電子皮帶秤在線遠程自動校驗與診斷系統的研究（電力）

                   楊明花¹，余松青²，陳慧云²，黃震威²，許峰³

（1．浙江浙能溫州發電有限公司，浙江樂清  325602;2．浙江省計量科學研究阮，浙江杭州  310018;3．上海藍箭稱重技術有限公司，上海  200126）

摘要：目前電子皮帶秤校驗方法主要為實物校驗和模擬載荷校驗，但都不能消除皮帶張力變化產生的誤差，也無法“在線校驗”。介紹了新型“電子皮帶秤在線遠程自動校驗與診斷系統”的結構、原理及功能，其在校驗過程巾使用“雙砝碼”疊加．通過2個校驗點以擬合稱量的模擬線性．同時整圈雙砝碼累計疊加量可達到總累汁量的50%而減小了校驗誤差：疊加量直接置于秤架上而排除了皮帶機張力帶來的影響：物料輸送過程中的計量數據實時遠傳和皮帶秤在線遠程自動校驗，大大減少了皮帶秤校驗和維護工作量。

關鍵詞：燃煤電廠；電子皮帶秤；遠程自動校驗；雙砝碼疊加法；診斷

中圖分類號：TM724   DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.102.04

0概述

    電子皮帶秤是在皮帶機輸送物料過程中同時進行物料連續自動稱量的一種計量設備．其特點是稱量過程是連續和自動進行的，通常不需要操作人員的干預就可以完成稱重操作。對于企業之間，大宗連續散料交易計量的公正、準確、高效性與否，將直接影響企業經濟效益及單位間的成本核算。要想電子皮帶秤在一個較長的時間周期內保持一定的準確度，除與產品質量、安裝位置、安裝質量及運行環境條件等因素有關外，還與日常維護和校驗周期密切相關。因此，電子皮帶秤校驗方法和校驗周期是港口碼頭、大型火力發電、煤炭等行業十分關注的問題。

    目前電子皮帶秤的校驗方法主要分為實物校驗和模擬載荷校驗．實物校驗又分為實物校驗法和物料疊加法。前者是最符合電子皮帶秤使用工況、最準確有效的校驗方法，但是該方法需要安裝一個相當于被校電子皮帶秤最大瞬時流量下1h輸送2%容量的大型料斗（對于額定流量為3 200 t/h的電子皮帶秤來說需要配置64 t的料斗），校驗過程費工、費時，同時該方法不能實現在線校驗。物料疊加法經實驗證實其準確度無法滿足校驗要求，模擬載荷校驗中比較常見的有循環鏈碼校驗法和滾鏈校驗法等．循環鏈碼只是模擬輸送皮帶上一段實物載荷，根本產生不了實物輸送時那么大的皮帶張力，同時這些方法的校驗裝置都較龐大．而且因不是在皮帶載料的情況下的稱重，二者產生的皮帶張力變化截然不同（靜態校驗產生的皮帶張力遠小于載料時的皮帶張力）．因此不能消除皮帶張力變化產生的誤差：模擬試驗和模擬載荷試驗通常不能直接確定皮帶秤的精確度，它只能對確定皮帶秤的重復性和穩定性有幫助，也無法進行“在線校驗”。

    鑒于電子皮帶秤的上述問題，本文介紹的基于增量疊加法的校驗系統．工作時通過比較疊加雙砝碼的熏量與主、副秤累計流量的差值，來獲得主、副秤的誤差，從而對其進行“在線校驗”。此校驗方法的優點為：校驗裝置的自動化程度高，能在物料輸送的過程巾對電子皮帶秤進行在線的校驗：整套校驗裝置系統的可靠性和校驗效率高。在校驗過程中由于使用“雙砝碼”，可以提供2個校驗點．以擬合稱量的模擬線性：同時整圈雙砝碼累計疊加量可以達到總累計量的50%,從而減小了校驗誤差。雙砝碼疊加校驗方法直接將疊加量置于秤架上．可以排除皮帶機張力帶來的影響。

    本文所介紹的系統是基于雙砝碼疊加法實現電子皮帶秤的在線遠程自動校驗和診斷，系統結構簡單，占用空間?。�疊加的雙砝碼對輸送物料過程中的皮帶張力幾乎不產生影響，該方案易于在現有電子皮帶秤上進行改造安裝：它利用主、副秤在“相等時間間隔內單位長度載荷的兩次積分的比較”以及雙砝碼疊加“模擬單位長度恒定載荷的效果”的方法來實現對電子皮帶秤在有效的溯源周期內是否保持其計量性能的核查．以減少實物校驗的頻次，提升電子皮帶秤的可靠性，并可實現電子皮帶秤在線計量數據的實時遠傳及在線遠程自動校驗。

1  系統結構和原理

1.1  系統結構

    為了確保電子皮帶秤在線計量的準確性．需要對其進行定時的校驗?；�于雙砝碼疊加法的電子皮帶秤校驗系統構成主要有：主皮帶秤、副皮帶秤、標準疊加砝碼、雙砝碼自動升降機構、電機、驅動裝置、控制器、控制系統軟件及其他附件等。雙砝碼疊加法電子皮帶秤遠程校驗系統結構如圖1所示。

1.2  系統原理

    該系統是在帶式輸送機上安裝2臺電子皮帶秤，分別稱為主皮帶秤（簡稱主秤）和副皮帶秤（簡稱副秤）。當需要校驗時，將標準雙砝碼依次疊加在輸送物料過程中副秤的秤架上，采用疊加雙砝碼的方式來模擬物料的理論疊加值，此時主秤的稱量是輸送物料的重量，副秤的稱量是輸送物料的重量和標準雙砝碼重量的疊加值，系統將副秤得到的重量減去主秤的重量．得到了副秤對雙砝碼的稱量值，通過對雙砝碼的稱量值與雙砝碼的標準值的比對，得出修正值，按此修正值對電子皮帶秤的稱重儀進行修正，從而實現對電子皮帶秤的在線遠程自動校驗。

    該雙砝碼疊加系統結構簡單，占用空間小，疊加的雙砝碼對輸送物料過程中的皮帶張力幾乎不產生影響，該方案易于在現有電子皮帶秤上進行改造安裝；可實現電子皮帶秤在線計量數據的實時遠傳及在線遠程自動校驗。由于校驗過程是在物料輸送的過程中進行，且2臺電子皮帶秤實時比對，互為備用，這樣可以及時發現問題，當其中一臺發生故障，系統自動進行報警．并用另一臺作為主計量秤繼續運行，提高系統的可靠性．避免等到輸送物料結束后才發現計量數據錯誤而無法挽救。其次，該系統可以在帶式輸送機正常輸送物料時自動進行校驗，使電子皮帶秤的校驗工況和實際使用工況一致，自動完成動態稱量，在線物料校驗和實時監測電子皮帶秤運行精度等．確保了電子皮帶秤長期運行的準確性、穩定性和持久性。此外，該校驗方法可實現遠程監控。

1.3數學模型

    電子皮帶秤實際稱量的是秤架上方有效稱量段上物料的重量，有以下關系

式中：CAL為實物標定系數（俗稱跨距系數）：AD為皮帶上物料的負荷測量值：NUL為零位系數（俗稱皮重）；x₀，x₁為有效稱量段起始及終止位置。

    在輸送皮帶機上安裝主副2臺電子皮帶秤。南于物料連續經過主副2臺電子皮帶秤，在主副秤都正常工作的情況下有以下關系

    假設物料均勻穩定地流過主副秤，則式(7)簡化為：

1.4控制系統軟硬件

    雙砝碼疊加法校驗系統硬件結構主要包括控制器、電機、傳動機構、砝碼自動升降機構、標準疊加砝碼、機架和相關附件等，下位機控制系統選用PLC作為控制器，其結構如圖2所示。下位機控制系統軟件流程如圖3所示。

2系統功能與效益

2.1  系統功能

    雙砝碼疊加法的電子皮帶秤在線校驗方法的優點在于“在線校驗”，可以在連續計量的狀態中，實時監測電子皮帶秤的運行精度。在正常輸送物料的工況下，通過疊加雙砝碼的方式米模擬物料的理論疊加值，其受力狀態完全與正常的輸送物料狀態相同，故不會產生額外的校驗誤差。只要用一定的方法取得正確的“疊加雙砝碼理論累計值”，用雙砝碼疊加法對電子皮帶秤在線校驗的誤差能夠達到±0.5%。一般對一批次的物料進行計量時電子皮帶秤會連續工作十幾甚至幾十個小時．在整個計量過程中，物料灑落到秤架上，卡住秤架的情況幾乎是不可避免的，但出現這種情況往往不能及時發現，這樣等到這一批次的物料裝卸結束后可能會產生幾百噸甚至上千噸的誤差，、利用雙砝碼疊加法的電子皮帶秤在線校驗方法后，設備會自動定時對計量電子皮帶秤進行校驗．發現誤差達到一定程度時系統會發出警告，提醒操作人員到現場檢查，將電子皮帶秤故障消滅在最初發生時，從而有效避免計量事故的發生。

2.2效益

    雙砝碼疊加法的電子皮帶秤在線遠程自動校驗及診斷系統的研制，可有效解決物料輸送過程巾因電子皮帶秤錯誤、秤架卡澀等導致的計量誤差。遠程校驗使得操作人員在遠端即可同時完成多臺電子皮帶秤的校驗，節省了人力物力：確保了電子皮帶秤長期運行的準確性、穩定性和持久性。建立的電子皮帶秤預警管理系統．快速鎖定故障源，大大提高了電子皮帶秤工作的可靠性。建立的物料計量網絡數據平臺，將物料計量實時數據以圖表與數據表格等多種形式實現監測、審計、能耗預警等，及時識別企業內部能源消耗異?，F象，自動診斷用能沒備故障，優化用能設備運行工藝，推進企業應用節能新設備、采用節能新技術，實現節能減排。

    該校驗系統的投入使用，可以保證電子皮帶秤長期計量的穩定性，提高燃煤計量的準確，實現燃料計量準確度穩定在0.7%以內。通常電子皮帶秤在使用中最高只能達到±0.5%的準確度．但是由于常規的檢驗方法無法做到在線檢驗．加上燃煤輸送過程巾不可避免會產生撒煤、卡煤、皮帶跑偏等情況，所以電子皮帶秤實際計量準確度最好也只能保持在1%左右，本文的系統可提高計量準確度0.3%。以前，當電子皮帶秤的計量數據同來船的運單和水尺發生較大的誤差時．一般只能依照運單或水尺接受。但是國家技術監督局1988年重點科技項日《港口皮帶秤應用及船舶水尺計量性能試驗研究》的鑒定結果表明：由于船舶水尺計量受客觀條件的影響很大．如船舶狀況、風浪、有些碼頭?？亢鬅o法觀察六面水尺等．以及觀察者的水平，經驗，責任心等，按95%的置信概率，船舶水尺的計量誤差不大于3%。以溫州電廠年用煤500萬t．煤價按500元／t計算，計量準確度提高0.3%．就相當于每年可產生750萬元的經濟效益。

3結語

    本文研制的基于增量疊加法的電子皮帶秤校驗系統優點在于：校驗裝置的自動化程度高：能在物料輸送的過程電對電子皮帶秤進行在線的校驗；整套校驗裝置系統的可靠性和校驗效率高。在校驗過程中整圈雙砝碼累計疊加量可以達到總累計量的50%,從而減小了校驗誤差。雙砝碼疊加校驗方法直接將疊加量置于秤架上．這樣可以排除皮帶機張力帶來的影響．

    本文開發的物料計量網絡數據平臺和雙砝碼疊加法電子皮帶秤校驗裝置，構建了一個集計量、診斷、評估、審計等多功能于一體的綜合服務管理平臺，將物料計量實時數據以圖表與數據表格等多種形式實現監測、審計、能耗預警等。