电子皮带秤在线远程自动校验与诊断系统的研究（电力）

 电子皮带秤在线远程自动校验与诊断系统的研究（电力）

                   杨明花¹，余松青²，陈慧云²，黄震威²，许峰³

（1．浙江浙能温州发电有限公司，浙江乐清  325602;2．浙江省计量科学研究阮，浙江杭州  310018;3．上海蓝箭称重技术有限公司，上海  200126）

摘要：目前电子皮带秤校验方法主要为实物校验和模拟载荷校验，但都不能消除皮带张力变化产生的误差，也无法“在线校验”。介绍了新型“电子皮带秤在线远程自动校验与诊断系统”的结构、原理及功能，其在校验过程巾使用“双砝码”叠加．通过2个校验点以拟合称量的模拟线性．同时整圈双砝码累计叠加量可达到总累汁量的50%而减小了校验误差：叠加量直接置于秤架上而排除了皮带机张力带来的影响：物料输送过程中的计量数据实时远传和皮带秤在线远程自动校验，大大减少了皮带秤校验和维护工作量。

关键词：燃煤电厂；电子皮带秤；远程自动校验；双砝码叠加法；诊断

中图分类号：TM724   DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.102.04

0概述

    电子皮带秤是在皮带机输送物料过程中同时进行物料连续自动称量的一种计量设备．其特点是称量过程是连续和自动进行的，通常不需要操作人员的干预就可以完成称重操作。对于企业之间，大宗连续散料交易计量的公正、准确、高效性与否，将直接影响企业经济效益及单位间的成本核算。要想电子皮带秤在一个较长的时间周期内保持一定的准确度，除与产品质量、安装位置、安装质量及运行环境条件等因素有关外，还与日常维护和校验周期密切相关。因此，电子皮带秤校验方法和校验周期是港口码头、大型火力发电、煤炭等行业十分关注的问题。

    目前电子皮带秤的校验方法主要分为实物校验和模拟载荷校验．实物校验又分为实物校验法和物料叠加法。前者是最符合电子皮带秤使用工况、最准确有效的校验方法，但是该方法需要安装一个相当于被校电子皮带秤最大瞬时流量下1h输送2%容量的大型料斗（对于额定流量为3 200 t/h的电子皮带秤来说需要配置64 t的料斗），校验过程费工、费时，同时该方法不能实现在线校验。物料叠加法经实验证实其准确度无法满足校验要求，模拟载荷校验中比较常见的有循环链码校验法和滚链校验法等．循环链码只是模拟输送皮带上一段实物载荷，根本产生不了实物输送时那么大的皮带张力，同时这些方法的校验装置都较庞大．而且因不是在皮带载料的情况下的称重，二者产生的皮带张力变化截然不同（静态校验产生的皮带张力远小于载料时的皮带张力）．因此不能消除皮带张力变化产生的误差：模拟试验和模拟载荷试验通常不能直接确定皮带秤的精确度，它只能对确定皮带秤的重复性和稳定性有帮助，也无法进行“在线校验”。

    鉴于电子皮带秤的上述问题，本文介绍的基于增量叠加法的校验系统．工作时通过比较叠加双砝码的熏量与主、副秤累计流量的差值，来获得主、副秤的误差，从而对其进行“在线校验”。此校验方法的优点为：校验装置的自动化程度高，能在物料输送的过程巾对电子皮带秤进行在线的校验：整套校验装置系统的可靠性和校验效率高。在校验过程中由于使用“双砝码”，可以提供2个校验点．以拟合称量的模拟线性：同时整圈双砝码累计叠加量可以达到总累计量的50%,从而减小了校验误差。双砝码叠加校验方法直接将叠加量置于秤架上．可以排除皮带机张力带来的影响。

    本文所介绍的系统是基于双砝码叠加法实现电子皮带秤的在线远程自动校验和诊断，系统结构简单，占用空间小．叠加的双砝码对输送物料过程中的皮带张力几乎不产生影响，该方案易于在现有电子皮带秤上进行改造安装：它利用主、副秤在“相等时间间隔内单位长度载荷的两次积分的比较”以及双砝码叠加“模拟单位长度恒定载荷的效果”的方法来实现对电子皮带秤在有效的溯源周期内是否保持其计量性能的核查．以减少实物校验的频次，提升电子皮带秤的可靠性，并可实现电子皮带秤在线计量数据的实时远传及在线远程自动校验。

1  系统结构和原理

1.1  系统结构

    为了确保电子皮带秤在线计量的准确性．需要对其进行定时的校验。基于双砝码叠加法的电子皮带秤校验系统构成主要有：主皮带秤、副皮带秤、标准叠加砝码、双砝码自动升降机构、电机、驱动装置、控制器、控制系统软件及其他附件等。双砝码叠加法电子皮带秤远程校验系统结构如图1所示。

1.2  系统原理

    该系统是在带式输送机上安装2台电子皮带秤，分别称为主皮带秤（简称主秤）和副皮带秤（简称副秤）。当需要校验时，将标准双砝码依次叠加在输送物料过程中副秤的秤架上，采用叠加双砝码的方式来模拟物料的理论叠加值，此时主秤的称量是输送物料的重量，副秤的称量是输送物料的重量和标准双砝码重量的叠加值，系统将副秤得到的重量减去主秤的重量．得到了副秤对双砝码的称量值，通过对双砝码的称量值与双砝码的标准值的比对，得出修正值，按此修正值对电子皮带秤的称重仪进行修正，从而实现对电子皮带秤的在线远程自动校验。

    该双砝码叠加系统结构简单，占用空间小，叠加的双砝码对输送物料过程中的皮带张力几乎不产生影响，该方案易于在现有电子皮带秤上进行改造安装；可实现电子皮带秤在线计量数据的实时远传及在线远程自动校验。由于校验过程是在物料输送的过程中进行，且2台电子皮带秤实时比对，互为备用，这样可以及时发现问题，当其中一台发生故障，系统自动进行报警．并用另一台作为主计量秤继续运行，提高系统的可靠性．避免等到输送物料结束后才发现计量数据错误而无法挽救。其次，该系统可以在带式输送机正常输送物料时自动进行校验，使电子皮带秤的校验工况和实际使用工况一致，自动完成动态称量，在线物料校验和实时监测电子皮带秤运行精度等．确保了电子皮带秤长期运行的准确性、稳定性和持久性。此外，该校验方法可实现远程监控。

1.3数学模型

    电子皮带秤实际称量的是秤架上方有效称量段上物料的重量，有以下关系

式中：CAL为实物标定系数（俗称跨距系数）：AD为皮带上物料的负荷测量值：NUL为零位系数（俗称皮重）；x₀，x₁为有效称量段起始及终止位置。

    在输送皮带机上安装主副2台电子皮带秤。南于物料连续经过主副2台电子皮带秤，在主副秤都正常工作的情况下有以下关系

    假设物料均匀稳定地流过主副秤，则式(7)简化为：

1.4控制系统软硬件

    双砝码叠加法校验系统硬件结构主要包括控制器、电机、传动机构、砝码自动升降机构、标准叠加砝码、机架和相关附件等，下位机控制系统选用PLC作为控制器，其结构如图2所示。下位机控制系统软件流程如图3所示。

2系统功能与效益

2.1  系统功能

    双砝码叠加法的电子皮带秤在线校验方法的优点在于“在线校验”，可以在连续计量的状态中，实时监测电子皮带秤的运行精度。在正常输送物料的工况下，通过叠加双砝码的方式米模拟物料的理论叠加值，其受力状态完全与正常的输送物料状态相同，故不会产生额外的校验误差。只要用一定的方法取得正确的“叠加双砝码理论累计值”，用双砝码叠加法对电子皮带秤在线校验的误差能够达到±0.5%。一般对一批次的物料进行计量时电子皮带秤会连续工作十几甚至几十个小时．在整个计量过程中，物料洒落到秤架上，卡住秤架的情况几乎是不可避免的，但出现这种情况往往不能及时发现，这样等到这一批次的物料装卸结束后可能会产生几百吨甚至上千吨的误差，、利用双砝码叠加法的电子皮带秤在线校验方法后，设备会自动定时对计量电子皮带秤进行校验．发现误差达到一定程度时系统会发出警告，提醒操作人员到现场检查，将电子皮带秤故障消灭在最初发生时，从而有效避免计量事故的发生。

2.2效益

    双砝码叠加法的电子皮带秤在线远程自动校验及诊断系统的研制，可有效解决物料输送过程巾因电子皮带秤错误、秤架卡涩等导致的计量误差。远程校验使得操作人员在远端即可同时完成多台电子皮带秤的校验，节省了人力物力：确保了电子皮带秤长期运行的准确性、稳定性和持久性。建立的电子皮带秤预警管理系统．快速锁定故障源，大大提高了电子皮带秤工作的可靠性。建立的物料计量网络数据平台，将物料计量实时数据以图表与数据表格等多种形式实现监测、审计、能耗预警等，及时识别企业内部能源消耗异常现象，自动诊断用能没备故障，优化用能设备运行工艺，推进企业应用节能新设备、采用节能新技术，实现节能减排。

    该校验系统的投入使用，可以保证电子皮带秤长期计量的稳定性，提高燃煤计量的准确，实现燃料计量准确度稳定在0.7%以内。通常电子皮带秤在使用中最高只能达到±0.5%的准确度．但是由于常规的检验方法无法做到在线检验．加上燃煤输送过程巾不可避免会产生撒煤、卡煤、皮带跑偏等情况，所以电子皮带秤实际计量准确度最好也只能保持在1%左右，本文的系统可提高计量准确度0.3%。以前，当电子皮带秤的计量数据同来船的运单和水尺发生较大的误差时．一般只能依照运单或水尺接受。但是国家技术监督局1988年重点科技项日《港口皮带秤应用及船舶水尺计量性能试验研究》的鉴定结果表明：由于船舶水尺计量受客观条件的影响很大．如船舶状况、风浪、有些码头停靠后无法观察六面水尺等．以及观察者的水平，经验，责任心等，按95%的置信概率，船舶水尺的计量误差不大于3%。以温州电厂年用煤500万t．煤价按500元／t计算，计量准确度提高0.3%．就相当于每年可产生750万元的经济效益。

3结语

    本文研制的基于增量叠加法的电子皮带秤校验系统优点在于：校验装置的自动化程度高：能在物料输送的过程电对电子皮带秤进行在线的校验；整套校验装置系统的可靠性和校验效率高。在校验过程中整圈双砝码累计叠加量可以达到总累计量的50%,从而减小了校验误差。双砝码叠加校验方法直接将叠加量置于秤架上．这样可以排除皮带机张力带来的影响．

    本文开发的物料计量网络数据平台和双砝码叠加法电子皮带秤校验装置，构建了一个集计量、诊断、评估、审计等多功能于一体的综合服务管理平台，将物料计量实时数据以图表与数据表格等多种形式实现监测、审计、能耗预警等。