電子皮帶秤在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)與診斷系統(tǒng)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(fā)電有限公司，浙江樂清  325602;2．浙江省計(jì)量科學(xué)研究阮，浙江杭州  310018;3．上海藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司，上海  200126）

摘要：目前電子皮帶秤校驗(yàn)方法主要為實(shí)物校驗(yàn)和模擬載荷校驗(yàn)，但都不能消除皮帶張力變化產(chǎn)生的誤差，也無法“在線校驗(yàn)”。介紹了新型“電子皮帶秤在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)與診斷系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)、原理及功能，其在校驗(yàn)過程巾使用“雙砝碼”疊加．通過2個校驗(yàn)點(diǎn)以擬合稱量的模擬線性．同時(shí)整圈雙砝碼累計(jì)疊加量可達(dá)到總累汁量的50%而減小了校驗(yàn)誤差：疊加量直接置于秤架上而排除了皮帶機(jī)張力帶來的影響：物料輸送過程中的計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳和皮帶秤在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)，大大減少了皮帶秤校驗(yàn)和維護(hù)工作量。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；電子皮帶秤；遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)；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(jī)輸送物料過程中同時(shí)進(jìn)行物料連續(xù)自動稱量的一種計(jì)量設(shè)備．其特點(diǎn)是稱量過程是連續(xù)和自動進(jìn)行的，通常不需要操作人員的干預(yù)就可以完成稱重操作。對于企業(yè)之間，大宗連續(xù)散料交易計(jì)量的公正、準(zhǔn)確、高效性與否，將直接影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)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(shí)間周期內(nèi)保持一定的準(zhǔn)確度，除與產(chǎn)品質(zhì)量、安裝位置、安裝質(zhì)量及運(yùn)行環(huán)境條件等因素有關(guān)外，還與日常維護(hù)和校驗(yàn)周期密切相關(guān)。因此，電子皮帶秤校驗(yàn)方法和校驗(yàn)周期是港口碼頭、大型火力發(fā)電、煤炭等行業(yè)十分關(guān)注的問題。

    目前電子皮帶秤的校驗(yàn)方法主要分為實(shí)物校驗(yàn)和模擬載荷校驗(yàn)．實(shí)物校驗(yàn)又分為實(shí)物校驗(yàn)法和物料疊加法。前者是最符合電子皮帶秤使用工況、最準(zhǔn)確有效的校驗(yàn)方法，但是該方法需要安裝一個相當(dāng)于被校電子皮帶秤最大瞬時(shí)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(yàn)過程費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，同時(shí)該方法不能實(shí)現(xiàn)在線校驗(yàn)。物料疊加法經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其準(zhǔn)確度無法滿足校驗(yàn)要求，模擬載荷校驗(yàn)中比較常見的有循環(huán)鏈碼校驗(yàn)法和滾鏈校驗(yàn)法等．循環(huán)鏈碼只是模擬輸送皮帶上一段實(shí)物載荷，根本產(chǎn)生不了實(shí)物輸送時(shí)那么大的皮帶張力，同時(shí)這些方法的校驗(yàn)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(chǎn)生的皮帶張力變化截然不同（靜態(tài)校驗(yàn)產(chǎn)生的皮帶張力遠(yuǎn)小于載料時(shí)的皮帶張力）．因此不能消除皮帶張力變化產(chǎn)生的誤差：模擬試驗(yàn)和模擬載荷試驗(yàn)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(fù)性和穩(wěn)定性有幫助，也無法進(jìn)行“在線校驗(yàn)”。

    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(yàn)系統(tǒng)．工作時(shí)通過比較疊加雙砝碼的熏量與主、副秤累計(jì)流量的差值，來獲得主、副秤的誤差，從而對其進(jìn)行“在線校驗(yàn)”。此校驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)為：校驗(yàn)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(jìn)行在線的校驗(yàn)：整套校驗(yàn)裝置系統(tǒng)的可靠性和校驗(yàn)效率高。在校驗(yàn)過程中由于使用“雙砝碼”，可以提供2個校驗(yàn)點(diǎn)．以擬合稱量的模擬線性：同時(shí)整圈雙砝碼累計(jì)疊加量可以達(dá)到總累計(jì)量的50%,從而減小了校驗(yàn)誤差。雙砝碼疊加校驗(yàn)方法直接將疊加量置于秤架上．可以排除皮帶機(jī)張力帶來的影響。

    本文所介紹的系統(tǒng)是基于雙砝碼疊加法實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤的在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)和診斷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生影響，該方案易于在現(xiàn)有電子皮帶秤上進(jìn)行改造安裝：它利用主、副秤在“相等時(shí)間間隔內(nèi)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(shí)現(xiàn)對電子皮帶秤在有效的溯源周期內(nèi)是否保持其計(jì)量性能的核查．以減少實(shí)物校驗(yàn)的頻次，提升電子皮帶秤的可靠性，并可實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤在線計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳及在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

1.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    為了確保電子皮帶秤在線計(jì)量的準(zhǔn)確性．需要對其進(jìn)行定時(shí)的校驗(yàn)。基于雙砝碼疊加法的電子皮帶秤校驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成主要有：主皮帶秤、副皮帶秤、標(biāo)準(zhǔn)疊加砝碼、雙砝碼自動升降機(jī)構(gòu)、電機(jī)、驅(qū)動裝置、控制器、控制系統(tǒng)軟件及其他附件等。雙砝碼疊加法電子皮帶秤遠(yuǎn)程校驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2  系統(tǒng)原理

    該系統(tǒng)是在帶式輸送機(jī)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(dāng)需要校驗(yàn)時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)雙砝碼重量的疊加值，系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)對電子皮帶秤的在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)。

    該雙砝碼疊加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生影響，該方案易于在現(xiàn)有電子皮帶秤上進(jìn)行改造安裝；可實(shí)現(xiàn)電子皮帶秤在線計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳及在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)。由于校驗(yàn)過程是在物料輸送的過程中進(jìn)行，且2臺電子皮帶秤實(shí)時(shí)比對，互為備用，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，當(dāng)其中一臺發(fā)生故障，系統(tǒng)自動進(jìn)行報(bào)警．并用另一臺作為主計(jì)量秤繼續(xù)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性．避免等到輸送物料結(jié)束后才發(fā)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)錯誤而無法挽救。其次，該系統(tǒng)可以在帶式輸送機(jī)正常輸送物料時(shí)自動進(jìn)行校驗(yàn)，使電子皮帶秤的校驗(yàn)工況和實(shí)際使用工況一致，自動完成動態(tài)稱量，在線物料校驗(yàn)和實(shí)時(shí)監(jiān)測電子皮帶秤運(yùn)行精度等．確保了電子皮帶秤長期運(yùn)行的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和持久性。此外，該校驗(yàn)方法可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.3數(shù)學(xué)模型

    電子皮帶秤實(shí)際稱量的是秤架上方有效稱量段上物料的重量，有以下關(guān)系

式中：CAL為實(shí)物標(biāo)定系數(shù)（俗稱跨距系數(shù)）：AD為皮帶上物料的負(fù)荷測量值：NUL為零位系數(shù)（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(jī)上安裝主副2臺電子皮帶秤。南于物料連續(xù)經(jīng)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(guān)系

    假設(shè)物料均勻穩(wěn)定地流過主副秤，則式(7)簡化為：

1.4控制系統(tǒng)軟硬件

    雙砝碼疊加法校驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制器、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、砝碼自動升降機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)疊加砝碼、機(jī)架和相關(guān)附件等，下位機(jī)控制系統(tǒng)選用PLC作為控制器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。下位機(jī)控制系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。

2系統(tǒng)功能與效益

2.1  系統(tǒng)功能

    雙砝碼疊加法的電子皮帶秤在線校驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于“在線校驗(yàn)”，可以在連續(xù)計(jì)量的狀態(tài)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測電子皮帶秤的運(yùn)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(tài)完全與正常的輸送物料狀態(tài)相同，故不會產(chǎn)生額外的校驗(yàn)誤差。只要用一定的方法取得正確的“疊加雙砝碼理論累計(jì)值”，用雙砝碼疊加法對電子皮帶秤在線校驗(yàn)的誤差能夠達(dá)到±0.5%。一般對一批次的物料進(jìn)行計(jì)量時(shí)電子皮帶秤會連續(xù)工作十幾甚至幾十個小時(shí)．在整個計(jì)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(xiàn)這種情況往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣等到這一批次的物料裝卸結(jié)束后可能會產(chǎn)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(yàn)方法后，設(shè)備會自動定時(shí)對計(jì)量電子皮帶秤進(jìn)行校驗(yàn)．發(fā)現(xiàn)誤差達(dá)到一定程度時(shí)系統(tǒng)會發(fā)出警告，提醒操作人員到現(xiàn)場檢查，將電子皮帶秤故障消滅在最初發(fā)生時(shí)，從而有效避免計(jì)量事故的發(fā)生。

2.2效益

    雙砝碼疊加法的電子皮帶秤在線遠(yuǎn)程自動校驗(yàn)及診斷系統(tǒng)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(dǎo)致的計(jì)量誤差。遠(yuǎn)程校驗(yàn)使得操作人員在遠(yuǎn)端即可同時(shí)完成多臺電子皮帶秤的校驗(yàn)，節(jié)省了人力物力：確保了電子皮帶秤長期運(yùn)行的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和持久性。建立的電子皮帶秤預(yù)警管理系統(tǒng)．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(jì)量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺，將物料計(jì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以圖表與數(shù)據(jù)表格等多種形式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、審計(jì)、能耗預(yù)警等，及時(shí)識別企業(yè)內(nèi)部能源消耗異常現(xiàn)象，自動診斷用能沒備故障，優(yōu)化用能設(shè)備運(yùn)行工藝，推進(jìn)企業(yè)應(yīng)用節(jié)能新設(shè)備、采用節(jié)能新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

    該校驗(yàn)系統(tǒng)的投入使用，可以保證電子皮帶秤長期計(jì)量的穩(wěn)定性，提高燃煤計(jì)量的準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)燃料計(jì)量準(zhǔn)確度穩(wěn)定在0.7%以內(nèi)。通常電子皮帶秤在使用中最高只能達(dá)到±0.5%的準(zhǔn)確度．但是由于常規(guī)的檢驗(yàn)方法無法做到在線檢驗(yàn)．加上燃煤輸送過程巾不可避免會產(chǎn)生撒煤、卡煤、皮帶跑偏等情況，所以電子皮帶秤實(shí)際計(jì)量準(zhǔn)確度最好也只能保持在1%左右，本文的系統(tǒng)可提高計(jì)量準(zhǔn)確度0.3%。以前，當(dāng)電子皮帶秤的計(jì)量數(shù)據(jù)同來船的運(yùn)單和水尺發(fā)生較大的誤差時(shí)．一般只能依照運(yùn)單或水尺接受。但是國家技術(shù)監(jiān)督局1988年重點(diǎn)科技項(xiàng)日《港口皮帶秤應(yīng)用及船舶水尺計(jì)量性能試驗(yàn)研究》的鑒定結(jié)果表明：由于船舶水尺計(jì)量受客觀條件的影響很大．如船舶狀況、風(fēng)浪、有些碼頭停靠后無法觀察六面水尺等．以及觀察者的水平，經(jīng)驗(yàn)，責(zé)任心等，按95%的置信概率，船舶水尺的計(jì)量誤差不大于3%。以溫州電廠年用煤500萬t．煤價(jià)按500元／t計(jì)算，計(jì)量準(zhǔn)確度提高0.3%．就相當(dāng)于每年可產(chǎn)生750萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)語

    本文研制的基于增量疊加法的電子皮帶秤校驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于：校驗(yàn)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(jìn)行在線的校驗(yàn)；整套校驗(yàn)裝置系統(tǒng)的可靠性和校驗(yàn)效率高。在校驗(yàn)過程中整圈雙砝碼累計(jì)疊加量可以達(dá)到總累計(jì)量的50%,從而減小了校驗(yàn)誤差。雙砝碼疊加校驗(yàn)方法直接將疊加量置于秤架上．這樣可以排除皮帶機(jī)張力帶來的影響．

    本文開發(fā)的物料計(jì)量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺和雙砝碼疊加法電子皮帶秤校驗(yàn)裝置，構(gòu)建了一個集計(jì)量、診斷、評估、審計(jì)等多功能于一體的綜合服務(wù)管理平臺，將物料計(jì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以圖表與數(shù)據(jù)表格等多種形式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、審計(jì)、能耗預(yù)警等。