在线校验双模电子皮带秤的应用

殷宪文，张光玉，单 勇，冯 永，杨 丽

(枣庄矿业集团 高庄煤业有限公司，山东 枣庄 277605)

在选煤生产过程中,需实时在线检测各选煤产品的瞬时流量及累积产量,为选煤系统运行中的过程控制和考核提供数据支持。带式输送机是选煤生产过程中的主要运输设备，因而在带式输送机上安装皮带秤来统计选煤过程中各产品的瞬时流量和累积量成为目前各选煤厂采取的主要方法。高庄洗煤厂自建厂以来，在物料在线计量方面进行了长时间的摸索与探究，先后使用过单模电子皮带秤、核子皮带秤、双模电子皮带秤，通过对比三种秤的实际应用情况发现，双模电子皮带秤较核子皮带秤、单模电子皮带秤等其他在线计量装置，具有稳定性好、计量精度高、维护方便的优点。

1 双模电子皮带秤

1.1 工作原理[1]

双模电子皮带秤[2]由A秤和B秤两称架、标准棒码、称重传感器[3]、测速传感器、计量仪表、在线计量校验系统组成(通过计算机远程控制)，其中称重传感器是核心部件。图1所示为双模电子皮带秤结构简图。

图1 双模电子皮带秤结构简图

物料通过带式输送机时，对胶带产生一个压力，压力信号传递到称重传感器上，由称重传感器测出胶带单位长度上的载荷值信号，再由测速传感器测出同一时刻胶带的运转速度信号，称重传感器输出的重力信号与测速传感器输出的速度信号连续累积[4-5]，同时传输至显示控制器上进行数据处理，即可得到其瞬时流量值。由系统对连续的流量信号进行累积计算，从而得到物料累计值，最后将数据传输到工控机上，在工控机上就可以看到胶带的瞬时流量和累积量。工控机将所有数据都保存起来，通过对时间的设定，可以查询到天累积量、月累积量、年累积量及每个班次的累计量，同时还可以查询胶带的运行时长、带料时长、空载时长等数据，这些数据可长期保存，以供随时查询。

1.2 技术特点

对于普通电子皮带秤、核子秤等一些常用皮带秤的校验，需在胶带输送机空载状态下进行，在设备带料运行中无法及时发现计量故障，即设备需要校验时必须保证胶带空载，因而无法实现带料在线状态下的校验。

相比之下，双模电子皮带秤则更具优势：双模电子皮带秤以皮带秤高精度计量和长期稳定性称重运行作为根本点，校验计量系统采用了国内最新在线校验动态计量工艺，把传统皮带秤计量与校验集成为一个在线校验计量系统。双模电子皮带秤在一条带式输送机上安装A、B两台秤，其中B秤作为计量秤，A秤作为监控校验秤，通过配置高效、简便、自动化程度高的在线校验系统，可以进行远程校零和远程自动加载校验工作。在使用过程中，A、B两秤虽然分工明确，一台作为计量秤，一台作为校验秤，但是同时都可以计量数据，当计量误差超出给定范围时，系统自行启动A秤与B秤相互校验功能，进行在线实时校验。远程校零和远程加码标定也是在线校验的一大特点。

2 安装条件

双模电子皮带秤的安装要确保带式输送机上物料对胶带所产生的压力能够真实有效地传递到A、B两秤的称重传感器上，且没有任何外界附加的影响。然而在实际使用中，由于受外界环境的干扰，其测出的流量准确度也会受到一定程度的影响，因此皮带秤的安装位置应选择在受外界环境影响较小的地方。其次，胶带本身的一些因素，也会对测量结果产生影响，因此要防止胶带跑偏，保证胶带具有足够的张力，最好有胶带调偏装置和自动张紧装置，以减轻胶带上下颠簸、左右偏离的幅度。此外，A、B两称架安装位置要保持在一条直线，即A秤与B秤的倾角要保持一致，以避免胶带自身重力对A、B两秤称重传感器产生不同压力而造成计量误差。

3 调试[6]

对于双模电子皮带秤而言，通过其设定的在线校验系统，校零和标定工作都可以在线进行。

3.1 校零

校零原理：将一切外界因素对带式输送机空运转产生的附加重力消除，找到胶带空运转零值。

首先，需要将带式输送机空载开启，将电子皮带秤一切参数恢复出厂默认值，然后输入胶带长度L、速度v、A秤与B秤的间距L0、实际时间数据、标准棒码在胶带运转一圈理论产生的重力G0，其中G0=G码·L/L0(这里的G码为标准棒码重力)。待带式输送机稳定运行后，确定A秤已卸码，然后开始对A秤和B秤先进行校零工作，校零多次，直到A、B两秤产生的重力GA、GB误差小于0.1%，即|GA-GB|/GB≤0.1%，并且A、B两秤产生的重力GA、GB无限接近于零，即lim(GA→0)、lim(GB→0)，校零完毕。

3.2 加码[7]标定

标定原理：计算出已知物料(标准棒码或给定物料)在带式输送机运转一周对胶带产生的理论重力G理论，然后标定中将标准棒码对胶带输送机运转一周产生的实际重力值设定为理论值，即设G实际=G理论，标定多次，保证实际值与理论值误差在0.1%以内，即|G实际-G理论|/G理论≤0.1%。

标定：首先对A秤进行加码，加码完毕后开始标定A秤，将带式输送机运转一圈在A秤上产生的重力GA设定为标准棒码在胶带运转一圈理论产生的重力G0，即设GA=G0；然后，进行第二次、第三次标定，直到A秤产生的重力GA与标准棒码在胶带运转一圈理论产生的重力G0的误差在0.1%以内，即|GA-G0|/G0≤0.1%，A秤标定完毕。

3.3 带料标定

校零、A秤标定工作完成后，原则上双模电子皮带秤就可以正常使用，增加带料标定B秤的工作是为了进一步减小计量误差。带料标定与加码标定原理一样，只是将标准棒码变换为实际物料。

称取一定质量的物料，并使其全部通过带式输送机，测其重力，取单位时间平均值G均，可以默认为其瞬时流量，并计算出带式输送机运转一周的时间T以及运转一周理论产生的重力G1(G1=T·G均)，然后对A秤和B秤进行带料标定，胶带输送机运行一周两秤产生的重力值GA、GB都设定为给定物料的重力G1，即设GA=GB=G1，然后进行第二次、第三次标定，直到A、B两秤产生的重力GA、GB与给定物料重力G1的误差在0.1%以内，且A、B两秤之间的误差也在0.1%以内，即|GA-G1|/G1≤0.1%，|GB-G1|/G1≤0.1%，|GA-GB|/GB≤0.1%，则带料标定完毕，双模电子皮带秤调试工作结束，可以正常使用。

4 误差远程在线校验

根据使用状况不同，电子皮带秤允许误差也不一样，大多数情况下，电子皮带秤误差控制在0.5%以下，有时受使用条件的限制，将误差扩大到1%。双模电子皮带秤可以通过工控机实现远程校验，并且系统有自动报警校验功能。

4.1 产生误差的原因

在使用过程中，影响电子皮带秤准确性的因素[8]有很多，称架有积料、胶带有粘附物、称重传感器部件松动、皮带跑偏打滑等原因都会导致零点不稳，发生较大波动，进而导致称重基准发生变化，因此日常维护和定期校验工作不可缺少。

4.2 日常校验工作

一般情况下，在胶带空载时，对电子皮带秤进行远程校零。校零工作是为了稳定皮带秤零点值，最好一天一次，这样电子皮带秤的零点值就会稳定，才能保证电子皮带秤准确、稳定、可靠的运行，且还能提高电子皮带秤的使用寿命。

4.3 在线自动检测校验

校验系统本身具有自动检测功能，当各种误差[9-12](包括标定误差、校零误差、计量误差)超出设定范围，系统发出误差报警警示信号，此时，只需在工控机上点击“在线校验”，校验系统就会自动启动校验程序，自动完成校验工作，将皮带秤计量误差缩小到允许范围之内。

在线校验系统特点：①可以对带料运行的胶带进行校验，校验工作可以随时进行，而且不会影响胶带的正常工作；②在不知道是校验秤(A秤)出现误差还是计量秤(B秤)出现误差或是两秤同时出现误差的情况下，系统都可以进行校验工作；③校验工作能够自动完成，不需要人工操作。

在线校验原理：胶带在带料运行的情况下，A秤与B秤进行相互校验。首先，对B秤进行标定，系统对两秤同时带料运行n圈(一圈或整数圈，可根据需要自己设定)累积量进行标定，系统自动将B秤值用A秤值代替，即令GB=GA，重复几次，使两秤之间误差缩小到0.1%范围内，即|GA-GB|/GB≤0.1%，系统默认B秤标定完毕；然后，系统自动对A秤进行加载标准棒码(标准棒码重力为G0)，取两秤同时带料运行n圈(一般设为与标定B秤时的圈数相同即可)的累计量相减与标准砝码运行n圈数对胶带产生的理论值G(G=nLG0/L0)对比，求出其校验系数δ(δ= |GA-GB-G|/G)。系统默认校验三次，取三次校验系数的平均值δ0(δ0=(δ1+δ2+δ3)/3)，之后校验系统自动对A秤进行系数校正。A秤校验完毕后，A秤卸码，再次标定B秤，同理，直到|GA-GB|/GB≤0.1%，两秤均完成校验，即可正常工作。

5 实际应用

高庄洗煤厂于2015年1月开始对在线运输计量装置升级改造，5月初双模电子皮带秤正式投入生产计量。表1—3统计了2012年单模电子皮带秤、2013年核子秤及改造后的双模电子皮带秤在高庄洗煤厂的使用数据。

表1 2012年度单模电子皮带秤计量数据统计表

表2 2013年度核子秤计量数据统计表

表3 2015年度双模电子皮带秤计量数据统计表

结合表1—3数据，绘制出3种皮带秤的计量误差图，如图2、图3所示。

图2 3种秤月平均误差柱状图 Fig.2 Bar chart of monthly mean measuring errors of 3 kinds of belt weighers

图3 3种秤误差曲线对比图

通过图2、图3可以看出，单模电子皮带秤月平均误差为1.06%，核子秤月平均误差为0.51%，双模电子皮带秤月平均误差为0.56%，可见双模电子皮带秤与核子秤的计量误差均较小，稳定性较好。

结合表1—3数据，绘制出3种皮带秤的维护量和维护费用图，如图4、图5所示。由图4、图5可以看出，双模电子皮带秤年维护耗时为219 min，维护费用为2 080元；单模电子皮带秤年维护耗时为1 810 min，维护费用为6 420元；核子秤年维护耗时为270 min，维护费用为4 920元，且该核子秤的使用制度严格，安全检查工作频繁，每台核子秤初次安装时需付一次性射源环评费用约10万元和约1 000元/a的年度检测费用。

图4 3种秤年维护耗时柱状图

图5 3种秤年维护费用柱状图

通过上述对比分析可以得出以下结论：双模电子皮带秤计量精确度高，维护工作量小，维护费用小，校验工作可以远程进行，大大缩减了校验工作量，实现了计量装置精确、稳定、安全的要求，具有良好的社会效益和经济效益。尽管双模电子皮带秤计量精度与贸易计量的要求尚有差距，但完全可以应用于企业中各种带式输送机的在线计量，也可为港口、码头等一些贸易计量作为参考。因此，双模电子皮带秤的应用前景广阔。

[1] 方原柏. 电子皮带秤的原理及应用[M].北京：冶金工业出版社,1994.

[2] 方原柏.电子皮带秤[M].北京:冶金工业出版社,2007:251-293.

[3] 唐艳宏.电子衡器称重传感器载荷分配的调整[J].西藏科技,2010(3):79-80.

[4] GB/T 7721—2007 连续累计自动衡器(电子皮带秤)[S].

[5] GB/T 7721—2002 连续累计自动衡器(皮带秤) [S]:60-72.

[6] 戴成华.全悬浮电子皮带秤的安装与调整[J].衡器,2004(3):37-39.

[7] JJG99—2006检定规程砝码[S].

[8] K E 诺登.工业过程用电子称[M].陆伯勤,等译.北京:冶金工业出版社,1991:212-213.

[9] 幸海辉.电子皮带秤的误差分析[J].中国西部科技,2005，28(3) : 19-20.

[10] 史登跃.电子皮带秤测量误差的分析及改进[J].化工自动化及仪表,2004,31(2):67-69.

[11] 郭春伟.配料系统电子皮带秤计量误差的分析及改造[J].有矿色冶,2006,22(2):53-55.

[12] 莫远胜.微机电子皮带秤误差大的原因分析及改进措施[J].计量技术,2007(4):78-80.