赛摩电气股份有限公司张开生
[摘要]本文介绍了物料自校准电子皮带秤的工作原理、设计计算及主要结构技术特点，采用少量的经称重物料与正常输送物料叠加自校准技术，通过PLC控制系统，实现电子 皮带秤在线物料自动校准，提高了电子皮带秤的计量精度及可靠性和稳定性，在现场应用中
取得了良好的实用效果。
[关键词]电子皮带秤；在线物料自校准；物料叠加；取料装置；料斗秤；计量精度;
稳定性
[中图分类号]T H715.1+95[文献标识码]B[文章编号]1003-5729(2019)06-0005-06
D es i gni ng and A ppl i cat i on of
E l ect roni c B el t Scal e w i t h M at eri alSel f-cal i brat i on
F unct i on
A rt i cl e abst ract:The ar t i cl e addr es s es wor ki ng pr i nci pl e,engi neer i ng cal cul at i on,m ai n s t r cut ur e and t echni cal f eat ur es of El ect r oni c Bel tScal e w i t h m at er i alsel f-cal i br at i on f unct i on.The el ect r oni c bel tscal e can be sel f-cal i br at ed dur i ng nor m al oper at i on by m eans of over l apped s t andar d m at er i alcal i br at i on t echnol ogy usi ng a s m al lam ountof wei ghed s t andar d m at er i al and t he i n-s i t u m at er i alpas s i ng t hr ough t he bel t f or cal cul at i on based on a PLC cont r ol sys t em.Thi s cal i br at i on m et hod gr eat l y hel ps achi eve l ong t er m s t abi l i t y and r el i abi l i t y of m eas ur i ng accur acy on t he el ect r oni c bel t s cal e.Excel l ent pr act i cal ef f ect has been achi eved i n t he f i el d by adopt i on of t hi s t echnol ogy.
K ey w ords:El ect r oni c Bel t Scal e;I n-s i t u M t er i al Sel f-cal i br at i on;O ver l apped M at er i al;M at er i al Taki ng D evi ce;H opper Scal e; M easur i ng A ccur acy;St abi l i t y
1前言
海门市东洲小学煤炭是我国主体能源和基础产业，长期以来受到党和政府的高度重视，在相当长一段时间内，我国还是以煤为主的能源格局。《煤炭工业发展“十三五”规划》中指出，到2020年全国煤矿总产量39亿吨/年，年均增速为0.8%；消费量41亿吨/年，年均增速为0.7%,“十三五”期间我国煤炭产量及消费量均为正增长。
近年来我国国民经济持续快速发展，煤炭、电力、港口、冶金、化工、建材等行业的高速发展导致了对煤炭需求的大幅度增加，消费逐年递增。电子皮带秤作为连续累计称重计量自动衡器，广泛应用于输送散状物料的皮带输送机系统中。随着煤、铁矿石等散状物料价格的上升，对皮带输送机上的皮带称重装置计量精度要求愈来愈高，同时对其计量精度的可靠性、稳定性更加重视。目前用于皮带输送机称重计量的电子皮带秤所选用的称重传感器、称重控制仪表其自身精度较高，可达0.03%以上。而电子皮带秤安装在皮带输送机上其使用精度仅在1%~0.5%，其精度的稳定性往往更不容易保证，其主要原因是皮带输送机随其上物料的多少而引起皮带张力变化、振动、环境温湿度等各种因素的影响以及不能方便及时地进行校准。
现有电子皮带秤的校准方法有悬挂砝码校准、链码校准、循环链码校准、电子校准、物料校准等，除物料校准能真实反映物料运行真实状况，校准可信度高，其它几种校准方式均是模拟校准，不能真实反映皮带输送机皮带上全部铺满物料时的皮带张力状况，校准误差大,
. All Rights Reserved.
用要求，而物料校准需要的物料量国家标准要求至少是2%皮带输送机输送量，如皮带输送机输送量是2000t /h ，那么物料校准时需要的物料量至少将达到40t 。随着大流量输送机(5000t /h 以上)出现的愈来愈多，物料校准需要的物料量也愈来愈大，称量物料的设备越大型化，成本也越高。
现有的物料校准方法采用料斗秤、汽车衡或轨道衡等形式。校准设备安装空间大、造价高，现场取料、放料环节多不容易保证物料的准确度，校准时影响正常的生产不能及时校准，校准一次所需要的时间多不能方便的校准。为克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、安装空间小、费用低、能在线校准的高精度皮带称重装置，与神华福能(福
建雁石)发电有限责任公司联合，对输煤系统2C-5A /B 输送机上的电子皮带秤进行改造，设备安装在2C-5A /B 带式输送机中部，采用少量的经称重物料与正常输送物料叠加自校准技术，研发了物料自校准电子皮带秤，并投入应用。
2物料自校准电子皮带秤的基本结构及工作
原理
2.1工作原理
2.1.1
物料自校准电子皮带秤由电子皮带秤Ⅰ(主计量秤)、电子皮带秤Ⅱ(校准秤)、测速
传感器、刮板式取料器、取料输送机、料斗秤、称重控制仪表、数字转换器、电气控制系统及上位机等组成，如图1所示。
1-电子皮带秤Ⅱ2-刮板式取料器3-取料输送机4-料斗秤5-电子皮带秤Ⅰ
阿尔法氨基酸6-测速传感器7-数字转换器8-称重控制仪表
9-电气控制系统
10-上位机
图1物料自校准电子皮带秤系统图
5
4
3
2
1
皮带输送机
9
10
6
7
8
2.1.2物料自校准电子皮带秤工作原理采用少量的经称重物料与正常输送物料叠加自校准技术，实现电子皮带秤在线物料自动校准，是集称重与物料校准于一体的皮带称重装置。
皮带输送机的皮带自身厚薄不均是影响采用少物料替代多物料校准的主要因素，为了减少皮带自身厚薄不均对少物料在线校准精度的影响，在皮带输送机输送物料前，用称重控制仪表通过始点探测器建
立皮带自重校准始点，以此校准始点对大于料斗秤容纳标准物料的输送时间内皮带移动长度的皮带自重进行自动调零，使称重控制仪表在校准输送物料量时，在此段皮带长度内皮带自重为零，从而保证少物料替代多物料校准的精度。在皮带输送机输送物料时，设置在皮带输间自动从皮带输送机上取料经取料输送机将物料输送到料斗秤进行称重计量。称重控制仪表通过始点探测器检测到皮带校准始点，称重控制仪表输出信号控制料斗秤闸门打开放料；此时主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)计量的是输送物料累计重量，校准秤(电子皮带秤Ⅱ)计量的是输送物料累计重量和料斗秤放下的标准物料重量；基于主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)与校准秤(电子皮带秤Ⅱ)通过的输送物料量相同，称重控制仪表将校准秤(电子皮带秤Ⅱ)得到的累计重量减去主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)得到的累计重量，得到料斗秤放出的标准物料重量值；此标准物料重量值与称重控制仪表自身显示料斗秤的物料重量值进行比对，得出修正系数，按此修正系数修正称重控制仪表量程系数使之显示标准物料重量值。定时进行比
. All Rights Reserved.
对、修正使电子皮带秤计量精度达到高精度、高稳定。此时皮带输送机皮带上全部铺有物料，校准工况接近于正常输送时工况，实现用少物料校准取代了多物料校准。
2.2主要技术指标
(1)带宽:B=1000m m
(2)带速:v=2.5m/s
(3)输送量:Q=500t/h
(4)输送机倾角:α=12.7°(D TⅡ型)
(5)托辊槽角:35°
(6)托辊间距:1200m m
(7)校验方式：物料叠加自校验
(8)电子皮带秤实际校验精度:≤±0.2%
(9)称量范围:50t/h~650t/h
(10)电子皮带秤：计量方式：动态计量，准确度等级:0.5%，称重传感器量程:250kg，额定过载能力:150%、最大过载能力:300%，防护等级:I P65;
(11)料斗秤：计量方式：静态计量、准确度等级:Ⅲ级，分度值:0.2kg，额定称重:1000kg，料斗容积: 1.5m3，称重传感器(4组)、量程: 1000kg、额定过载能力:150%、最大过载能力: 300%、防护等级:I P65;
(12)刮板式取料器：单次取料量:~1kg，切割线速度: 3.4m/s，取料器转速:73R PM;
(13)电源:380V/50H z;
(14)整机功率:6kw
(15)电气控制柜防护等级:I P65
(16)工作温度:-20℃~60℃、湿度:10% ~90%不冷凝;
(17)安装位置：在2C-5A/B带式输送机中部;
2.3系统功能
2.3.1系统具备就地/远方程控两种控制功能，具备集中控制的通讯接口，具有与皮带输送机主机联锁功能。
飞利浦190ew9
2.3.2具有称重传感器自动校平衡，自动调零，零点跟踪，自动累计，自动调间隔，高、低限报警，故障自诊断，模拟电流输出，脉冲输出等功能。
2.3.3电子皮带秤能在校验室远程控制，并显示整个校验过程。同时设备瞬时流量、累计流量能在输煤程控画面显示。
2.3.4在5#栈桥中部安装可以360度旋转的高清球型网络摄像头，用于对自校准皮带秤校验监控，实现的远程监控功能纳入到输煤程控系统中。
3设计计算
3.1校准物料重量计算
皮带输送机输送量Q:500t/h
校准物料重量Q
1:Q×2‰=1000kg ———标准物料量按照皮带秤检定规程所要求
的10%选取
3.2取料输送机输送量计算
刮板式取料器单次取料量Q
2:1kg
刮板式取料器转速n:73R PM
取料输送机输送量Q
3:Q2×n×60=4380kg/h 取料输送机输送量取:5000kg/h
取料时间T:Q1
细胞模型Q
2×n
=13.7m i n
3.3料斗秤设计计算
物料堆积密度ρ:800kg/m3
料斗秤的有效容积V:Q1ρ=1.25m3
料斗秤的有效容积取: 1.5m3
料斗重量G
1:1300kg
称重传感器量程:G1+Q1
4
=575kg
根据称重传感器选型手册选取称重传感器量程为1000kg。
3.4电子皮带秤设计计算
秤区长度(计量段长度)L:9.6m
称重托辊重量G
2:37kg
皮带线重量G
3:27kg/m
秤架重量G
4:50kg
物料线重量q:Q
3.6×ν
=56kg/m
秤区物料重量G
物:qL=259.2kg
秤架、称重托辊和计量段输送带总重量G
皮:
4×G
4
+8×G
2
+G
3
L=755.2kg
称重传感器数量N:8
安全系数K: 1.5~2
. All Rights Reserved.
称重传感器量程G
传
:G
物
+G
皮
N
×K =242.4kg
根据称重传感器选型手册选取称重传感器量程为250kg 。
4主要结构及技术特点
4.1
刮板式取料器(如图2所示)采用旋转dnf王刚
平衡式结构设计，通过取料刮板与平衡块绕主轴旋转，实现刮板取料器在皮带输送机上取料，并有效减小电机功率。在刮板取料器出料口增加篦子设计，通过调整篦子孔尺寸，有效控制所取物料粒度。导料槽、护罩与皮带输送机槽形皮带形成封闭腔体，有效防止刮板式取料器取料时撒料。
1-平衡块2-取料器3-篦子4-减速电机5-支架6-导料槽7-护罩
图2刮板式取料器结构示意图
4
5
6
7
皮带输送机
1
2
3
旋转方向
4.2料斗秤称重料斗(如图3所示)采用槽钢框架式结构设计，支架平台采用箱型梁框架结构设计，保证称重料斗及支架平台足够刚性；称重传感器采用对称布置，尽可能靠近称重料斗四个角边，称重传感器固定在支架平台上支撑着称重料斗，称重料斗内物料重量通过称重料斗传递给称重传感器。称重料斗上设有自动校验装置，通过砝码提升机提升标定砝码，实现料斗秤自动校验、标定，保证料斗秤计量精度的准确性；砝码提升机采用螺纹幅结构设计，实现标定砝码的升降。称重料斗采用全封闭结构设计，进、出料口均设有软连接。料斗秤落料处设有导料槽防护罩与皮带输送机槽形皮带形成封闭导料槽，有效防止料斗秤排料时标准物料洒落在皮带之外。
4.3电子皮带秤采用自由浮动平衡秤架结构
设计，通过两个万向关节与称重传感器相连，称重传感器固定在支撑梁上，使整体秤架绕两万向关节自由浮动，消除干涉和结构内应力，避免了过定位，秤架上的称重托辊将皮带上的物料重量全部、准确的传递给称重传感器，保证了电子皮带秤的计量准确性。
4.4
两台独立的电子皮带秤Ⅰ和电子皮带秤
Ⅱ，按照距离刮板式取料器取料口远近区分为主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)和校准秤(电子皮带秤Ⅱ)，料斗秤及取料装置安装在两台电子皮带秤中间；取料口设在校准秤之后，放料口设在两台电子皮带秤之间。
4.5
测速传感器速度信号、主计量秤(电子
皮带秤Ⅰ)称重传感器重量信号、料斗秤称重传感器重量信号、校准秤(电子皮带秤Ⅱ)称重传感器重量信号均接入数字转换器，由数字转换器将这些模拟信号转换成数字信号，然后通过485通信的方式发送给称重控制仪表。
4.6
电气控制系统中选用西门子S7-200
SM A R T (6ES7288-1ST60-0A A 0)可编程控制器。当校验室远程发出校验电子皮带秤指令后，称重
1-称重料斗2-称重传感器3-支架平台4-闸门5-导料槽
6-标定砝码
7-砝码提升机
8-软连接
图3料斗秤结构示意图
12
3458
7
6皮带输送机
. All Rights Reserved.
控制仪表首先对料斗秤进行自动标定,PLC控制料斗秤闸门关闭，并控制砝码提升机将标定砝码提起标定。标定完成后，启动取料装置从皮带上刮取校验物料，经取料输送机输送至料斗秤，达到取料量后，取料装置停止取料工作，称重控制仪表对校验物料准确计量；同时对电子皮带秤进行物料校验，通过始点探测器检测到皮带校准始点，称重控制仪表输出信号通过PLC控制料斗秤闸门打开放料，此时主计量秤计量的是输送物料累计重量，校准秤计量的是输送物料累计重量和料斗秤放下的标准物料重量，称重控制仪表将校准秤得到的累计重量减去主计量秤得到的累计重量，得到料斗秤放出的标准物料重量值；此标准物料重量值与称重控制仪表自身显示料斗秤的物料重量值进行比对，得出修正系数，按此修正系数修正称重控制仪表量程系数使之显示标准物料重量值，物料自校验结束。整个校验过程通过网络摄像头在校验室进行远程监控。
5关键技术
5.1一致性校准理论
一致性校准是通过校准使得两台电子皮带秤达到在经过相同的皮带长度、运行时间的情况下，空载时，累计量均为零；有物料时，通过相同的物料，累计量相同；在两台皮带秤经过不同的物料时，得到的累计量的差值与实际物料的差值成比例关系；这是保证能正常进行物料自校准的基础。
5.2同段皮带识别技术
在实际使用中，皮带是不均匀的，要达到理想状态下的一致性，要求在对电子皮带秤进行累计量时，电子皮带秤所经过的皮带应为同一段皮带。
在一致性校准时记录皮带开始和结束的脉冲代号，在线自校准时将识别到脉冲代号作为开始信号，称重控制仪表即开始累计量。保证两台电子皮带秤所累计量经过的皮带为同一段皮带。
5.3在线自校准技术
在进行传统的物料校准时，都需要中止皮带的正常运行工作，本系统采用在线自校准技术克服了这一难题。在线自校准时，所需要的物料由取料装置直接从皮带输送机上获取，所取物料已
经经过主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)累计称重，不影响计量值。完成在线自校准后，物料又完全返回皮带输送机上，不损失物料，不中止皮带正常运行，极大的提高了工作效率。
同时，在线自校准在完全自动的情况下完成的，操作简单、方便、快捷。将以往数月才进行一次的物料校验可以每周甚至每天都进行一次，保证电子皮带秤始终保持在较高的精度水平，从另一方面讲相对的提高了电子皮带秤的精度。
5.4在校准时，首先进行一致性校准，一致性校准分一致性零点校准和一致性间隔校准。校准开始，当自动同段皮带识别程序识别到同段皮带标识时，识别信号发送给称重控制仪表，称重控制仪表才开始校准的累计量计算。通过使用同段皮带识别技术，保证了一致性零点校准和一致性间隔校准是在同一段皮带上完成，由此可保证校准的准确性。
5.5当料斗秤不放料时，主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)和校准秤(电子皮带秤Ⅱ)经过的物料相同(有一定的时间延迟)，则所得的累计量也相同。假设经过重量为M1的物料，主计量秤(电子皮带秤Ⅰ)和校准秤(电子皮带秤Ⅱ)累计得到的重量为M2(通过一致性校准来保证两台秤累计得到重量一致)。当料斗秤放料时，主计量秤得到的累积计重量为M3，校准秤得到的累计重量为M4。而料斗秤的放料量为M5。则以上得到的数值应满足以下公式:
M
1
=m×y
大连海事大学学报
1×t
M
2
=m×y
2×t
其中m为模拟常数,t为一个修正常数,y
1
为
实际间隔值,y
2
为当前间隔值。
由比例关系有:M1
M
2
=M5
M
4
-M
3
即:m×y1×t
m×y
2×t
=
M
5
M
4
-M
3
简化后得:y1
y
2
=M5
M
4
-M
3
则:y
1
=M5
M
4
-M
3×
y2 6提高物料自校准电子皮带秤精度的方法
6.1料斗秤落料处应设有保护装置，避免经
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