电子皮带秤计量准确性方法研究与设计

颜 敏，邓如勇，黄校春，李凌晨

(1.国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212000；2.国家能源集团江苏电力有限公司，江苏 南京 210000；3.上海工业自动化仪表研究院有限公司，上海 200030)

0 引言

大宗散状物料(煤炭、矿石等)的物流，较经济的运输方法大多以船舶为运输工具，装、卸转运大多采用皮带输送机[1-5]；而散状物料的准确计量一直是个世界性难题。国际、国内贸易中，船运散状货物的计量通常采用“水尺计重”法，以此作为办理进出口商品交接、结算、计费、通关、计税、索赔、仲裁的凭证。但水尺受外界影响的因素很多，所以偏差控制一直是一个难以解决的问题。

经过多年的科研攻关和发展，电子皮带秤作为皮带输送的散状物料计量装置，得到了越来越广泛的应用，尤其是高精度阵列式电子皮带秤的出现，使其应用的认可度大幅提升。但由于电子皮带秤是计量运行中皮带上的动态物料，在动态的计量过程中难免会出现偏差，如何及时发现并纠正偏差是保证计量秤计量准确性的关键环节。在燃料智能化的建设过程中，根据本单位几十年使用电子秤的积累，结合现场实际情况，选用了阵列式电子皮带秤，同时设计了一种阵列式皮带秤实时监控跟踪系统。该系统极大地提高了计量的准确性，能实时、直观地反映计量偏差及偏差趋势情况，能将计量偏差的事后分析前移为过程中的实时监控，为提高散状物料计量准确性提供了新的思路。

1 皮带秤原理及产生误差原因

电子皮带秤称重桥架安装于输送机机架上，当物料经过称重桥架时，计量托辊检测到皮带机上的物料质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。同时，测速传感器检测的皮带输送机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。

影响皮带秤的误差原因很多，主要原因有以下几种。

一是电子皮带秤本身的原因。电子皮带秤系统引起使用误差的主要原因有温度变化、带速变化、荷重变动、电子皮带秤秤体的振动及外界干扰。

二是因皮带机引起的使用误差，主要包括皮带机托辊跳动，皮带的刚性、厚度、形状、材料的影响，皮带的安装质量，拉紧装置对皮带张力的影响。

三是环境原因引起皮带秤使用误差，主要包括温湿度的影响，磁场、振动的影响。

四是皮带秤现场安装及日常使用维护引起的电子皮带秤使用误差，主要是安装人员技术水平有限，安装质量及调试没有达到使用要求，安装位置设计不合理，校准过程中操作出现失误。

2 提高皮带秤准确性的方法

2.1 电子皮带秤的选型

电子皮带秤经过多年的发展，已形成多个系列和型号的产品，如何选用适合的电子皮带秤对提高计量准确性十分重要。近年来发展起来的阵列式电子皮带秤在准确性上有着很大的突破，主要体现在理论研究上，如建立了最新的内力理论和皮带效应理论。

阵列式皮带秤内力理论。对一个单独的称重单元来说，其皮带张力的影响和传统皮带秤装态相同；在一个连续安装的称重阵列中，相邻单元的皮带张力影响相互抵消。即一个连续安装的称重阵列内部皮带张力影响力成为一种“内力”，对称重的影响为零，皮带张力的影响仅限于阵列的出、入口处的单元。

阵列式皮带秤皮带效应理论。 “皮带效应”是指皮带的硬度、弱性等物理特性对称重产生的效应。在皮带张力的作用下，槽形皮带呈半刚性状，当支承点高度不在一个准直面时，皮带沿运行方向会产生波浪、 其对称重产生的影响称之为“皮带效应”。“皮带效应”的影响随皮带的硬度、物料的流量、环境的流量、环境的温度等因素的变化而变化。阵列式皮带秤通过检测、分析各单元采样值，建立一个“皮带效应”影响的数学模型并进行补偿修正。

基于以上理论，阵列式电子皮带秤的准确性在原有国家标准的最高精度基础上又有了较大提高，可以达到相当于0.25级的标准要求。因此，从选型方面考虑，应首选阵列式电子皮带秤。

2.2 阵列式皮带秤结构

在“内力理论”指导下，称重单元整体结构十分独特，采用的单点悬浮式称重单元如图1所示。使用一只特制的称重传感器为单点支承，采用特殊的秤体结构，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)秤重单元采用连续安装的方式，组成一个称重阵列。皮带秤采用独特的高抗弯性能结构设计，结构简便、质量轻，现场安装快捷、方便。传感器具有抗水平力、偏载等多项优异性能指标，与阵列式的专利结构结合，整体性能大大提升，对提高皮带秤的长期稳定性起到了关键作用。

图1 单点悬浮式称重单元

2.3 阵列式皮带秤特点

阵列式皮带秤具有以下特点[6-10]。

①阵列式皮带秤因其特定称重单元多组串联布置组成，通过对阵列数据进行处理可以消除皮带张力的影响，大幅提高皮带秤称重精度。

②单点悬浮称重平台是一只称重传感器支承两组以上的称重托辊，结构巧妙、称重精度高、稳定性好，免日常维护。

③工字型单点称重传感器是一种单点悬浮称重平台专用传感器，结构独特且具有称重精度高、抗水平力干扰能力强等特点。

2.3 阵列式皮带秤实时比对跟踪监控系统

电子皮带秤在动态计量过程中难免会出现偏差，如何及时发现、纠正偏差是保证计量秤计量准确性的关键环节。对此开发了双秤实时比对跟踪监控系统，将电子秤计量误差的事后分析转变为过程实时比对监控，实现了异常防范的关口前移，使普通值班监控人员就可以及时发现电子皮带秤发生偏差的现象，从而采取措施，阻止和中断计量偏差的发生。

双秤实时比对跟踪监控系统的方法及原理如下。

在紧邻的同一段区段内串联安装两台同规格、同参数、同厂家的阵列式电子皮带秤。每台电子皮带秤由八组单点悬浮式称重单元构成。两台电子皮带秤一台为计量秤、一台为监视秤，前后相邻安装，同时计量。理论上，两台秤在同一时间段内计量的数据完全一致。

双秤实时比对跟踪监控系统实时采集两台电子皮带秤瞬时值、累计值，并加以应用，建立比对数学模型。通过计算两台秤的累计值偏差、累计值偏差率，设置允许偏差范围，形成双秤实时比对跟踪监控系统。当双秤累计值偏差超过设定值时，发出丙类声光报警；当双秤累计值偏差率超过设定误差率时，发出乙类声光报警；当双秤累计值偏差、累计值偏差率都超过设定值时，发出甲类声光报警。所有实时比对跟踪监控系统远程接入值班人员工作计算机，实时监控电子皮带秤运行情况，值班人员根据声光报警类型进行必要的处理，从而实现计量过程的实时管控。同时，远程监控显示双秤实时比对情况，通过图表等形式，简明、扼要地实时显示误差值、误差率、误差控制范围，超差实时声光报警，多方式反映电子皮带秤运行情况。

3 跟踪系统的应用

实时采集的两台电子皮带秤瞬时值、累计值时，双秤实时比对跟踪监控系统对这些数据进行必要处理，转化形成直观的图表等形式，实时显示双秤实时数据列表、双秤历史数据曲线、双秤偏差率曲线、双秤误差报警图表。通过记录下来的曲线跟踪系统，可以方便地追踪电子皮带秤全过程运行情况，能准确定位电子皮带秤双秤偏差值、偏差率最大的时间点。同时，结合现场全方位的视屏监控系统，能分析当时电子皮带秤及带式输送机运行工况，准确找出电子皮带秤双秤偏差值、偏差率及其发生的原因，为日后电子皮带秤准确、可靠运行提供持续改进措施。

双秤历史数据曲线如图2所示，双秤偏差曲线如图3所示。

图2 双秤历史数据曲线

图3 双秤偏差率曲线

4 跟踪系统取得的成效

双秤实时比对跟踪监控系统，将电子秤计量误差的事后分析转变为过程实时比对监控，实现了异常防范的关口前移。同时，远程监控显示双秤实时比对情况，通过图表等形式简明、扼要地实时显示误差值、误差率、误差控制范围，超差实时声光报警，确保电子皮带秤运行中发生偏差时能第一时间报警提醒。

因电子皮带秤的双秤实时比对跟踪监控，能够及时发现、报警电子秤异常情况，能第一时间进行异常处理，使皮带机煤炭计量的准确性有了整体提升，同时提升了电子皮带秤计量数据的准确性和可信度。

阵列式皮带秤双秤实时比对跟踪监控系统在某电厂卸煤码头上应用后，取得了非常显著的效果。根据连续六个月的数据统计，共接卸了66条5万吨级海轮，计227万吨，将误差率由原来的0.75%降低至0.5%，大部分控制在0.25%范围内。

5 结束语

阵列式皮带秤双秤实时比对跟踪监控系统对所采集两台阵列式电子皮带秤数据进行必要处理，转化形成直观的图表等形式，自动生成简明扼要的双秤实时数据列表、双秤历史数据曲线、双秤偏差率曲线、双秤误差报警图表等。通过曲线跟踪系统，可以方便地追踪电子皮带秤全过程运行情况，能准确定位电子皮带秤双秤偏差值、偏差率最大的时间点；同时，结合现场全方位的视屏监控系统，能分析出当时电子皮带秤及带式输送机运行工况，准确找到电子皮带秤双秤偏差值、偏差率发生的原因，为日后电子皮带秤准确可靠运行提供持续改进措施。因此，阵列式电子皮带秤+实时比对跟踪监控系统的应用，对提高电子皮带秤准确性具有十分积极的意义。