一種無線傳輸數(shù)字式電子皮帶秤的設(shè)計(jì)

余松青

（1.浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，浙江 杭州 310013；2.浙江省藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310013）

0 引 言

傳統(tǒng)的電子皮帶秤是將皮帶負(fù)荷以及皮帶運(yùn)行速度用模擬信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的皮帶秤顯示儀表，經(jīng)常產(chǎn)生因信號(hào)干擾和衰減而造成的測(cè)量誤差，同時(shí)還存在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)通信電纜困難的實(shí)際問題。無線傳輸數(shù)字式電子皮帶秤，是將數(shù)字式發(fā)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(shù)字式傳輸方式，皮帶秤顯示積算器與上位機(jī)或其他顯示裝置之間的信息交換采用無線的數(shù)字式傳輸方式。這種全新的傳輸方式，既解決了傳統(tǒng)模擬傳輸無法解決的信號(hào)干擾和衰減問題，又能解決長(zhǎng)距離鋪設(shè)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(yùn)載的單位長(zhǎng)度上的質(zhì)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(duì)時(shí)間t（s）進(jìn)行積分，從而得到物料的輸送量。這種計(jì)量方式的理論推導(dǎo)簡(jiǎn)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(shí)間相應(yīng)地定為t0，t1，則在時(shí)間t0～t1內(nèi)輸送并稱量的物料為

為得到實(shí)際輸送量，數(shù)字式發(fā)送器需要測(cè)量單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量q（kg/m）與物料的速度 v（m/s），并將以上參數(shù)預(yù)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(shù)字式電子皮帶秤是將傳統(tǒng)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(cè)部分及其模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，再加入無線收發(fā)電路作為皮帶秤專用的“數(shù)字式發(fā)送器”，安裝在皮帶秤架附近的機(jī)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(fā)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(dāng)?shù)牡胤?。?shù)字式發(fā)送器與顯示積算器之間的信息交換采用無線數(shù)字式傳輸方式。當(dāng)數(shù)字式發(fā)送器與顯示積算器之間的距離較近，鋪設(shè)電纜又較方便的話，也可以采用有線數(shù)字式傳輸方式。顯示積算器與上位機(jī)或其他顯示裝置之間的信息交換采用無線數(shù)字式傳輸方式。

由數(shù)字式發(fā)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字式發(fā)送器接受測(cè)速傳感器送來的由皮帶的速度轉(zhuǎn)換成的脈沖信號(hào)。數(shù)字式發(fā)送器將正比于皮帶負(fù)荷的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果及速度信號(hào)，經(jīng)預(yù)處理后，用數(shù)字通信的方式經(jīng)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(shù)字式發(fā)送器送來經(jīng)過處理的皮帶負(fù)荷及速度信號(hào)，對(duì)以上兩路信號(hào)積分，求出物料輸送量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，打印以及通過接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，以達(dá)到集中控制及數(shù)據(jù)采集的目的[5-6]。

下面結(jié)合附圖對(duì)無線傳輸數(shù)字式電子皮帶秤2種方案的工作原理作進(jìn)一步說明。

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

圖2 無線傳輸數(shù)字式電子皮帶秤的工作原理框圖（方案1）

圖3 無線傳輸數(shù)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(shù)字式發(fā)送器與皮帶秤顯示積算器之間信息交換使用有線的數(shù)字式傳輸方式，而皮帶秤顯示積算器與上位機(jī)之間的信息交換使用無線數(shù)字式傳輸方式。

在圖2中，數(shù)字式發(fā)送器1安裝在皮帶秤架5的附近，以盡量縮短數(shù)字式發(fā)送器同負(fù)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(shù)字式發(fā)送器1的信息交換采取無線的數(shù)字傳輸方式；為適應(yīng)顯示積算器2與上位機(jī)3或其他顯示裝置7、8之間的靈活數(shù)據(jù)交換，它們之間的信息交換采取無線的數(shù)字傳輸方式。

設(shè)備使用時(shí)，皮帶秤架上輸送皮帶上被輸送的物料質(zhì)量信號(hào)經(jīng)過負(fù)荷傳感器4轉(zhuǎn)化為電量送到數(shù)字式發(fā)送器1，輸送皮帶的速度信號(hào)經(jīng)過速度傳感器6轉(zhuǎn)化為電量同樣送到數(shù)字式發(fā)送器1，兩路信號(hào)在數(shù)字式發(fā)送器1經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字預(yù)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(shù)字式發(fā)送器1傳送來的皮帶運(yùn)行的物料質(zhì)量信號(hào)同速度信號(hào)進(jìn)行積分并進(jìn)行一系列處理后就得到被輸送的物料的輸送累計(jì)量。顯示積算器2的輸送累計(jì)量等數(shù)據(jù)通過無線的方式傳送到上位機(jī)3或其他顯示裝置7、8供進(jìn)一步處理使用。

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

2 應(yīng)用實(shí)例

浙能溫州發(fā)電有限公司二期工程的#12和#14電子皮帶秤現(xiàn)場(chǎng)到輸煤程控的傳輸信號(hào)電纜損壞，現(xiàn)場(chǎng)考察后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備在使用中存在的諸多問題：

（1）為在輸煤程控室實(shí)時(shí)監(jiān)控皮帶秤的狀態(tài)，原設(shè)計(jì)在兩地之間鋪設(shè)了2條電纜，1條為傳輸噸計(jì)數(shù)脈沖，1條為傳輸4～20mA瞬時(shí)流量信號(hào)；

（2）電子皮帶秤到輸煤程控室的距離約為800m，其中4～20mA信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸受到外界的干擾，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；

（3）輸煤程控室不但需要得到累計(jì)輸送量及4～20mA瞬時(shí)流量信號(hào)，還需要了解皮帶的負(fù)荷、帶速等信號(hào)，同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)皮帶秤皮重超出范圍時(shí)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)皮操作，這樣就還要增加4條電纜；

（4）就地累計(jì)值和輸煤程控累計(jì)值需要同步[8-9]。

根據(jù)以上情況，為達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作的目的，將儀表改用顯示積算器和數(shù)字發(fā)送器,可達(dá)到的如下功能：

（1）數(shù)字發(fā)送器與顯示積算器之間傳輸距離可達(dá)1 000 m，其間傳輸?shù)男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)，具有更高的長(zhǎng)期穩(wěn)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(dá)1000m，并有自動(dòng)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(yùn)行專用軟件，可將顯示積算器上的數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如生成各類數(shù)據(jù)報(bào)表，對(duì)流量進(jìn)行監(jiān)控，并可生成各類曲線圖以方便查閱；

（4）由于數(shù)字發(fā)送器具有0.05%的準(zhǔn)確度，而顯示積算器為純數(shù)字運(yùn)算儀表，萬一發(fā)生故障，可以在幾分鐘內(nèi)更換儀表并恢復(fù)參數(shù)，不需要進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定，可立即投入使用；

（5）可由PC電腦通過專用無線模塊，遠(yuǎn)程對(duì)顯示積算器上的參數(shù)進(jìn)行查詢、修改。

整個(gè)改造結(jié)束后，較原來的方案節(jié)約經(jīng)費(fèi)88%，工期也大大縮短。

3 結(jié)束語

經(jīng)過溫州電廠、嘉興電廠等很多次現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，這種無線傳輸式電子皮帶秤的性能穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高，而且極大方便了電廠的生產(chǎn)，得到了廣大用戶的一致好評(píng)。

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