陕西龙门钢铁有限责任公司 陕西韩城 715405
摘要：皮带秤是指无需对质量细分或者中断输送带的运动，而对输送带上的散装物料进行连续称量的自动衡器。随着称重技术的日益更新和发展，具有更高精度和长期稳定性的阵列式皮带秤逐步走进物流计量市场。相较于传统皮带秤实现了较多的技术突破，是物流检斤计量领域皮带秤计量发展的方向。本文就龙钢公司选用的阵列式皮带秤进行说明和分析。
关键词：阵列式皮带秤；技术突破
一、阵列式皮带秤的原理与结构
1、皮带秤的原理
首先，电子皮带秤是计量设备，需要和现场的皮带输送机相配套使用，因此电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。在皮带秤上有一个称重传感器装在称重桥架上，工作时，将检测到皮带上的物料重量送入称重仪表，同时由测速传感器皮带输送机的速度信号也送入称重仪表，仪表将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计量。速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。
称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并分别显示出来。
2、阵列式皮带秤组成与结构
单点悬浮式称重单元：以一只特制的称重传感器为单点支承，采用物殊的秤体结构，安装两组或多称重托辊组成一个独立的称重单元。将一组（2-8只或更多）单元采用连续安装的方式，组成一个称重阵列。
阵列式皮带秤结构图
二、传统皮带秤存在问题
1、传统皮带秤的误差来源
传统皮带秤的误差理论
E相＝±2KdFp/nqa2
式中：
E相—相对误差 K—皮带效应系数
Fp— 皮带张力 d —称重辊垂直位移
n —称重辊组数 q —每米料重
a —托辊间距
皮带秤张力的影响：皮带张力是皮带输送机运行的基本属性，用以克服皮带的水平阻力、保证皮带输送机输料运行；皮带张力的大小与输送物料的流量大小及位置有关。
皮带秤张力误差示意图
2、皮带效应
皮带秤误差的主要来源不是皮带张力，而是皮带状态的影响、谓之为“皮带效应”；皮带效应是指皮带的硬度、弹性等物理特性及截面形状对称重产生的效应。皮带效应取决于皮带状态及所处环境。皮带状态随时间、温度、张力、流量及皮带材质、软硬度、截面形状而变化，对称量结果影响很大，是皮带秤长期稳定性差的最大影响因素。U型皮带在张力的作用下变成“准刚性体”，其在皮带运行方向上形成波浪形振荡，其波峰与波谷的位置决定了皮带秤的误差；环境温、湿度变化将改变皮带的刚度，导致振荡波形变化，从而改变称重结果。在张力作用下、皮带产生波浪形振荡，皮带秤秤架附近的皮带抬起（压下），将对端辊（固定段）和称重辊上承受的物料重量重新分配。分配比例因皮带刚度和波形而异，对称重影响很大。
3、温度变化对传感器的影响
传感器零点温度系数：0.04% / 10℃
传感器灵敏度温度系数：0.015% / 10℃
三大影响因素导致皮带秤的长期稳定性差，成为制约皮带秤成为贸易级计量的工具。
三、阵列式皮带秤的优点
3.1、单点悬浮式称重单元
单点悬浮式称重单元组成阵列式皮带秤的称重单元；
一只传感器支承两组称重托辊；具有超强的抗偏载、抗水平力的能力。
3.2、信号采集单元
现场采集、处理：重量信号、速度信号、温度信号；通过RS－485接口将处理后的数据发往位于控制室的终端处理器（PTU）采用最新技术的嵌入式工控机：高精度的信号放大与高速A/D转换，性能优异；全铝机壳，满足IP65防护等级。
3.3、无线传输单元
DTU单元采用 GPRS技术进行数据无线传输，与公司总部数据中心服务器建立数据链路；可实时接受中心的呼叫并发送中心要求的各种即时（历史）数据；发生设定报警或其它特定情况时，可主动与中心联系；可实现远程软件升级与数据更新；
3.4、三大特点
A、长期保持准确度≤0.2%
B、现场免维护，无需专业维护人员
C、采用挂码标定，准确度保持≤0.2%
3.5、皮带秤远程专家系统
由能实现串口数据与 IP 数据相互转换的无线数据传输单元（DTU），通过无线网络将用户皮带秤与公司总部中心服务器联系起来。中心服务器可自动远程采集、记录、比较用户皮带秤的数据：进行运行状态分析、实现故障诊断和维修警示；实现用户设备数据实时记录和传输；用户设备故障诊断和报警；提供异地登录入口等。
关键技术的突破：首创“称重传感器温度补偿”技术，消除了温度变化对皮带秤长期稳定的影响；基于物联网技术的远程专家系统，实现皮带秤远程监控、故障早期诊断、远程维修。
由于使用环境和皮带的磨损，皮带秤的误差会产生缓慢的变化，通常需要通过实物检定才能发现误差的变化趋势和大小；专家系统通过对历史数据分析后，对误差的趋势和范围做出判断，并提出修正意见，实现误差变化趋势数据化。
实现“挂码标定”取代“实物检定”。通过大数据分析，可分析皮带秤“挂码标定”与“实物检定”的误差并修正；彻底实现“挂码标定”取代“实物检定”。
故障早期预警：通过数据扫描、比对，发现故障先兆并提出处理方案，实现故障早期预警、处理，确保用户皮带秤工作正常、计量准确。
防止人为作弊：当发生恶意作弊时，远程专家系统通过比较、分析，可及时发现作弊现象并发出警报。
四、结论
阵列式皮带秤提出了全新的“内力理论”，破解了皮带张力的影响；提出了“皮带效应”的概念。完成皮带张力和皮带效应影响的数学建模、编制软件实现补偿修正。颠覆了传统皮带秤结构，直联式结构消除了杠杆系统机械变形引入的误差；直联式结构消除了物料流量变化对皮带秤精度的影响。经长期使用，可以确认阵列式皮带秤是高准确度、高稳定度的商贸级的皮带秤。
论文作者:金小刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
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