皮帶秤三組計量值稱重技術的研究及應用
 

【摘 要】皮帶秤三組計量值稱重技術采用分路A/D轉換技術及互為虛擬絞支稱重理論，解決了多稱重傳感器皮帶秤在稱量工作中由于某一稱重傳感器出現故障或異常造成計量不準，同時又不容易發現的難題，提高了多稱重傳感器皮帶秤稱重的可靠性。
【關鍵詞】三組；計量值；皮帶秤
一、概述
電子皮帶秤的誕生已有一百年的歷史，電子皮帶秤的發展是隨著工業技術的發展而發展，從早期的機械式皮帶秤，到機械電子秤，到后二十世紀90年代，隨著傳感器技術和微處理器技術發展而出現的微機皮帶秤。目前，電子皮帶秤的應用已經十分廣泛，而且其作用不僅僅是一臺計量設備，更重要的應用是利用其測量的在線性和實時性的特點，直接輸出控制信號，從而實現定量給料、定比例配料，在工業生產過程控制中得到了更廣泛應用。
隨著電子皮帶秤應用的廣泛，皮帶秤使用的可靠性愈來愈受到重視。從稱重傳感器、測速傳感器、稱重儀表等部件可靠性研究的加強，到對皮帶秤安裝技術的重視，使皮帶秤的可靠性有了提升，特別是隨著賽摩創新發明的“多稱重傳感器衡器的三組計量值稱重技術”在皮帶秤的應用，使皮帶秤的可靠性得到了進一步的提高。
多稱重傳感器衡器的三組計量值稱重技術，簡稱“三計稱重技術”。采用互為虛擬鉸支的稱重理論及分路A/D轉換技術、自動識別技術，解決了稱重技術領域多年來稱重傳感器出現故障或異常，不能及時發現、稱重系統計量不準的難題，提高了稱重系統的可靠性、準確性。
賽摩基于三計稱重技術研究、開發的三計皮帶秤使一臺皮帶秤具有三組累計量：一組主累計量和兩組輔累計量。兩組輔累計量進行實時在線比對，如發現輔累計量超差，則對稱重傳感器進行比對判別，確定稱重傳感器是否有故障或異常（秤架*、支撐變形、結構變化、螺栓松動等），將有故障或異常稱重傳感器的一組輔累計量加以隔離，采用另外一組正常的輔累計量自動替代主累計量。此時，皮帶秤稱量工作不中斷，系統繼續運行。從而保證在皮帶秤的某一稱重傳感器有故障或異常時，系統仍可以進行可靠的計量，大大的提高了皮帶秤運行的可靠性和計量精度的準確性。
二、“三計稱重技術”的建立
1、稱重技術的發展歷程回顧
稱重技術從早期的純機械秤開始，利用杠桿原理進行稱重,如圖1所示，A處作為杠桿支點，重物通過傳力機構施壓在杠桿上，B處作為杠桿力點，用機械形式指示檢測重物的重量值。
圖1
隨著電子技術的發展，稱重傳感器及數字儀表的出現，純機械秤變為機電結合秤如圖2所示，A處作為杠桿支點，重物通過傳力機構施壓在杠桿上，B處作為杠桿力點，在B處安裝稱重傳感器，稱重傳感器把受力后的機械變形轉變為電子信號輸出給數字儀表，數字儀表用電子形式顯示檢測重物的重量值。
圖2
近年來隨著稱重傳感器及稱重儀表的技術進步和價格的降低，機電結合秤發展為全電子結構形式的電子秤如圖3所示，杠桿A、B處均作力點且裝有稱重傳感器，通過力點上的稱重傳感器把受力后的機械變形轉變為電子信號輸出給基于微處理器控制的稱重儀表，稱重儀表用數字形式顯示檢測重物的重量值。
圖3
2、互為虛擬絞支稱重理論
從上述稱重技術發展的三個階段可以看出，通過杠桿原理檢測重物的重量值是可靠的、準確的。三個階段的發展其主要區別是機械結構愈來愈簡化。進入本世紀以來，衡器絕大部分變為全電子結構形式。
通過研究發現在全電子結構的衡器中，仍內含杠桿式檢測重量的虛擬杠桿結構存在，由此虛擬杠桿結構也可以獲得測量重量值。
這樣,我們在全電子結構的衡器中找到了互為虛擬絞支的二組杠桿。通過互為虛擬絞支的二組杠桿產生的二組計量值，加之全電子結構產生的一組計量值，三組計量值由此獲得。
3、自動識別技術
在獲得三組計量值后，通常把全電子結構產生的一組計量值作為稱重儀表的主計量顯示，用于正常計量顯示；把互為虛擬絞支的二組杠桿產生的二組計量值作為輔計量。
基于二組輔計量在校準時是與主計量一并進行校準，此二組輔計量在稱重時進行實時在線進行比對，如果二者超過設定誤差，則判斷出輔計量所用稱重傳感器可能出現故障或異常，異常產生的原因主要有：稱重傳感器自身故障、稱重傳感器受力處機械變形、物料堵塞影響稱重傳感器正常受力、外界惡意干擾稱重傳感器的輸出等。
如果輔計量是由二個稱重傳感器產生的，稱重儀表則再比較判斷二個稱重傳感器輸出是否正常；如果輔計量是由一個稱重傳感器產生的稱重儀表則再比較此稱重傳感器皮重時的輸出；經過比較找出有故障的或異常的稱重傳感器。
稱重儀表軟件自動識別剔出有故障或異常的稱重傳感器產生的輔計量,把*稱重傳感器的輔計量作為正確值，用輔計量的正確值自動替代主計量顯示。此時,保證了稱重系統既使某一稱重傳感器出現異常或故障，稱重工作仍可以繼續進行，確保稱重的可靠性和準確性。
4、分路A/D轉換技術
傳統的模擬稱重傳感器組成的衡器，通常把衡器中的N個稱重傳感器并聯為1路，經1路A/D轉換進入數字儀表。此種連接形式的不足是：如果某一稱重傳感器出現故障或異常，不易及時發現，導致影響計量的準確性，造成經濟損失。
三計稱重技術采用的是N個稱重傳感經過N路A/D轉換進入稱重儀表，也就是每1路稱重傳感器對應1路A/D轉換，通過每1路稱重傳感器的不同組合，形成三組計量。其優點是及時發現稱重傳感器的故障或異常，避免產生經濟損失。
三、三計皮帶秤工作原理
以四個稱重傳感器支撐全懸浮秤架的皮帶秤為例，三計皮帶秤是將四個稱重傳感器分成四路獨立信號進入現場數字轉換器，數字轉換器將稱重模擬信號就地轉換為數字信號傳送到稱重儀表，稱重儀表通過將四路獨立稱重信號分別組合并結合速度傳感器的信號計算得到三組輸送物料的累計量及瞬時流量，即一組主累計量和二組輔累計量。
主累計量由四個稱重傳感器支撐形成的全懸浮式秤架組合產生（圖4），另外兩組輔累計量分別由A、B稱重傳感器支撐形式單杠桿秤架（此時C、D稱重傳感器作為支點）圖5及C、D稱重傳感器支撐形成的單杠桿秤架（此時A、B稱重傳感器作為支點）圖6產生的。
圖4
圖5
圖6
稱重儀表正常顯示主累計量，基于二組輔累計量在校準時是與主累計量一并進行校準的，此時二組輔累計量實時在線比對，如果二組輔累計量相差過大，超過設定范圍，則對構成二組輔累計量的稱重傳感器輸出信號分別進行對比，誤差超過設定范圍的稱重
傳感器即為有故障的一組輔累計量。
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。
四、三計稱重給料機/給煤機工作原理
三計稱重給料機/給煤機采用二組全懸浮式單托輥秤架結構（AB一組、CD一組，圖7），每組全懸浮式單托輥秤架由兩個稱重傳感器模塊支撐，二組全懸浮式秤架總計有四個稱重傳感器支撐。四個稱重傳感器分成四路獨立信號進入現場數字轉換器，現場數字轉換器將稱重模擬信號就地轉換為數字信號傳送到稱重儀表，稱重儀表通過將四路獨立稱重信號分別組合并結合速度傳感器的信號計算得到三組輸送物料的累計量及瞬時流量，即一組主累計量和二組輔累計量。
圖7
主累計量由二組單托輥稱重秤架組成一雙托輥秤架，該秤架稱重區域長，計量精度高，皮帶秤正常工作時由主累計量進行計量。輔累計量由每組單托輥稱重秤架獨立組成，將每組單托輥稱重秤架得到的輔累計量通過軟件進行實時在線比對，如果二組輔累計量相差過大，超過設定范圍，則對構成二組輔累計量的單托輥稱重秤架的稱重傳感器輸出信號分別進行對比，誤差超過設定范圍的稱重傳感器即為有故障的一組輔助計量。
同時選擇*的一組輔累計量替代主累計量顯示，從而保證稱重給料機/給煤機在某一稱重傳感器有故障時仍然可以可靠的進行稱重。大大的提高了稱重給料機/給煤機運行的可靠性和計量精度的準確性。避免了由于稱重傳感器發生故障，計量不準，造
成經濟損失。
五、三計皮帶秤的應用
已投放市場的三計皮帶秤被應用于碼頭裝船/卸船、煤礦裝車、火電廠入場煤/入爐煤計量等重要場所，以其優異的可靠性受到用戶的肯定。使用三計皮帶秤，不僅在皮帶秤運行中可及時地發現稱重傳感器故障，特別是發現稱重傳感器的異常（秤架*、支撐變形、結構變化、螺栓松動等），而且此時皮帶秤仍可以進行可靠的計量，輸送系統不需要停機，從而避免由于稱重傳感器發生故障或異常造成計量不準帶來的重大經濟損失。
三計皮帶秤現場測試數據：
皮帶長度：99.475m； 皮帶速度：2.715m/s； 皮帶寬度：800mm；
皮帶機傾角：16度； 輸送量：500t/h；
皮帶秤秤架采用四個稱重傳感器支撐的四托輥秤架結構，儀表采用PLR三計積算器。
1、零點測試：
主累計量 輔累計量1 輔累計量2
0.000t 0.001t -0.000t
0.002t 0.002t -0.001t
0.001t 0.001t -0.002t
2、物料測試
物料量 主累計量 輔累計量1 輔累計量2
9.939t 9.944t 9.950t 9.939t
9.947t 9.948t 9.951t 9.945t
9.942t 9.945t 9.950t 9.940t
綜上所述，隨著賽摩三計皮帶秤稱重技術的出現，解決了皮帶秤多年來稱重傳感器出現故障不易發現的難題，同時解決了由于稱重傳感器異常影響計量的問題，提高了皮帶秤的可靠性及計量精度，三計皮帶秤必將給各行業的生產管理帶來便利，更好地滿足客戶的需求，為客戶帶來更多的經濟效益。
作者