示、料斗秤總量顯示、故障診斷、標準物料與正常輸送物料疊加法校驗等功能。

南京三埃工控股份有限公司于2012年正式推出應用于陣列式皮帶秤的“皮帶秤遠程專家系統(tǒng)”，并開始在部分用戶中使用。系統(tǒng)由安裝于生產現(xiàn)場的帶GPRS RTU陣列式皮帶秤、公司總部帶GPRS RTU的總部服務器及帶GPRS RTU的其他人員（例如出差外地的安裝調試人員）等組成。皮帶秤遠程專家系統(tǒng)的基本功能是：記錄數(shù)百個工作參數(shù)和中間過程參數(shù)，將各生產現(xiàn)場的皮帶秤始終納入專家系統(tǒng)監(jiān)控之下；記錄各種自動執(zhí)行的程序和人機對話操作時間、內容，為分析皮帶秤工作狀態(tài)提供基礎資料；記錄各種故障報警的時間、內容、數(shù)據(jù)及排除時間等，供專家系統(tǒng)分析用；記錄皮帶秤去皮、計量、校準或檢定過程的各種參數(shù)，為專家系統(tǒng)分析提供數(shù)據(jù)^[14]。

五、檢定

在南京三埃工控股份有限公司曾對陣列式皮帶秤進行了掛碼與在線料斗秤校準的對比試驗，結果表明：掛碼校準的重復性優(yōu)于0.03%，與在線料斗秤校準結果的差別基本穩(wěn)定在0.2%左右。按0.2級準確度等級要求的指標用掛碼乘以修正系數(shù)后校準陣列式皮帶秤，再用在線料斗秤對所通過的散狀物料計量驗證，其試驗數(shù)據(jù)誤差小于士0.1%。2010年山東日照港為碼頭散裝物料裝船計量安裝了陣列式皮帶秤，先采用掛碼標定，調整后示值與理論值相差不大于0.025%。9天后未經任何調整進行實物標定，采用汽車衡作為控制衡器，陣列式皮帶秤示值5026.26t，汽車衡示值5023.68t，動態(tài)自動稱量累計誤差僅0.051%。對比試驗結果顯示，陣列式皮帶秤的掛碼標定結果與實物標定的結果十分接近，表明用模擬載荷試驗作為校準陣列式皮帶秤的一種實用方法，具有一定的可行性^[15]。

國內企業(yè)對傳統(tǒng)的滾鏈結構作了如下一些改動：南京金杰出科技公司生產的可加掛砝碼型滾鏈，可通過增減砝碼在皮帶秤量程范圍內的多點進行試驗；浙江樂清新亞機電公司、江蘇申大衡器公司生產滾鏈卷揚裝置，包括單滾鏈卷揚機、雙滾鏈卷揚機和可移動式滾鏈卷揚裝置；余姚市通用儀表有限公司TYLM自動化標準滾鏈裝置采用在皮帶秤上方的位置上設儲存槽體的和變速驅動器的方式，自動收放存儲滾鏈，減少滾鏈搬運和拆卸。

北京市春海技術開發(fā)公司于上世紀九十年代中期開始研制DCX型模擬載荷試驗裝置（即循環(huán)鏈碼），其重復性達到0.1%，該裝置已列入JJG195-2002皮帶秤國家計量檢定規(guī)程。規(guī)程新增加的內容之一是：可以使用循環(huán)鏈碼替代實際物料用于對0.5級皮帶秤、1級皮帶秤和2級皮帶秤進行使用中檢驗，其使用的準確度等級高于其他類型的模擬載荷裝置。北京市春海技術開發(fā)公司DCX型循環(huán)鏈碼應用總數(shù)已達數(shù)百條，其應用領域已從火電廠擴展到冶金企業(yè)。

常規(guī)的模擬載荷試驗方法都是在中斷物料正常輸送的條件下進行的，由于模擬載荷試驗時與物

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料正常輸送時的皮帶張力相差很大，致使模擬載荷試驗的結果與物料試驗的結果存在較大的誤差，筆者曾在現(xiàn)場進行過空負荷掛砝碼試驗及帶負荷掛砝碼試驗的比對，發(fā)現(xiàn)二者之間相差1.2%，說明皮帶張力的影響確實存在。

安徽銅陵三愛思公司經過長時間的試驗摸索，推出了“物料棒碼疊加法”進行皮帶秤的校驗。其前提是要在同一條皮帶輸送機上高質量地安裝2臺性能穩(wěn)定的承載器；在承載器調零之后，即可輸送物料，并將2臺承載器的顯示差值調整在要求的范圍內（如差值小于0.1%）；在進行“物料棒碼疊加法”試驗時，正常輸送物料，并在其中1臺承載器上人工或遠程自動加掛棒狀砝碼；此時2臺承載器的累計器同步累計并獲得皮帶運行整數(shù)圈時累計量的差值ΔP；按加掛砝碼公式計算出調整系數(shù)K，該系數(shù)為2臺承載器共用的調整系數(shù)，試驗過程結束。現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)表明，以該調整系數(shù)為依據(jù)，可以在現(xiàn)場隨后進行的物料試驗中使皮帶秤達到0.25%的精度，從而初步證實物料棒碼疊加法可以在生產現(xiàn)場取代物料試驗。如在銅陵市華興化工公司港口物料計量采用了專門定制的皮帶輸送機，皮帶長度53.44m，輸送機傾角2.3°，皮帶寬度800mm，設計zui大流量270t/h，皮帶速度1.137m/s，托輥間距1.000m，兩臺3托輥秤架均采用全懸浮式，4個稱重傳感器支承，經過“物料棒碼疊加法”試驗找出修正系數(shù)后，3次物料試驗結果的誤差zui大一次為0.17%。物料棒碼疊加法受到用戶的普遍關注，因為它不需要單獨的物料試驗，可以在正常物料輸送時完成皮帶秤的校驗工作。為了讓更多的用戶，特別是一些計量準確度不一定要求達到0.5%時，銅陵三愛思公司還可提供一種價格較低的方案：由2組單托輥直接承重式承載器外加2組托輥組成的帶在線校驗系統(tǒng)的工藝計量秤。其特點是：雙秤合一的計量，優(yōu)于傳統(tǒng)的雙托輥秤；雙層的實時比對，超差立即報警輸出；的校驗系統(tǒng)，支持實物在線校驗。