在線校驗(yàn)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(guò)程中,需實(shí)時(shí)在線檢測(cè)各選煤產(chǎn)品的瞬時(shí)流量及累積產(chǎn)量,為選煤系統(tǒng)運(yùn)行中的過(guò)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(guò)程中的主要運(yùn)輸設(shè)備，因而在帶式輸送機(jī)上安裝皮帶秤來(lái)統(tǒng)計(jì)選煤過(guò)程中各產(chǎn)品的瞬時(shí)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(lái)，在物料在線計(jì)量方面進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的摸索與探究，先后使用過(guò)單模電子皮帶秤、核子皮帶秤、雙模電子皮帶秤，通過(guò)對(duì)比三種秤的實(shí)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(jì)量裝置，具有穩(wěn)定性好、計(jì)量精度高、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

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(cè)速傳感器、計(jì)量?jī)x表、在線計(jì)量校驗(yàn)系統(tǒng)組成(通過(guò)計(jì)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(jiǎn)圖。

圖1 雙模電子皮帶秤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

物料通過(guò)帶式輸送機(jī)時(shí)，對(duì)膠帶產(chǎn)生一個(gè)壓力，壓力信號(hào)傳遞到稱重傳感器上，由稱重傳感器測(cè)出膠帶單位長(zhǎng)度上的載荷值信號(hào)，再由測(cè)速傳感器測(cè)出同一時(shí)刻膠帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速度信號(hào)，稱重傳感器輸出的重力信號(hào)與測(cè)速傳感器輸出的速度信號(hào)連續(xù)累積[4-5]，同時(shí)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(shí)流量值。由系統(tǒng)對(duì)連續(xù)的流量信號(hào)進(jìn)行累積計(jì)算，從而得到物料累計(jì)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(shí)流量和累積量。工控機(jī)將所有數(shù)據(jù)都保存起來(lái)，通過(guò)對(duì)時(shí)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(gè)班次的累計(jì)量，同時(shí)還可以查詢膠帶的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、帶料時(shí)長(zhǎng)、空載時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存，以供隨時(shí)查詢。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

對(duì)于普通電子皮帶秤、核子秤等一些常用皮帶秤的校驗(yàn)，需在膠帶輸送機(jī)空載狀態(tài)下進(jìn)行，在設(shè)備帶料運(yùn)行中無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量故障，即設(shè)備需要校驗(yàn)時(shí)必須保證膠帶空載，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶料在線狀態(tài)下的校驗(yàn)。

相比之下，雙模電子皮帶秤則更具優(yōu)勢(shì)：雙模電子皮帶秤以皮帶秤高精度計(jì)量和長(zhǎng)期穩(wěn)定性稱重運(yùn)行作為根本點(diǎn)，校驗(yàn)計(jì)量系統(tǒng)采用了國(guó)內(nèi)最新在線校驗(yàn)動(dòng)態(tài)計(jì)量工藝，把傳統(tǒng)皮帶秤計(jì)量與校驗(yàn)集成為一個(gè)在線校驗(yàn)計(jì)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(tái)秤，其中B秤作為計(jì)量秤，A秤作為監(jiān)控校驗(yàn)秤，通過(guò)配置高效、簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高的在線校驗(yàn)系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程校零和遠(yuǎn)程自動(dòng)加載校驗(yàn)工作。在使用過(guò)程中，A、B兩秤雖然分工明確，一臺(tái)作為計(jì)量秤，一臺(tái)作為校驗(yàn)秤，但是同時(shí)都可以計(jì)量數(shù)據(jù)，當(dāng)計(jì)量誤差超出給定范圍時(shí)，系統(tǒng)自行啟動(dòng)A秤與B秤相互校驗(yàn)功能，進(jìn)行在線實(shí)時(shí)校驗(yàn)。遠(yuǎn)程校零和遠(yuǎn)程加碼標(biāo)定也是在線校驗(yàn)的一大特點(diǎn)。

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(duì)膠帶所產(chǎn)生的壓力能夠真實(shí)有效地傳遞到A、B兩秤的稱重傳感器上，且沒(méi)有任何外界附加的影響。然而在實(shí)際使用中，由于受外界環(huán)境的干擾，其測(cè)出的流量準(zhǔn)確度也會(huì)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(huì)對(duì)測(cè)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(dòng)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(duì)A、B兩秤稱重傳感器產(chǎn)生不同壓力而造成計(jì)量誤差。

3 調(diào)試[6]

對(duì)于雙模電子皮帶秤而言，通過(guò)其設(shè)定的在線校驗(yàn)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(duì)帶式輸送機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加重力消除，找到膠帶空運(yùn)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(zhǎng)度L、速度v、A秤與B秤的間距L0、實(shí)際時(shí)間數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)棒碼在膠帶運(yùn)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(yùn)行后，確定A秤已卸碼，然后開始對(duì)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(wú)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(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)一周對(duì)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(duì)膠帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的實(shí)際重力值設(shè)定為理論值，即設(shè)G實(shí)際=G理論，標(biāo)定多次，保證實(shí)際值與理論值誤差在0.1%以內(nèi)，即|G實(shí)際-G理論|/G理論≤0.1%。

標(biāo)定：首先對(duì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)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(shí)際物料。

稱取一定質(zhì)量的物料，并使其全部通過(guò)帶式輸送機(jī)，測(cè)其重力，取單位時(shí)間平均值G均，可以默認(rèn)為其瞬時(shí)流量，并計(jì)算出帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間T以及運(yùn)轉(zhuǎn)一周理論產(chǎn)生的重力G1(G1=T·G均)，然后對(duì)A秤和B秤進(jìn)行帶料標(biāo)定，膠帶輸送機(jī)運(yùn)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(yàn)

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(shí)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(guò)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校驗(yàn)，并且系統(tǒng)有自動(dòng)報(bào)警校驗(yàn)功能。

4.1 產(chǎn)生誤差的原因

在使用過(guò)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(dòng)、皮帶跑偏打滑等原因都會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)不穩(wěn)，發(fā)生較大波動(dòng)，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(yàn)工作不可缺少。

4.2 日常校驗(yàn)工作

一般情況下，在膠帶空載時(shí)，對(duì)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(diǎn)值，最好一天一次，這樣電子皮帶秤的零點(diǎn)值就會(huì)穩(wěn)定，才能保證電子皮帶秤準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，且還能提高電子皮帶秤的使用壽命。

4.3 在線自動(dòng)檢測(cè)校驗(yàn)

校驗(yàn)系統(tǒng)本身具有自動(dòng)檢測(cè)功能，當(dāng)各種誤差[9-12](包括標(biāo)定誤差、校零誤差、計(jì)量誤差)超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)發(fā)出誤差報(bào)警警示信號(hào)，此時(shí)，只需在工控機(jī)上點(diǎn)擊“在線校驗(yàn)”，校驗(yàn)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)校驗(yàn)程序，自動(dòng)完成校驗(yàn)工作，將皮帶秤計(jì)量誤差縮小到允許范圍之內(nèi)。

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

在線校驗(yàn)原理：膠帶在帶料運(yùn)行的情況下，A秤與B秤進(jìn)行相互校驗(yàn)。首先，對(duì)B秤進(jìn)行標(biāo)定，系統(tǒng)對(duì)兩秤同時(shí)帶料運(yùn)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(dòng)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(dòng)對(duì)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(shí)帶料運(yùn)行n圈(一般設(shè)為與標(biāo)定B秤時(shí)的圈數(shù)相同即可)的累計(jì)量相減與標(biāo)準(zhǔn)砝碼運(yùn)行n圈數(shù)對(duì)膠帶產(chǎn)生的理論值G(G=nLG0/L0)對(duì)比，求出其校驗(yàn)系數(shù)δ(δ= |GA-GB-G|/G)。系統(tǒng)默認(rèn)校驗(yàn)三次，取三次校驗(yàn)系數(shù)的平均值δ0(δ0=(δ1+δ2+δ3)/3)，之后校驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)A秤進(jìn)行系數(shù)校正。A秤校驗(yàn)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(yàn)，即可正常工作。

5 實(shí)際應(yīng)用

高莊洗煤廠于2015年1月開始對(duì)在線運(yùn)輸計(jì)量裝置升級(jí)改造，5月初雙模電子皮帶秤正式投入生產(chǎn)計(jì)量。表1—3統(tǒng)計(jì)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(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

表2 2013年度核子秤計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

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

結(jié)合表1—3數(shù)據(jù)，繪制出3種皮帶秤的計(jì)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(duì)比圖

通過(guò)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(jì)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(fèi)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(shí)為219 min，維護(hù)費(fèi)用為2 080元；單模電子皮帶秤年維護(hù)耗時(shí)為1 810 min，維護(hù)費(fèi)用為6 420元；核子秤年維護(hù)耗時(shí)為270 min，維護(hù)費(fèi)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(tái)核子秤初次安裝時(shí)需付一次性射源環(huán)評(píng)費(fèi)用約10萬(wàn)元和約1 000元/a的年度檢測(cè)費(fèi)用。

圖4 3種秤年維護(hù)耗時(shí)柱狀圖

圖5 3種秤年維護(hù)費(fèi)用柱狀圖

通過(guò)上述對(duì)比分析可以得出以下結(jié)論：雙模電子皮帶秤計(jì)量精確度高，維護(hù)工作量小，維護(hù)費(fèi)用小，校驗(yàn)工作可以遠(yuǎn)程進(jìn)行，大大縮減了校驗(yàn)工作量，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量裝置精確、穩(wěn)定、安全的要求，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。盡管雙模電子皮帶秤計(jì)量精度與貿(mào)易計(jì)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(jì)量，也可為港口、碼頭等一些貿(mào)易計(jì)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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