散狀物料計量裝置——陣列式皮帶秤

　　摘要：散裝物料的計量，尤其是在輸送過程中同步計量，一直是儲運專業的重要研究課題之一。皮帶秤是最常用的計量器具，但傳統的皮帶秤對稱量精度無法準確的保持，往往造成原料成本的不必要增加。陣列式皮帶秤則能很好的改善這一問題，本文主要對陣列式皮帶稱的結構、原理和特點進行介紹。

　　關鍵詞：散狀物料計量  陣列式皮帶秤  陣列式皮帶秤遠程專家系統

　　現代物流中，散狀物料（煤炭、礦石等）的準確計量一直是個困擾供需雙方的世界性難題。這類物資的轉移，裝、卸、輸送多采用皮帶輸送機，稱重計量需在輸送過程中進行。最方便、最實用的計量器具當屬“皮帶秤”，它可以實現在物料輸送的過程中同步地進行稱重計量。

　　但由于皮帶秤屬于連續累計自動衡器，其稱重原理和使用中存在的問題，使得其計量準確度較低。更為關鍵的是實際使用中的皮帶秤難以長期穩定地保持0.5%級準確度,使用中的誤差甚至高達1～5%。所以在國際、國內貿易中水運散狀貨物的計量通常采用“水尺計重”法。

　　“水尺計重”是一種原始的計量方法。影響水尺計重精度的因素很多，如船舶變形、風浪、視覺誤差等，由此帶來的誤差也是驚人的。

　　有資料統計：一艘5萬噸的貨輪吃水誤差1cm，貨物誤差高達200t以上。如此大的計量誤差，嚴重影響到企業的原燃料消耗指標，給國家和企業帶來經濟損失。

　　我國每年進口鐵礦石5億噸以上，如按這個誤差計算，計量誤差將高達200萬噸、折合人民幣約3億元。

　　再說到鋼鐵廠內部的物料轉移，皮帶秤更是必不可少的工具。隨著原燃料的價格不斷上漲、企業內部的降本增效考核的力度越來越嚴。提高皮帶秤的精度和穩定性就越發突出。

　　那么皮帶秤為何存在誤差大、穩定性差的缺點呢？這源于皮帶秤屬于連續累計自動衡器，其稱重原理及使用環境的惡劣造成了上述結果。

　　1、傳統皮帶秤的誤差來源

　　皮帶秤為什么存在精度低、長期穩定性差的問題，來源于其自身的稱重原理及使用環境帶來的影響。

　　皮帶秤的物理屬性是：皮帶作為稱量物的載體，秤體在皮帶的下方、稱量物在皮帶上面。

　　傳統的誤差公式：E相＝±2KdFp/nqa2，   式中  Fp—皮帶張力、K—皮帶效應系數，是皮帶秤產生誤差的主要來源。

　　●皮帶張力是皮帶輸送的固有屬性，它隨驅動電機的功率、傾角、帶速、流量等參數以及環境溫、濕度等因素而變化。當皮帶機托輥表面準直性差時，會產生一個疊加于被測物體重力上的干擾力，影響皮帶秤的準確度和長期穩定性。

　　●皮帶效應是指皮帶的硬度、彈性等物理特性及截面形狀對稱重產生的效應，它作用在秤架上、對皮帶秤的受力及力傳遞產生極大的影響。皮帶效應隨時間、溫度、張力、流量及皮帶材質、軟硬度、截面形狀而變化，對稱量結果影響很大，是皮帶秤長期穩定性差的主要影響因素之一。

　　●溫度變化對傳感器的影響也是皮帶秤產生誤差的來源

　　三大影響因素導致皮帶秤的精度低、長期穩定性差，制約了皮帶秤成為散狀物料準確計量的工具。

　　皮帶秤自上世紀初發明以來，秤體的結構形式鮮有大的突破。皮帶秤的精度與長期穩定性也難有提高。

　　2、陣列式皮帶秤特色在哪里？

　　陣列式電子皮帶秤是一款精度達到0.2％的高精度電子皮帶秤。那么，作為高精度皮帶秤，它的特點有哪些呢？

　　首先，在結構方面，陣列式是由兩組四托輥全懸浮式秤架排列組成的。即兩個14A型秤架組合而成。全懸浮結構而非單杠、雙杠結構，了解字面解釋即可，意為無需支撐的秤架，其設備質量也因此減少了20%之多。極大地簡化了安裝時的工作量。而全懸浮式的直接承接式組合，自然，減少了很多移動件，從而不存在接觸支點的摩擦損壞等問題。同時，秤架的維修量也大大減小。

　　傳感器為四只拉式傳感器，該傳感器達到了國際標準，穩定性、靈敏度、過載保護等功能更強悍，基本滿足了絕大部分用戶的需求。

　　此外，陣列式電子皮帶秤還采用了現場數字轉換器，在稱重數據產生現場即刻進行模擬信號向數字信號的轉換，保證信號傳輸的高精度和高效性，避免了信號失真導致的計量誤差。

　　同時，該款設備還具備實時監測跟蹤功能。可遠程監控設備運作是否正常，是否出現故障部件，并能及時檢查故障所在，進行維修或更換。皮帶的工作狀態也可實時監控，多種方式保證計量的高穩定性與精準度。

　　最后是溫度補償功能。創新性地在儀表內部置入溫度傳感器，可有效避免現場溫度。的影響

　　3、陣列式皮帶秤介紹

　　陣列式皮帶秤以一種全新的皮帶秤誤差理論為基礎：將N個稱重單元連續排列、組成一個稱重陣列，極大地降低了皮帶張力帶來的影響。皮帶秤的準確度和長期穩定性指標取得革命性的突破。

　　3.1、理論上的突破

　　陣列式皮帶秤基于一個新的皮帶稱重誤差理論——內力理論。“內力理論”：對于單個稱重單元存在有皮帶張力的影響，當若干稱重單元組成一個稱重陣列、陣列內部的皮帶張力影響力轉變成為系統內部力，內力的變化在系統內此消彼長、對系統的影響幾乎為零。

　　該誤差理論跳出了傳統誤差理論的巢臼，使所有對皮帶秤誤差的認識和解決方法產生了一個革命性的改變。在稱重陣列中，皮帶張力影響力轉化為內力，物料流量的大小、溫度濕度變化等因素導致的皮帶張力變化對皮帶秤精度的影響甚微，從而實現了皮帶秤的高準確度、高穩定性。

　　3.2 結構上的革新

　　陣列式皮帶秤的稱重單元摒棄了傳統的杠桿系統，采用剛性直聯結構形式的“單點懸浮稱重平臺”。

　　這一結構顛覆了傳統皮帶秤的傳力系統，徹底解決了“杠桿系統對準確度的影響”的難題，系統穩定性得以提高；該稱重平臺抗水平力、抗偏載性能極佳，大大降低了非垂直力和物料偏載對系統準確度的影響；單元重量輕，實現輕松安裝。

　　3.3 關鍵技術的突破

　　（1）國內首創“稱重傳感器溫度補償”技術

　　稱重傳感器使用前全部進行48h以上的高低溫測試，測試的溫度曲線輸入計算機，根據現場溫度進行補償修正，消除了溫度變化對皮帶秤長期穩定的影響。

　　（2）基于物聯網技術的遠程專家系統。

　　作為貿易級的在線計量用秤，對皮帶秤的故障率有著極高的要求，同時對皮帶秤制造商的售后服務會有較高的要求。

　　將物聯網技術應用于衡器產品上。系統通過GPRS和移動通訊網絡傳送客戶設備信息及總部指令，在公司總部與用戶設備之間實現互聯互通，對皮帶秤實行遠程遙測、遙訊、遙控。

　　遠程專家系統通過對用戶設備信息的分析、判斷，實現皮帶秤故障早期診斷、預警、維修，解決服務瓶頸。

　　3.4多項超強的補償修正軟件

　　（1）張力補償軟件

　　根據各單元重量變化分布，對稱重陣列出、入口單元進行補償，進一步提高了陣列式皮帶秤的準確度。

　　（2）皮帶效應跟蹤軟件

　　對皮帶效應的影響進行持續跟蹤、補償，確保皮帶秤長期穩定保持0.2%的稱量精度。

　　（3）溫度補償軟件

　　現場環境溫度變化時，依據稱重傳感器的溫度曲線進行補償修正，確保皮帶秤長期穩定性

　　（4）皮帶秤運行狀態跟蹤補償軟件

　　（5）線性修正軟件

　　采用拉格朗日曲線擬合技術對陣列式皮帶秤因流量不同所產生的誤差進行線性修正。

　　3.5超強的應用功能

　　（1）故障早期自診斷功能

　　陣列式皮帶秤具有故障早期診斷功能，遠程專家系統的應用可實現系統故障早期診斷、報警、單元切除和修復。

　　（2）智能除皮功能

　　陣列式皮帶秤通過智能判斷實現自動去皮。

　　（3）超強的記憶功能

　　陣列式皮帶秤可記錄皮帶秤的運行狀態、每一項操作、各項報警內容，供分析故障時查詢。

　　4、 陣列式皮帶秤的特點

　　4.1準確度指標高于現行國際、國家標準

　　皮帶秤的準確度等級無論是在國際法制計量組織（OIML）50#建議（R50）、還是在國家標準（GB/T 7721-2008）中，最高等級均為0.5（準確度誤差為0.5%），而陣列式皮帶秤的誤差，無論是在公司《QPS皮帶秤全性能測試系統》上N多次的測試、還是在計量技術機構的多次檢測以及眾多用戶使用中實測的結果，均達到0.2%級準確度等級。

　　4.2耐久性指標好

　　耐久性指標的高低是衡量皮帶秤長期穩定性的關鍵指標、是用戶最為關心的指標，也是皮帶秤能否應用于商貿級計量的關鍵。

　　針對影響皮帶秤耐久性指標的因素—皮帶張力、非垂直力、振動等因素。在模擬皮帶秤使用現場極易出現的：皮帶張力變化、托輥沾料、帶速變化、水平力、振動等情況下進行檢測，其準確度指標均能滿足0.2級要求。

　　4.3安裝和維護簡便、輕松

　　在內力理論的支持下，陣列式皮帶秤稱重單元采用薄壁構件、剛性直聯結構、重量輕，安裝維護極為簡便、輕松；

　　4.4檢定方便

　　通常皮帶秤的檢定首推實物檢定，掛碼法由于不能體現皮帶張力對秤精度的影響，檢測結果不能反映皮帶秤的真實性能。但是，由于陣列式皮帶秤能有效地抑制皮帶張力對稱量精度的影響，使用掛碼方式即可以有效地檢測并反映秤的準確度和穩定性指標，從而使得皮帶秤的檢定變得簡單了許多。

　　5“遠程專家系統”介紹

　　隨著用戶不斷地增多、市場地域不斷地擴大，提供快捷及時的售后服務就成為皮帶秤制造商與用戶共同關心的一個問題。制造商如何為用戶提供及時、快捷的售后服務，是件十分重要的工作。

　　通常用戶皮帶秤發生故障的處理流程是：通常情況下：用戶根據投入產出比判斷計量數據失準，再經過檢定確定皮帶秤存在故障，通知制造廠；制造廠維修人員趕赴現場，檢查判斷故障原因、更換損壞部件、修復皮帶秤；其間需要經驗豐富的維修人員，以及用戶的密切配合，耗時、費力、影響計量。

　　將物聯網技術應用于皮帶秤故障檢測和售后服務，率先推出了基于物聯網技術的—陣列式皮帶秤遠程專家系統。系統通過GPRS利用無線網絡將用戶皮帶秤和公司服務器連接，定時掃描用戶設備終端、讀取并存儲數據；由專家系統進行分析，作出每臺設備工作狀態檢測報告。如果發現設備有故障先兆、則發出故障預警；若易發生故障則進行故障分析并給出處理意見，指導就近及時維修。

　　陣列式皮帶秤遠程專家系統不但可實現故障預警、快速維修，解決了皮帶秤制造商售后服務的瓶頸問題，還可以實現皮帶秤無人值守、防作弊預警。

　　同時還可以接入企業的ERP系統，用于企業內部的生產調度管理，適隨時掌握即時計量數據、跟蹤貨物的裝卸存及計量誤差。