一種無線傳輸數字式電子皮帶秤的設計

余松青

（1.浙江省計量科學研究院，浙江 杭州 310013；2.浙江省藍箭稱重技術有限公司，浙江 杭州 310013）

0 引 言

傳統的電子皮帶秤是將皮帶負荷以及皮帶運行速度用模擬信號傳輸到遠方的皮帶秤顯示儀表，經常產生因信號干擾和衰減而造成的測量誤差，同時還存在現場鋪設通信電纜困難的實際問題。無線傳輸數字式電子皮帶秤，是將數字式發送器與皮帶秤顯示積算器之間的信息交換采用無線或有線的數字式傳輸方式，皮帶秤顯示積算器與上位機或其他顯示裝置之間的信息交換采用無線的數字式傳輸方式。這種全新的傳輸方式，既解決了傳統模擬傳輸無法解決的信號干擾和衰減問題，又能解決長距離鋪設電纜的施工難度和高昂的成本問題[1-2]。

1 工作原理

電子皮帶秤的工作原理是把皮帶上所運載的單位長度上的質量q（kg/m）與物料的速度v（m/s，用皮帶的速度來代替）相乘，然后對時間t（s）進行積分，從而得到物料的輸送量。這種計量方式的理論推導簡介如下：

dw=q·dx

dx=v·dt

dx段的物料dw=q·v·dt

把X0到X1這一段物料從皮帶稱上通過的前后時間相應地定為t0，t1，則在時間t0～t1內輸送并稱量的物料為

為得到實際輸送量，數字式發送器需要測量單位長度上的質量q（kg/m）與物料的速度 v（m/s），并將以上參數預處理后以編碼形式送往顯示積算器[3-4]。電子皮帶秤工作原理如圖1所示。

圖1 電子皮帶秤工作原理圖

無線傳輸數字式電子皮帶秤是將傳統的模擬、有線式電子皮帶秤分為2部分：即將原來電子皮帶秤儀表中的模擬部分、速度檢測部分及其模數轉換部分，再加入無線收發電路作為皮帶秤專用的“數字式發送器”，安裝在皮帶秤架附近的機架上；將原來電子皮帶秤儀表中的顯示部分、操作菜單及輸入輸出接口部分，再加入無線收發電路作為皮帶秤專用的“顯示積算器”，安裝在操作人員邊上適當的地方。數字式發送器與顯示積算器之間的信息交換采用無線數字式傳輸方式。當數字式發送器與顯示積算器之間的距離較近，鋪設電纜又較方便的話，也可以采用有線數字式傳輸方式。顯示積算器與上位機或其他顯示裝置之間的信息交換采用無線數字式傳輸方式。

由數字式發送器的模擬部分提供稱重傳感器直流橋壓，并將稱重傳感器的輸出電壓放大、濾波后進行A/D轉換。數字式發送器接受測速傳感器送來的由皮帶的速度轉換成的脈沖信號。數字式發送器將正比于皮帶負荷的A/D轉換結果及速度信號，經預處理后，用數字通信的方式經光電耦合隔離，再采用無線或有線的方式送往顯示積算器。

顯示積算器接受由數字式發送器送來經過處理的皮帶負荷及速度信號，對以上兩路信號積分，求出物料輸送量，并進行數據顯示，打印以及通過接口與上位機進行通信，以達到集中控制及數據采集的目的[5-6]。

下面結合附圖對無線傳輸數字式電子皮帶秤2種方案的工作原理作進一步說明。

方案1（見圖2），其中數字式發送器與皮帶秤顯示積算器之間信息交換使用無線的數字式傳輸方式，皮帶秤顯示積算器與上位機或其他顯示裝置之間的信息交換也使用無線數字式傳輸方式。

圖2 無線傳輸數字式電子皮帶秤的工作原理框圖（方案1）

圖3 無線傳輸數字式電子皮帶秤的工作原理框圖（方案2）

方案2（見圖3），其中數字式發送器與皮帶秤顯示積算器之間信息交換使用有線的數字式傳輸方式，而皮帶秤顯示積算器與上位機之間的信息交換使用無線數字式傳輸方式。

在圖2中，數字式發送器1安裝在皮帶秤架5的附近，以盡量縮短數字式發送器同負荷傳感器4及速度傳感器6的連線距離，減少不必要的干擾和衰減。顯示積算器2安裝在操作人員邊上的操作柜上，它與數字式發送器1的信息交換采取無線的數字傳輸方式；為適應顯示積算器2與上位機3或其他顯示裝置7、8之間的靈活數據交換，它們之間的信息交換采取無線的數字傳輸方式。

設備使用時，皮帶秤架上輸送皮帶上被輸送的物料質量信號經過負荷傳感器4轉化為電量送到數字式發送器1，輸送皮帶的速度信號經過速度傳感器6轉化為電量同樣送到數字式發送器1，兩路信號在數字式發送器1經過放大、A/D轉換、數字預處理后通過無線或有線的方式傳送到顯示積算器2。顯示積算器2將由與數字式發送器1傳送來的皮帶運行的物料質量信號同速度信號進行積分并進行一系列處理后就得到被輸送的物料的輸送累計量。顯示積算器2的輸送累計量等數據通過無線的方式傳送到上位機3或其他顯示裝置7、8供進一步處理使用。

在圖3中，電子皮帶秤數字式發送器1與顯示積算器2的信息交換采取有線的數字傳輸方式；顯示積算器2與上位機3之間的信息交換采取無線的數字傳輸方式[7]。

2 應用實例

浙能溫州發電有限公司二期工程的#12和#14電子皮帶秤現場到輸煤程控的傳輸信號電纜損壞，現場考察后，發現設備在使用中存在的諸多問題：

（1）為在輸煤程控室實時監控皮帶秤的狀態，原設計在兩地之間鋪設了2條電纜，1條為傳輸噸計數脈沖，1條為傳輸4～20mA瞬時流量信號；

（2）電子皮帶秤到輸煤程控室的距離約為800m，其中4～20mA信號在長距離傳輸受到外界的干擾，數據不準確；

（3）輸煤程控室不但需要得到累計輸送量及4～20mA瞬時流量信號，還需要了解皮帶的負荷、帶速等信號，同時，當發現皮帶秤皮重超出范圍時，對其進行調皮操作，這樣就還要增加4條電纜；

（4）就地累計值和輸煤程控累計值需要同步[8-9]。

根據以上情況，為達到遠程監控和遠程操作的目的，將儀表改用顯示積算器和數字發送器,可達到的如下功能：

（1）數字發送器與顯示積算器之間傳輸距離可達1 000 m，其間傳輸的信號為數字信號，具有更高的長期穩定精度及抗干擾能力；

（2）安裝專用無線模塊的PC電腦與顯示積算器之間傳輸距離可達1000m，并有自動跳頻功能，通信更可靠；

（3）安裝專用無線模塊的PC電腦可以運行專用軟件，可將顯示積算器上的數據上傳至計算機，由計算機對數據進行處理，如生成各類數據報表，對流量進行監控，并可生成各類曲線圖以方便查閱；

（4）由于數字發送器具有0.05%的準確度，而顯示積算器為純數字運算儀表，萬一發生故障，可以在幾分鐘內更換儀表并恢復參數，不需要進行實物標定，可立即投入使用；

（5）可由PC電腦通過專用無線模塊，遠程對顯示積算器上的參數進行查詢、修改。

整個改造結束后，較原來的方案節約經費88%，工期也大大縮短。

3 結束語

經過溫州電廠、嘉興電廠等很多次現場的實際驗證，這種無線傳輸式電子皮帶秤的性能穩定可靠，測量精度高，而且極大方便了電廠的生產，得到了廣大用戶的一致好評。

[1]陶瑞星.電子稱重技術發展的若干探討[J].自動化儀表，1997（3）：1-2.

[2] 馮振國.電子皮帶秤使用中存在問題的分析和解決途徑[J].計量技術，2003（3）：57-58.

[3] 曹立平，馬純良.中國衡器實用技術手冊[M].北京：中國計量出版社，2005.

[4] 易才生，鄒炳易，張家瑋.皮帶秤[M].北京：中國計量出版社，1990.

[5]JJG 195—2002連續累計自動衡器（皮帶秤）[S].北京：中國計量出版社，2002.

[6]GB/T 7721—1995電子皮帶秤[S].北京：中國標準出版社，1995.

[7] 方原柏.電子皮帶秤[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[8]幸海輝.電子皮帶秤的誤差分析[J].中國西部科技，2005（3A）：19-20.

[9] 馬云飛.電子皮帶秤物料試驗及其不確定度分析[J].計量與測試技術，2010，37（8）：65-66.