在線校驗雙模電子皮帶秤的應(yīng)用

殷憲文，張光玉，單 勇，馮 永，楊 麗

(棗莊礦業(yè)集團(tuán) 高莊煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277605)

在選煤生產(chǎn)過程中,需實時在線檢測各選煤產(chǎn)品的瞬時流量及累積產(chǎn)量,為選煤系統(tǒng)運行中的過程控制和考核提供數(shù)據(jù)支持。帶式輸送機(jī)是選煤生產(chǎn)過程中的主要運輸設(shè)備，因而在帶式輸送機(jī)上安裝皮帶秤來統(tǒng)計選煤過程中各產(chǎn)品的瞬時流量和累積量成為目前各選煤廠采取的主要方法。高莊洗煤廠自建廠以來，在物料在線計量方面進(jìn)行了長時間的摸索與探究，先后使用過單模電子皮帶秤、核子皮帶秤、雙模電子皮帶秤，通過對比三種秤的實際應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，雙模電子皮帶秤較核子皮帶秤、單模電子皮帶秤等其他在線計量裝置，具有穩(wěn)定性好、計量精度高、維護(hù)方便的優(yōu)點。

1 雙模電子皮帶秤

1.1 工作原理[1]

雙模電子皮帶秤[2]由A秤和B秤兩稱架、標(biāo)準(zhǔn)棒碼、稱重傳感器[3]、測速傳感器、計量儀表、在線計量校驗系統(tǒng)組成(通過計算機(jī)遠(yuǎn)程控制)，其中稱重傳感器是核心部件。圖1所示為雙模電子皮帶秤結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 雙模電子皮帶秤結(jié)構(gòu)簡圖

物料通過帶式輸送機(jī)時，對膠帶產(chǎn)生一個壓力，壓力信號傳遞到稱重傳感器上，由稱重傳感器測出膠帶單位長度上的載荷值信號，再由測速傳感器測出同一時刻膠帶的運轉(zhuǎn)速度信號，稱重傳感器輸出的重力信號與測速傳感器輸出的速度信號連續(xù)累積[4-5]，同時傳輸至顯示控制器上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可得到其瞬時流量值。由系統(tǒng)對連續(xù)的流量信號進(jìn)行累積計算，從而得到物料累計值，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，在工控機(jī)上就可以看到膠帶的瞬時流量和累積量。工控機(jī)將所有數(shù)據(jù)都保存起來，通過對時間的設(shè)定，可以查詢到天累積量、月累積量、年累積量及每個班次的累計量，同時還可以查詢膠帶的運行時長、帶料時長、空載時長等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可長期保存，以供隨時查詢。

1.2 技術(shù)特點

對于普通電子皮帶秤、核子秤等一些常用皮帶秤的校驗，需在膠帶輸送機(jī)空載狀態(tài)下進(jìn)行，在設(shè)備帶料運行中無法及時發(fā)現(xiàn)計量故障，即設(shè)備需要校驗時必須保證膠帶空載，因而無法實現(xiàn)帶料在線狀態(tài)下的校驗。

相比之下，雙模電子皮帶秤則更具優(yōu)勢：雙模電子皮帶秤以皮帶秤高精度計量和長期穩(wěn)定性稱重運行作為根本點，校驗計量系統(tǒng)采用了國內(nèi)最新在線校驗動態(tài)計量工藝，把傳統(tǒng)皮帶秤計量與校驗集成為一個在線校驗計量系統(tǒng)。雙模電子皮帶秤在一條帶式輸送機(jī)上安裝A、B兩臺秤，其中B秤作為計量秤，A秤作為監(jiān)控校驗秤，通過配置高效、簡便、自動化程度高的在線校驗系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程校零和遠(yuǎn)程自動加載校驗工作。在使用過程中，A、B兩秤雖然分工明確，一臺作為計量秤，一臺作為校驗秤，但是同時都可以計量數(shù)據(jù)，當(dāng)計量誤差超出給定范圍時，系統(tǒng)自行啟動A秤與B秤相互校驗功能，進(jìn)行在線實時校驗。遠(yuǎn)程校零和遠(yuǎn)程加碼標(biāo)定也是在線校驗的一大特點。

2 安裝條件

雙模電子皮帶秤的安裝要確保帶式輸送機(jī)上物料對膠帶所產(chǎn)生的壓力能夠真實有效地傳遞到A、B兩秤的稱重傳感器上，且沒有任何外界附加的影響。然而在實際使用中，由于受外界環(huán)境的干擾，其測出的流量準(zhǔn)確度也會受到一定程度的影響，因此皮帶秤的安裝位置應(yīng)選擇在受外界環(huán)境影響較小的地方。其次，膠帶本身的一些因素，也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，因此要防止膠帶跑偏，保證膠帶具有足夠的張力，最好有膠帶調(diào)偏裝置和自動張緊裝置，以減輕膠帶上下顛簸、左右偏離的幅度。此外，A、B兩稱架安裝位置要保持在一條直線，即A秤與B秤的傾角要保持一致，以避免膠帶自身重力對A、B兩秤稱重傳感器產(chǎn)生不同壓力而造成計量誤差。

3 調(diào)試[6]

對于雙模電子皮帶秤而言，通過其設(shè)定的在線校驗系統(tǒng)，校零和標(biāo)定工作都可以在線進(jìn)行。

3.1 校零

校零原理：將一切外界因素對帶式輸送機(jī)空運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加重力消除，找到膠帶空運轉(zhuǎn)零值。

首先，需要將帶式輸送機(jī)空載開啟，將電子皮帶秤一切參數(shù)恢復(fù)出廠默認(rèn)值，然后輸入膠帶長度L、速度v、A秤與B秤的間距L0、實際時間數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)棒碼在膠帶運轉(zhuǎn)一圈理論產(chǎn)生的重力G0，其中G0=G碼·L/L0(這里的G碼為標(biāo)準(zhǔn)棒碼重力)。待帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運行后，確定A秤已卸碼，然后開始對A秤和B秤先進(jìn)行校零工作，校零多次，直到A、B兩秤產(chǎn)生的重力GA、GB誤差小于0.1%，即|GA-GB|/GB≤0.1%，并且A、B兩秤產(chǎn)生的重力GA、GB無限接近于零，即lim(GA→0)、lim(GB→0)，校零完畢。

3.2 加碼[7]標(biāo)定

標(biāo)定原理：計算出已知物料(標(biāo)準(zhǔn)棒碼或給定物料)在帶式輸送機(jī)運轉(zhuǎn)一周對膠帶產(chǎn)生的理論重力G理論，然后標(biāo)定中將標(biāo)準(zhǔn)棒碼對膠帶輸送機(jī)運轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的實際重力值設(shè)定為理論值，即設(shè)G實際=G理論，標(biāo)定多次，保證實際值與理論值誤差在0.1%以內(nèi)，即|G實際-G理論|/G理論≤0.1%。

標(biāo)定：首先對A秤進(jìn)行加碼，加碼完畢后開始標(biāo)定A秤，將帶式輸送機(jī)運轉(zhuǎn)一圈在A秤上產(chǎn)生的重力GA設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)棒碼在膠帶運轉(zhuǎn)一圈理論產(chǎn)生的重力G0，即設(shè)GA=G0；然后，進(jìn)行第二次、第三次標(biāo)定，直到A秤產(chǎn)生的重力GA與標(biāo)準(zhǔn)棒碼在膠帶運轉(zhuǎn)一圈理論產(chǎn)生的重力G0的誤差在0.1%以內(nèi)，即|GA-G0|/G0≤0.1%，A秤標(biāo)定完畢。

3.3 帶料標(biāo)定

校零、A秤標(biāo)定工作完成后，原則上雙模電子皮帶秤就可以正常使用，增加帶料標(biāo)定B秤的工作是為了進(jìn)一步減小計量誤差。帶料標(biāo)定與加碼標(biāo)定原理一樣，只是將標(biāo)準(zhǔn)棒碼變換為實際物料。

稱取一定質(zhì)量的物料，并使其全部通過帶式輸送機(jī)，測其重力，取單位時間平均值G均，可以默認(rèn)為其瞬時流量，并計算出帶式輸送機(jī)運轉(zhuǎn)一周的時間T以及運轉(zhuǎn)一周理論產(chǎn)生的重力G1(G1=T·G均)，然后對A秤和B秤進(jìn)行帶料標(biāo)定，膠帶輸送機(jī)運行一周兩秤產(chǎn)生的重力值GA、GB都設(shè)定為給定物料的重力G1，即設(shè)GA=GB=G1，然后進(jìn)行第二次、第三次標(biāo)定，直到A、B兩秤產(chǎn)生的重力GA、GB與給定物料重力G1的誤差在0.1%以內(nèi)，且A、B兩秤之間的誤差也在0.1%以內(nèi)，即|GA-G1|/G1≤0.1%，|GB-G1|/G1≤0.1%，|GA-GB|/GB≤0.1%，則帶料標(biāo)定完畢，雙模電子皮帶秤調(diào)試工作結(jié)束，可以正常使用。

4 誤差遠(yuǎn)程在線校驗

根據(jù)使用狀況不同，電子皮帶秤允許誤差也不一樣，大多數(shù)情況下，電子皮帶秤誤差控制在0.5%以下，有時受使用條件的限制，將誤差擴(kuò)大到1%。雙模電子皮帶秤可以通過工控機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程校驗，并且系統(tǒng)有自動報警校驗功能。

4.1 產(chǎn)生誤差的原因

在使用過程中，影響電子皮帶秤準(zhǔn)確性的因素[8]有很多，稱架有積料、膠帶有粘附物、稱重傳感器部件松動、皮帶跑偏打滑等原因都會導(dǎo)致零點不穩(wěn)，發(fā)生較大波動，進(jìn)而導(dǎo)致稱重基準(zhǔn)發(fā)生變化，因此日常維護(hù)和定期校驗工作不可缺少。

4.2 日常校驗工作

一般情況下，在膠帶空載時，對電子皮帶秤進(jìn)行遠(yuǎn)程校零。校零工作是為了穩(wěn)定皮帶秤零點值，最好一天一次，這樣電子皮帶秤的零點值就會穩(wěn)定，才能保證電子皮帶秤準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的運行，且還能提高電子皮帶秤的使用壽命。

4.3 在線自動檢測校驗

校驗系統(tǒng)本身具有自動檢測功能，當(dāng)各種誤差[9-12](包括標(biāo)定誤差、校零誤差、計量誤差)超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)發(fā)出誤差報警警示信號，此時，只需在工控機(jī)上點擊“在線校驗”，校驗系統(tǒng)就會自動啟動校驗程序，自動完成校驗工作，將皮帶秤計量誤差縮小到允許范圍之內(nèi)。

在線校驗系統(tǒng)特點：①可以對帶料運行的膠帶進(jìn)行校驗，校驗工作可以隨時進(jìn)行，而且不會影響膠帶的正常工作；②在不知道是校驗秤(A秤)出現(xiàn)誤差還是計量秤(B秤)出現(xiàn)誤差或是兩秤同時出現(xiàn)誤差的情況下，系統(tǒng)都可以進(jìn)行校驗工作；③校驗工作能夠自動完成，不需要人工操作。

在線校驗原理：膠帶在帶料運行的情況下，A秤與B秤進(jìn)行相互校驗。首先，對B秤進(jìn)行標(biāo)定，系統(tǒng)對兩秤同時帶料運行n圈(一圈或整數(shù)圈，可根據(jù)需要自己設(shè)定)累積量進(jìn)行標(biāo)定，系統(tǒng)自動將B秤值用A秤值代替，即令GB=GA，重復(fù)幾次，使兩秤之間誤差縮小到0.1%范圍內(nèi)，即|GA-GB|/GB≤0.1%，系統(tǒng)默認(rèn)B秤標(biāo)定完畢；然后，系統(tǒng)自動對A秤進(jìn)行加載標(biāo)準(zhǔn)棒碼(標(biāo)準(zhǔn)棒碼重力為G0)，取兩秤同時帶料運行n圈(一般設(shè)為與標(biāo)定B秤時的圈數(shù)相同即可)的累計量相減與標(biāo)準(zhǔn)砝碼運行n圈數(shù)對膠帶產(chǎn)生的理論值G(G=nLG0/L0)對比，求出其校驗系數(shù)δ(δ= |GA-GB-G|/G)。系統(tǒng)默認(rèn)校驗三次，取三次校驗系數(shù)的平均值δ0(δ0=(δ1+δ2+δ3)/3)，之后校驗系統(tǒng)自動對A秤進(jìn)行系數(shù)校正。A秤校驗完畢后，A秤卸碼，再次標(biāo)定B秤，同理，直到|GA-GB|/GB≤0.1%，兩秤均完成校驗，即可正常工作。

5 實際應(yīng)用

高莊洗煤廠于2015年1月開始對在線運輸計量裝置升級改造，5月初雙模電子皮帶秤正式投入生產(chǎn)計量。表1—3統(tǒng)計了2012年單模電子皮帶秤、2013年核子秤及改造后的雙模電子皮帶秤在高莊洗煤廠的使用數(shù)據(jù)。

表1 2012年度單模電子皮帶秤計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表2 2013年度核子秤計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表3 2015年度雙模電子皮帶秤計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

結(jié)合表1—3數(shù)據(jù)，繪制出3種皮帶秤的計量誤差圖，如圖2、圖3所示。

圖2 3種秤月平均誤差柱狀圖 Fig.2 Bar chart of monthly mean measuring errors of 3 kinds of belt weighers

圖3 3種秤誤差曲線對比圖

通過圖2、圖3可以看出，單模電子皮帶秤月平均誤差為1.06%，核子秤月平均誤差為0.51%，雙模電子皮帶秤月平均誤差為0.56%，可見雙模電子皮帶秤與核子秤的計量誤差均較小，穩(wěn)定性較好。

結(jié)合表1—3數(shù)據(jù)，繪制出3種皮帶秤的維護(hù)量和維護(hù)費用圖，如圖4、圖5所示。由圖4、圖5可以看出，雙模電子皮帶秤年維護(hù)耗時為219 min，維護(hù)費用為2 080元；單模電子皮帶秤年維護(hù)耗時為1 810 min，維護(hù)費用為6 420元；核子秤年維護(hù)耗時為270 min，維護(hù)費用為4 920元，且該核子秤的使用制度嚴(yán)格，安全檢查工作頻繁，每臺核子秤初次安裝時需付一次性射源環(huán)評費用約10萬元和約1 000元/a的年度檢測費用。

圖4 3種秤年維護(hù)耗時柱狀圖

圖5 3種秤年維護(hù)費用柱狀圖

通過上述對比分析可以得出以下結(jié)論：雙模電子皮帶秤計量精確度高，維護(hù)工作量小，維護(hù)費用小，校驗工作可以遠(yuǎn)程進(jìn)行，大大縮減了校驗工作量，實現(xiàn)了計量裝置精確、穩(wěn)定、安全的要求，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。盡管雙模電子皮帶秤計量精度與貿(mào)易計量的要求尚有差距，但完全可以應(yīng)用于企業(yè)中各種帶式輸送機(jī)的在線計量，也可為港口、碼頭等一些貿(mào)易計量作為參考。因此，雙模電子皮帶秤的應(yīng)用前景廣闊。

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