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電子皮帶秤的發(fā)展趨勢
【摘要】
電子皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動稱重的一種計(jì)量設(shè)備,近年來發(fā)展很快,已成為固體物料連續(xù)自動稱重主流計(jì)量設(shè)備,本文從以下方面概述了電子皮帶秤的發(fā)展趨勢:傳感器、秤架、二次儀表、安裝、檢定和試驗(yàn)。
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【關(guān)鍵詞】
電子皮帶秤 傳感器 秤架 二次儀表 安裝 檢定和試驗(yàn)
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一、前言 徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
電子皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動稱重的一種計(jì)量設(shè)備,它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機(jī)上通過物料的瞬時(shí)流量和累積流量。
1908年,美國一個(gè)年輕人赫爾伯特·梅里克(Herbert·Merrick)發(fā)明了一種皮帶輸送機(jī)使用的稱重設(shè)備,據(jù)稱那是世界上第一臺根據(jù)皮帶速度和重量用機(jī)械方法進(jìn)行計(jì)算的動態(tài)稱重設(shè)備,這一發(fā)明完全改變了原有測量固體物料流量的方法。這種根據(jù)重力測量固體物料流量的設(shè)備后來被稱為梅里克型機(jī)械式皮帶秤。赫爾伯特·梅里克用這項(xiàng)發(fā)明成立了梅里克(Merrick)公司,開始生產(chǎn)皮帶秤[1]。我們在德國申克(SCHENCK)公司的歷史回顧資料中,曾看到“1902年,皮帶秤”這一段產(chǎn)品編年史,表明該公司1902年就有皮帶秤產(chǎn)品,但未看到更詳細(xì)的敘述。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
國外從上世紀(jì)五十年代開始使用電子皮帶秤,國內(nèi)則從1965年開始研制生產(chǎn)電子皮帶秤。時(shí)至今日,雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計(jì)、沖量式流量計(jì)、失重式秤、轉(zhuǎn)子秤等多種固體物料連續(xù)計(jì)量設(shè)備也有一定規(guī)模的應(yīng)用,但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡,也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計(jì)量設(shè)備的地位。
本文將從以下幾個(gè)方面介紹電子皮帶秤的發(fā)展現(xiàn)狀:傳感器、秤架、二次儀表、安裝、檢定和試驗(yàn)。
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二、傳感器 徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
電子皮帶秤的傳感器包括測量秤架上物料瞬時(shí)重量的稱重傳感器、測量皮帶行程的位移傳感器(又稱測量皮帶速度的測速傳感器)、測量皮帶傾角的傾角傳感器及測量皮帶相對位置的位置傳感器等等。當(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角固定不變時(shí),稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號的乘積就是物料的瞬時(shí)流量;當(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角可能改變時(shí),稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號乘積所得的物料的瞬時(shí)流量要用傾角傳感器的信號進(jìn)行修正;位置傳感器是用來確定皮帶相對位置。
稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式有電阻應(yīng)變式、壓磁式、差動變壓器式、電容式、壓電式、振弦式等等。電阻應(yīng)變式稱重傳感器因制作簡單、工藝成熟、精確度高(最高精確度目前可做到非線性、重復(fù)性、滯后指標(biāo)優(yōu)于0.01%),一直占據(jù)90%以上的稱重傳感器市場份額,國內(nèi)市場幾乎是電阻應(yīng)變式稱重傳感器的一統(tǒng)天下。
測速傳感器的結(jié)構(gòu)形式有磁阻脈沖式、光電脈沖式、霍爾效應(yīng)式、磁敏式等多種形式,測量精確度較高的可達(dá)到0.05%,分辨率可達(dá)到0.0001m/s。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
公式計(jì)算表明:當(dāng)皮帶輸送機(jī)水平安裝時(shí),秤架上安裝的稱重傳感器所受的力與皮帶輸送機(jī)以傾角α安裝時(shí)相比相差cosα值。 例如,α = 15°時(shí),cosα = 0.966,兩者相差3.4%,這樣大的差值對于皮帶秤來說是絕對不允許的。所以當(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角α改變時(shí),皮帶秤需要重新進(jìn)行檢定和試驗(yàn)。在某些應(yīng)用里,皮帶輸送機(jī)的傾角是不固定的,比如原料場中使用的移動式皮帶輸送機(jī),它可能隨料堆的高度而變換角度,在這種情況下,隨時(shí)重新進(jìn)行檢定和試驗(yàn)幾乎是不現(xiàn)實(shí)的,所以必須在皮帶秤的稱重系統(tǒng)中增加傾角傳感器以測量皮帶輸送機(jī)的傾角α,然后在二次儀表中計(jì)算出cosα值,最后用cosα值對稱重傳感器輸出值進(jìn)行補(bǔ)償。
據(jù)System Equipment 公司介紹,該公司的傾角傳感器的補(bǔ)償范圍是0°~30°,補(bǔ)償?shù)男Ч强梢詫⒀a(bǔ)償前造成的誤差減少到1/50,典型的數(shù)值是可將因皮帶輸送機(jī)傾角變化所造成的誤差減少到0.15%。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
傾角傳感器類型有磁阻力型、重力加速度型等等。
位置傳感器用來確定運(yùn)行中皮帶在縱向(沿長度方向)和橫向(沿寬度方向)的相對位置,多采用磁敏傳感器或接近開關(guān)。
磁敏傳感器是對磁性敏感的傳感器,在電子皮帶秤的應(yīng)用中可將小磁鐵嵌入皮帶表面,磁敏傳感器則固定裝在距離皮帶上表面約10mm的相應(yīng)位置上,小磁鐵和磁敏傳感器一起組成皮帶位置傳感器。當(dāng)嵌有小磁鐵的皮帶運(yùn)行到磁敏傳感器下方時(shí),磁敏傳感器發(fā)出脈沖信號。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
德國申克公司在配料皮帶秤上的環(huán)形無縫皮帶內(nèi)嵌入三角形金屬感應(yīng)裝置2,通過感應(yīng)頭1可以自動監(jiān)測皮帶的跑偏和打滑(見圖1)。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
位置傳感器的功能有:確定皮帶整數(shù)圈、絕對值調(diào)零、皮帶打滑檢測報(bào)警、皮帶跑偏檢測和調(diào)節(jié)。 www.juanzhuosi.cn
電子皮帶秤傳統(tǒng)的稱重傳感器、位移傳感器在不斷提高性能,以振弦式為代表的新型數(shù)字稱重傳感器也嶄露頭角;而類似傾角傳感器、位置傳感器這樣一些適應(yīng)皮帶秤新功能的傳感器也將得到更多的應(yīng)用。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
三、秤架徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
秤架的結(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。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
筆者曾采用響應(yīng)特性曲線分析方法對多種秤架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較,結(jié)論是多托輥秤架優(yōu)于各種單托輥秤架,懸浮式秤架特性優(yōu)于其它各種結(jié)構(gòu)形式的秤架。比如美國拉姆齊(RAMSEY)公司同有4組稱量托輥的秤架中,17型雙杠桿式精確度指標(biāo)為0.25%,而14型懸浮式精確度指標(biāo)為0.125%。對多種秤架的重量進(jìn)行比較后的結(jié)論是:同樣托輥組數(shù)的多托輥組合懸浮式秤架要比雙杠桿式秤架輕40%,比多托輥整體懸浮式秤架輕30%。 懸浮式秤架包括直接承重式秤架、多托輥組合懸浮式秤架和多托輥整體懸浮式秤架。直接承重式秤架近年來得到較多的應(yīng)用。美國輸送稱重(Convey Weigh)公司的CW-1i型直接承重式秤架采用了非常簡單的結(jié)構(gòu),通過U形卡2將稱重托輥1固定在固定架上,秤架的橫梁與固定架之間采用2個(gè)懸臂梁式稱重傳感器3連接(見圖2)。www.juanzhuosi.cn該公司還可提供2、3、4個(gè)CW-1i型單托輥直接承重式秤架構(gòu)成的組合懸浮式秤架(見圖3),
該圖可以看到不論稱重托輥組數(shù)是多少,位移傳感器都只有一個(gè)。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
電子皮帶秤秤架的發(fā)展趨勢可以歸納為以下幾點(diǎn):單杠桿式秤架因抗干擾能力差,精確度低,使用越來越少;懸臂式秤架僅局限于部分稱重給料機(jī)使用,使用量很少;雙杠桿式秤架雖然使用還多,但似乎已經(jīng)風(fēng)光不再;直接承重式單托輥秤架已經(jīng)大量應(yīng)用在計(jì)量精確度要求不高的場合,其優(yōu)點(diǎn)也為廣大用戶逐漸接受;懸浮式秤架結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、精確度最高、穩(wěn)定性最好,成為電子皮帶秤秤架發(fā)展的熱點(diǎn),而由直接承重式單托輥秤架構(gòu)成的多托輥組合懸浮式秤架似乎成為熱點(diǎn)中的亮點(diǎn)。 www.juanzhuosi.cn
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四、二次儀表 www.juanzhuosi.cn
二次儀表的發(fā)展趨勢可以歸納如下:
1.功能增多。從上世紀(jì)八十年代起,微機(jī)數(shù)字式皮帶秤就開始取代常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表了。其特點(diǎn)除了計(jì)算精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)模擬皮帶秤二次儀表外,功能豐富也是其主要特點(diǎn)。
2.面板簡化。新一代的微機(jī)皮帶秤在外形尺寸減少的同時(shí),顯示面板的尺寸增大,而操作鍵數(shù)量已減至最少。
3.顯示內(nèi)容豐富。顯示功能由模擬指針顯示向數(shù)字顯示方向發(fā)展,由單功能顯示器向1至3個(gè)多功能顯示器方向發(fā)展,由文本顯示器向圖形顯示器方向發(fā)展,由單色顯示器向彩色顯示器方向發(fā)展,由按鍵操作向觸摸屏操作方向發(fā)展。
美國梅里克公司的MC3二次儀表據(jù)稱是世界上第一臺帶觸摸屏顯示器的皮帶秤用二次儀表,它提供了用戶友好界面、圖形化LCD顯示器及觸摸屏操作方式。顯示部分實(shí)際面積為120mm×64mm,單色,240×180點(diǎn)陣。可顯示簡單的模擬圖畫面,還可作趨勢圖顯示(即參數(shù)記錄曲線圖)、參數(shù)及時(shí)間數(shù)字顯示等等。
日本尤尼帕斯(UNIPULSE)公司推出F805-BC皮帶秤用全彩觸摸屏累計(jì)器,除了顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、皮帶速度,還可以顯示當(dāng)前參數(shù)的趨勢曲線、運(yùn)行狀況、過程信息、報(bào)警信息等等(見圖4)。圖中主畫面以數(shù)字方式顯示4個(gè)參數(shù)(其中2個(gè)還以棒狀圖方式顯示);信息畫面顯示稱重狀態(tài)和每個(gè)故障的簡單信息;棒狀圖畫面以棒狀圖方式顯示5個(gè)主要的運(yùn)行參數(shù)(皮帶速度、重量密度、瞬時(shí)流量、負(fù)荷率、給料速率)。 www.juanzhuosi.cn
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中規(guī)定的現(xiàn)場總線則是微機(jī)皮帶秤最新的發(fā)展趨勢。如可帶Modbus、Profibus-DP、DeviceNET、INTERBUS等現(xiàn)場總線,這樣很容易與PLC、DCS系統(tǒng)通訊。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
5.PLC+HMI構(gòu)成二次儀表。
為了使皮帶秤的二次儀表更快的跟上世界儀器儀表的發(fā)展步伐,國內(nèi)一些皮帶秤生產(chǎn)廠干脆放棄自己研制二次儀表的做法,而采用“短平快”方式以通用儀表構(gòu)成皮帶秤的二次儀表。國外很多廠家的產(chǎn)品,如瑞士哈斯勒公司、德國Hauni公司也早就這樣做了。
五、安裝徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
電子皮帶秤的實(shí)際使用精確度除了與電子皮帶秤本身的質(zhì)量有關(guān)外,還取決于皮帶秤安裝位置的選定、皮帶輸送機(jī)的狀況和安裝質(zhì)量。電子皮帶秤質(zhì)量再好,皮帶秤安裝位置選定錯(cuò)誤或不恰當(dāng)、皮帶輸送機(jī)的狀況很差和安裝質(zhì)量低劣,這臺電子皮帶秤的實(shí)際使用精確度仍然很低。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
安裝位置的選定包括兩個(gè)問題:一是在輸送同一物料的幾條皮帶輸送機(jī)中選擇哪一條安裝電子皮帶秤,二是在選定的某條皮帶輸送機(jī)上安裝在什么位置。
選擇哪一條皮帶輸送機(jī)安裝電子皮帶秤需考慮以下幾點(diǎn):不同皮帶輸送機(jī)的給料均勻性、皮帶速度、皮帶輸送機(jī)的長度、皮帶輸送機(jī)斷面形狀、皮帶輸送機(jī)的傾角、托輥的槽形角、直線段長度、皮帶拉緊裝置、下料點(diǎn)、卸料設(shè)備、秤架支承等等。
選擇秤架安裝在皮帶輸送機(jī)上位置需考慮以下幾點(diǎn):皮帶張力值小及皮帶張力變化值小的地方、物料在進(jìn)入稱量長度之前應(yīng)該在皮帶上穩(wěn)定下來不應(yīng)該發(fā)生下滑現(xiàn)象、在皮帶輸送機(jī)的直線段部分、遠(yuǎn)離卸料犁、離卸料點(diǎn)一定距離。 安裝過程中的調(diào)整最重要的是準(zhǔn)直性校準(zhǔn)和托輥間距校準(zhǔn),準(zhǔn)直性校準(zhǔn)要求是: 秤架上的稱重托輥與其相鄰的托輥相比不存在高差,并要求與其相鄰的2組~3組托輥等高;要求稱量影響區(qū)域托輥的高度高于稱量影響區(qū)域之外的托輥,這個(gè)高度可以選為3~5mm;準(zhǔn)直性校準(zhǔn)允許誤差對高精確度的皮帶秤來說,可要求0.5mm,通?梢1mm;在調(diào)整過程中,應(yīng)使稱重托輥處的誤差值稍偏正,即比相鄰?fù)休伾愿咭稽c(diǎn)(如0.5mm)。托輥間距校準(zhǔn)的要求是:秤架上的稱量托輥及與之相鄰的前后各2~3組托輥間距相等。徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn
越來越多的廠家重視電子皮帶秤的安裝工作,用戶也更多的了解電子皮帶秤安裝的技術(shù)要求。
六、檢定和試驗(yàn)
電子皮帶秤作為一種動態(tài)連續(xù)計(jì)量儀表來說,其使用的精確度除了與產(chǎn)品質(zhì)量、安裝位置和安裝質(zhì)量有關(guān)外,還與周期性的檢定和試驗(yàn)制度密切相關(guān)。檢定和試驗(yàn)方式合理及檢定和試驗(yàn)周期較短的檢定和試驗(yàn)制度,有利于提高電子皮帶秤的使用的精確度。
在最新的國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG195-2002中,除了物料試驗(yàn)外,作為運(yùn)行檢驗(yàn)裝置可以采用砝碼、掛碼、標(biāo)準(zhǔn)電信號模擬單位長度恒定載荷的效果,可以采用模擬載荷裝置(循環(huán)鏈碼、鏈碼、小車碼)模擬物料通過皮帶秤的效果。
循環(huán)鏈碼是將具有一定長度、一定重量的鏈塊連接成一個(gè)封閉的矩形圈,矩形圈上方的鏈塊仍由滾筒支撐。檢定和試驗(yàn)時(shí),通過電動機(jī)將矩形圈下方的鏈塊放到皮帶秤的稱量段上,由于鏈塊下方是平面型的,當(dāng)皮帶運(yùn)行時(shí),皮帶的摩擦力帶動鏈塊同步運(yùn)行,鏈圈也隨之轉(zhuǎn)動,循環(huán)鏈碼的總重量乘以循環(huán)鏈碼轉(zhuǎn)動的圈數(shù)即為檢定和試驗(yàn)總重量,當(dāng)檢定和試驗(yàn)工作完成后,由電動機(jī)將鏈碼提升,使之離開皮帶。 徐州盛勤測控技術(shù)有限公司 www.juanzhuosi.cn近年來一直致力于新型檢定和試驗(yàn)方法的摸索和研制,其中空料段鏈碼試驗(yàn)、物料砝碼疊加試驗(yàn)均已經(jīng)取得階段成果。
空料段鏈碼試驗(yàn)系統(tǒng)由鏈碼、鏈碼收放裝置、具有試驗(yàn)軟硬件功能的皮帶秤二次儀表、PLC可編程序控制器、自動建立一段空皮帶的傳感器及清掃裝置等組成。在皮帶輸送機(jī)正常輸送物料的過程中,當(dāng)PLC系統(tǒng)探測到皮帶上的固定觸發(fā)點(diǎn)時(shí)發(fā)出指令,皮帶輸送機(jī)的給料電機(jī)停止,當(dāng)輸送皮帶運(yùn)行“L”距離時(shí),PLC重新啟動給料電機(jī), 在給料電機(jī)停止及重新啟動的同時(shí),PLC控制鏈碼收放裝置將鏈碼準(zhǔn)確地平放在L段上。當(dāng)整條鏈碼通過稱量長度后,PLC又控制鏈碼收放裝置將鏈碼收取上來,在這個(gè)過程中,皮帶秤二次儀表取其中一段進(jìn)行稱重采樣,采樣結(jié)果儲存并自動的與鏈碼的標(biāo)準(zhǔn)重量進(jìn)行比較。 也就是說,通過PLC的控制使長度為“L”段上的皮帶為空料,而長度比“L”段稍短的鏈碼由鏈碼收放裝置控制施加在皮帶秤上,即標(biāo)準(zhǔn)載荷是在布滿物料的輸送皮帶機(jī)的特定空料段上替代該空料段上的物料進(jìn)行試驗(yàn),從而達(dá)到相當(dāng)于物料試驗(yàn)的目的。
據(jù)正在研制該系統(tǒng)的銅陵市三愛思電子有限公司介紹,試驗(yàn)時(shí),鏈碼的長度為12m,單位長度重量為100kg/m,而“L”段長度為13m。
物料砝碼疊加試驗(yàn)法是在一臺皮帶機(jī)上安裝2臺性能相同的皮帶秤,兩臺皮帶秤相距2~3組托輥的距離,并事先將2臺秤的誤差值和誤差方向調(diào)整在基本相同的范圍內(nèi),試驗(yàn)時(shí)正常輸送物料,并在檢定皮帶秤的秤架上加標(biāo)準(zhǔn)載荷(棒狀砝碼或循環(huán)鏈碼),此時(shí)被檢二次儀表和檢定二次儀表同步累計(jì)并獲得皮帶運(yùn)行整數(shù)圈時(shí)累計(jì)量的差值G;按有關(guān)公式計(jì)算出調(diào)整系數(shù)K,該系數(shù)為檢驗(yàn)皮帶秤的調(diào)整系數(shù),由于2臺皮帶秤此時(shí)的誤差相同,因此該系數(shù)也等于待檢皮帶秤的調(diào)整系數(shù)。
其它方式的模擬載荷試驗(yàn)都是在空皮帶的狀況下進(jìn)行,只能模擬皮帶輸送機(jī)整個(gè)輸送面上某一段物料輸送狀態(tài),產(chǎn)生不了實(shí)際生產(chǎn)過程中皮帶輸送機(jī)整個(gè)輸送面上布滿物料時(shí)那么大的皮帶張力,因此模擬試驗(yàn)、模擬載荷試驗(yàn),甚至是模擬實(shí)際物料運(yùn)行程度最高的循環(huán)鏈碼試驗(yàn),與物料輸送狀態(tài)仍存在一些差別。
但空料段鏈碼試驗(yàn)、物料砝碼疊加試驗(yàn)兩種方法是在不改變皮帶機(jī)整個(gè)輸送面的物料輸送工況下自動地對皮帶秤進(jìn)行動態(tài)檢驗(yàn),這是傳統(tǒng)的模擬載荷檢驗(yàn)無法做到的檢驗(yàn)?zāi)J剑蚨眯怕矢摺?/span>
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