國內(nèi)電子皮帶秤的技術(shù)發(fā)展動態(tài)

 國內(nèi)電子皮帶秤的技術(shù)發(fā)展動態(tài)

 一、概述

    在國內(nèi)巨大市場的強(qiáng)力推動下，近年來國產(chǎn)電子皮帶秤技術(shù)發(fā)展迅猛，包括定量皮帶秤等產(chǎn)品在內(nèi)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(shù)的各個方面，如傳感器、承載器、累計(jì)器、檢定和標(biāo)準(zhǔn)等方面均有所突破，為國產(chǎn)電子皮帶秤技術(shù)長遠(yuǎn)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、承載器

承載器的結(jié)構(gòu)形式有單杠桿式、雙杠桿式、懸臂式、懸浮式等多種結(jié)構(gòu)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(yīng)特性曲線分析方法對多種承載器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，結(jié)論是懸浮式承載器特性優(yōu)于上述其它各種結(jié)構(gòu)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(diǎn)逐步得到國內(nèi)眾多廠商和用戶的認(rèn)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(nèi)承載器發(fā)展的趨勢。

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

為解決皮帶秤計(jì)量準(zhǔn)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(jī)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(shí)驗(yàn)室》里，采用一個的數(shù)學(xué)模型對各單元的檢測值進(jìn)行計(jì)算與比較，然后就皮帶張力對稱重的影響進(jìn)行修正。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：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(shí)物標(biāo)定準(zhǔn)確度可以長期穩(wěn)定地達(dá)到0.25%水平，實(shí)際測試時，可以達(dá)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(hù)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(jì)量、校驗(yàn)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(jī)正常物料輸送的情況下用砝碼自動地對皮帶秤進(jìn)行動態(tài)檢驗(yàn)，幾套試驗(yàn)項(xiàng)目的檢定準(zhǔn)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(jī)上安裝了雙承載器的物料疊加自校準(zhǔn)皮帶秤系統(tǒng)，主計(jì)量皮帶秤和輔助校準(zhǔn)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(shí)時在線校準(zhǔn)系統(tǒng)，在一條配料用的皮帶

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

天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司在電子皮帶秤的商貿(mào)應(yīng)用中，自行采用在同一皮帶輸送機(jī)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(tuán)兩個企業(yè)間2011年度貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量數(shù)據(jù)上取得累計(jì)相對誤差僅為0.03%的良好效果^[12]。

三、累計(jì)器

近年來，國產(chǎn)皮帶秤用累計(jì)器可靠性不斷提高，功能越來越強(qiáng)化，其信譽(yù)度也得到大幅提升。

通訊功能強(qiáng)化也是智能化儀表的重要標(biāo)志，通過RS232、RS485、MODBUS 等方式進(jìn)行多臺皮帶秤聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控或與上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通訊是大多數(shù)微機(jī)皮帶秤已具有的功能，而采用IEC61158標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的現(xiàn)場總線則是微機(jī)皮帶秤的發(fā)展趨勢。南京天秤計(jì)控設(shè)備有限公司、長沙湘計(jì)、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(jì)器的產(chǎn)品先后增加了Profibus-DP現(xiàn)場總線，為生產(chǎn)線上的定量皮帶秤、計(jì)量皮帶秤與控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)提供了方便條件。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣和無線技術(shù)的普及，帶無線傳輸功能的皮帶秤用累計(jì)器日漸增多。在面對一些礦產(chǎn)大縣財稅部門管理眾多地方小型礦山皮帶秤等計(jì)量設(shè)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(kuò)展為可以包括視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程無線傳輸、數(shù)據(jù)集中采集顯示在內(nèi)的礦產(chǎn)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(jì)量物聯(lián)平臺、皮帶秤累計(jì)器遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控多臺皮帶秤累計(jì)器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時掌控，還可通過短信方式將統(tǒng)計(jì)報表即時上報，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校表和遠(yuǎn)程維護(hù)功能，提升了響應(yīng)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(jī)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(diào)節(jié)皮帶電機(jī)轉(zhuǎn)速；現(xiàn)場控制箱采集到的皮帶運(yùn)行信號，可通過GPRS短信模塊向用戶手機(jī)或上位機(jī)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(shí)施操作和調(diào)試。

江蘇賽摩電氣股份有限公司在高精度電子皮帶秤中應(yīng)用了賽摩公司的 “三計(jì)技術(shù)”，即在該公司各類多托輥懸浮式承載器里，實(shí)時測量皮帶輸送機(jī)輸送物料重量的4個稱重傳感器信號是分成4個獨(dú)立信號進(jìn)入現(xiàn)場PLR-D數(shù)字轉(zhuǎn)換器，在PLR三計(jì)皮帶秤累計(jì)器里包含有3臺秤的數(shù)據(jù)，通過將4路獨(dú)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(jié)合速度傳感器的信號累計(jì)運(yùn)算得到3組累計(jì)量（1組主累計(jì)量和2組輔累計(jì)量）及瞬時流量。累計(jì)器正常顯示主累計(jì)量，同時2組輔累計(jì)量實(shí)時在線比對，如果2組輔累計(jì)量差值超過設(shè)定界限，則對構(gòu)成2組輔累計(jì)量的稱重傳感器輸出信號分別進(jìn)行對比，誤差超過設(shè)定界限的稱重傳感器即為有故障的

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一組輔助計(jì)量。同時，選擇*的一組輔累計(jì)量替代主累計(jì)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(jìn)行稱重，提高了皮帶秤運(yùn)行的可靠性和計(jì)量精度的準(zhǔn)確性^[13]。在該公司的“標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法”的系統(tǒng)里，由于有2組獨(dú)立的皮帶秤承載器和1組料斗秤，因此也可用三計(jì)皮帶秤累計(jì)器分別完成皮帶秤物料重量的累計(jì)值顯示、瞬時流量值顯示、料斗秤總量顯示、故障診斷、標(biāo)準(zhǔn)物料與正常輸送物料疊加法校驗(yàn)等功能。

南京三埃工控股份有限公司于2012年正式推出應(yīng)用于陣列式皮帶秤的“皮帶秤遠(yuǎn)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(chǎn)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(wù)器及帶GPRS RTU的其他人員（例如出差外地的安裝調(diào)試人員）等組成。皮帶秤遠(yuǎn)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(chǎn)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(jī)對話操作時間、內(nèi)容，為分析皮帶秤工作狀態(tài)提供基礎(chǔ)資料；記錄各種故障報警的時間、內(nèi)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(jì)量、校準(zhǔn)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(jìn)行了掛碼與在線料斗秤校準(zhǔn)的對比試驗(yàn)，結(jié)果表明：掛碼校準(zhǔn)的重復(fù)性優(yōu)于0.03%，與在線料斗秤校準(zhǔn)結(jié)果的差別基本穩(wěn)定在0.2%左右。按0.2級準(zhǔn)確度等級要求的指標(biāo)用掛碼乘以修正系數(shù)后校準(zhǔn)陣列式皮帶秤，再用在線料斗秤對所通過的散狀物料計(jì)量驗(yàn)證，其試驗(yàn)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(jì)量安裝了陣列式皮帶秤，先采用掛碼標(biāo)定，調(diào)整后示值與理論值相差不大于0.025%。9天后未經(jīng)任何調(diào)整進(jìn)行實(shí)物標(biāo)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(jì)誤差僅0.051%。對比試驗(yàn)結(jié)果顯示，陣列式皮帶秤的掛碼標(biāo)定結(jié)果與實(shí)物標(biāo)定的結(jié)果十分接近，表明用模擬載荷試驗(yàn)作為校準(zhǔn)陣列式皮帶秤的一種實(shí)用方法，具有一定的可行性^[15]。

國內(nèi)企業(yè)對傳統(tǒng)的滾鏈結(jié)構(gòu)作了如下一些改動：南京金杰出科技公司生產(chǎn)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(nèi)的多點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)；浙江樂清新亞機(jī)電公司、江蘇申大衡器公司生產(chǎn)滾鏈卷揚(yáng)裝置，包括單滾鏈卷揚(yáng)機(jī)、雙滾鏈卷揚(yáng)機(jī)和可移動式滾鏈卷揚(yáng)裝置；余姚市通用儀表有限公司TYLM自動化標(biāo)準(zhǔn)滾鏈裝置采用在皮帶秤上方的位置上設(shè)儲存槽體的和變速驅(qū)動器的方式，自動收放存儲滾鏈，減少滾鏈搬運(yùn)和拆卸。

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

常規(guī)的模擬載荷試驗(yàn)方法都是在中斷物料正常輸送的條件下進(jìn)行的，由于模擬載荷試驗(yàn)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(yàn)的結(jié)果與物料試驗(yàn)的結(jié)果存在較大的誤差，筆者曾在現(xiàn)場進(jìn)行過空負(fù)荷掛砝碼試驗(yàn)及帶負(fù)荷掛砝碼試驗(yàn)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(shí)存在。

安徽銅陵三愛思公司經(jīng)過長時間的試驗(yàn)摸索，推出了“物料棒碼疊加法”進(jìn)行皮帶秤的校驗(yàn)。其前提是要在同一條皮帶輸送機(jī)上高質(zhì)量地安裝2臺性能穩(wěn)定的承載器；在承載器調(diào)零之后，即可輸送物料，并將2臺承載器的顯示差值調(diào)整在要求的范圍內(nèi)（如差值小于0.1%）；在進(jìn)行“物料棒碼疊加法”試驗(yàn)時，正常輸送物料，并在其中1臺承載器上人工或遠(yuǎn)程自動加掛棒狀砝碼；此時2臺承載器的累計(jì)器同步累計(jì)并獲得皮帶運(yùn)行整數(shù)圈時累計(jì)量的差值ΔP；按加掛砝碼公式計(jì)算出調(diào)整系數(shù)K，該系數(shù)為2臺承載器共用的調(diào)整系數(shù)，試驗(yàn)過程結(jié)束?，F(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，以該調(diào)整系數(shù)為依據(jù)，可以在現(xiàn)場隨后進(jìn)行的物料試驗(yàn)中使皮帶秤達(dá)到0.25%的精度，從而初步證實(shí)物料棒碼疊加法可以在生產(chǎn)現(xiàn)場取代物料試驗(yàn)。如在銅陵市華興化工公司港口物料計(jì)量采用了專門定制的皮帶輸送機(jī)，皮帶長度53.44m，輸送機(jī)傾角2.3°，皮帶寬度800mm，設(shè)計(jì)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(jīng)過“物料棒碼疊加法”試驗(yàn)找出修正系數(shù)后，3次物料試驗(yàn)結(jié)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(guān)注，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)的物料試驗(yàn)，可以在正常物料輸送時完成皮帶秤的校驗(yàn)工作。為了讓更多的用戶，特別是一些計(jì)量準(zhǔn)確度不一定要求達(dá)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(yàn)系統(tǒng)的工藝計(jì)量秤。其特點(diǎn)是：雙秤合一的計(jì)量，優(yōu)于傳統(tǒng)的雙托輥秤；雙層的實(shí)時比對，超差立即報警輸出；的校驗(yàn)系統(tǒng)，支持實(shí)物在線校驗(yàn)。