阵列式皮带秤技术课件

1、阵列式皮带秤技术,李凯,先说说 传统皮带秤,传统皮带秤存在的问题,传统皮带秤存在的问题,实际使用精度不高（15或更大）； 长期稳定性差，难以保持安装精度； 维护工作量大； （实物）检定麻烦；,散状物料贸易国际通行计量方式 水尺计重,船舶拱陷变形； 压舱水变化； 港水密度； 风浪和视觉误差；,水尺计重的误差,传统皮带秤的误差来自哪里？,传统皮带秤的误差理论,E相2KdFp/nqa2 式中： E相相对误差 K皮带效应系数 Fp 皮带张力 d 称重辊垂直位移 n 称重辊组数 q 每米料重 a 托辊间距,皮带秤产生误差的来源之一 皮带张力变化,皮带张力的影响,皮带张力是皮带输

2、送机运行的基本属性， 用以克服皮带的水平阻力、保证皮带输送机 输料运行； 皮带张力的大小与输送物料的流量大小及 位置有关。,皮带张力之“拉起”效应,皮带张力影响称重的表现方式为：“拉起” 效应。 在皮带张力作用下，称量段的物料被此段以外的皮带“拉起”、导致误差产生。,皮带张力产生的误差,称重辊,物料,皮带,皮带张力产生的误差,秤架荷重下沉，皮带张力FP与水平方 向产生一个角度,导致 2FPsin 误差项产生；,皮带秤产生误差的来源之二 皮带效应,皮带效应的概念,皮带秤误差的主要来源不是皮带张力，而 是皮带状态的影响、谓之为“皮带效应”； 皮带效应是指皮带的硬度、弹性等物理特 性及截面形状对称重

3、产生的效应；,皮带效应的影响,皮带效应取决于皮带状态及所处环境。 皮带状态随时间、温度、张力、流量及皮带 材质、软硬度、截面形状而变化，对称量结 果影响很大，是皮带秤长期稳定性差的最大 影响因素。,皮带效应之“波状”效应,U型皮带在张力的作用下变成“准刚性体” ，其在皮带运行方向上形成波浪形振荡，其 波峰与波谷的位置决定了皮带秤的误差； 环境温、湿度变化将改变皮带的刚度，导 致振荡波形变化，从而改变称重结果。,皮带效应-U型皮带在张力作用下产生刚度，因支承点高度变化，皮带沿运行方向产生波浪形变化。,皮带效应之“端部”效应,在张力作用下、皮带产生波浪形振荡，皮带秤秤架附近的皮带抬起（压下），将对

4、端辊（固定段）和称重辊上承受的物料重量重新分配。分配比例因皮带刚度和波形而异，对称重影响很大。,皮带秤产生误差的来源之三 温度变化对传感器的影响,温度变化对传感器的影响,传感器零点温度系数： 0.04% / 10 传感器灵敏度温度系数： 0.015% / 10,三大影响因素导致皮带秤的长期稳定 性差，成为制约皮带秤成为贸易级计量的工具；,长期保持0.2%准确度误差的 准确度误 阵列式皮带秤,阵列式皮带秤集皮带秤最新技术 于一身，解决了前述困扰多年的技 术难题！,阵列式皮带秤,以一只称重传感器为支承，采用特殊的秤体结构安装两组称重托辊，组成一个独立的称重单元单点悬浮式称重单元；,将 N个称重单元

5、采用连续安装的方式，组成一个称重阵列；,阵列式皮带秤的定义,阵列式皮带秤框图,现场数据处理,上位仪表,皮带,称重单元一,称重单元N,皮带速度信号,阵列式皮带秤技术指标,发明专利 3 项 实用新型 9 项,与阵列式皮带秤有关的,国内已授权专利,已发布国际专利,美国发明专利； 泛欧盟发明专利； 加拿大发明专利； 澳大利亚发明专利； 印度专利；,获OIML 0.2级皮带秤认证证书,阵列式皮带秤,关于 OIML,OIML（国际法治计量组织），是世 界上唯一从事法制计量工作的政府间组 织，其宗旨在于提供并促进各国法制计 量体系及计量器具有共同的国际基础。,关于 国际建议,国际建议(R)是OIML针对各种

6、计量设 备所作出的技术文件，规定其必需的计 量特征和测试方法； 针对皮带秤的国际建议 OIML R50；,OIML意识到传统皮带秤存在的问题，对R50-1997（版）进行修订： 增加了0.2级准确度等级（此前最高等级为0.5级）； 增加皮带秤的耐久性能要求，以保证皮带秤的使用精度；,关于 0.2级皮带秤,0.2级皮带秤是新颁布的OIML R50-2014 （版）中新增加的最高等级的皮带秤； 阵列式皮带秤是英国国家计量院依据新 版OIML R50-2014检测合格后颁发的全球第 一张皮带秤认证证书；,关于 OIML认证证书,OIML认证证书是由OIML授权的计量技术机构、采用 OIML的国际建议

7、规定的技术标准和测试方法对计量设备进 行认证测试、合格后所发给的证书。 该证书表明此设备达到了 OIML 国际建议中规定的指标。,阵列式带秤2013年送英国国家计量 院进行 OIML 认证检测，双方约定： 所有检测项目和指标均按改版后的R50 中的0.2级标准进行；,2013年10月，阵列式皮带秤样机在英 国国家计量院完成实验室项目的检测： 测试按照 R50-2014 0.2级要求进行、 并完全符合标准要求；,2014年2月，英国国家计量院专家来 中国进行物料试验检测；,物料试验测试记录1,V=2.2m/s,物料试验测试记录2,V=1.54m/s,物料试验测试记录3,V=0.88m/s,阵列式

8、皮带秤在认证的各项试验均符合0.2级皮带秤的要求；,本次实物测试的特点,同一台皮带秤以三种速度进行测试，每个 速度进行大、中、小流量共十八次测试； 同一速度、流量进行二次重复性测试；,2015年3月26日OIML R50-2014（版）正式颁布； 2015年4月10日英国国家计量院给经认证并合格的阵列式皮带秤颁发OIML 0.2级证书；,阵列式皮带秤的组成,单点悬浮式称重单元,单点悬浮式称重单元,组成阵列式皮带秤的称重单元； （专利CN200620124906.5） 一只传感器支承两组称重托辊； 超强的抗偏载、抗水平力的能力；,信号采集单元（ RTU）,信号采集单元（ RTU）,现场采集、处理

9、：重量信号、速度信号、温度信号； 通过RS485接口将处理后的数据发往位于控制室的终端处理器（ PTU） 采用最新技术的嵌入式工控机：高精度的信号放大与高速A/D转换，性能优异； 全铝机壳，满足IP65防护等级；,SA-600 终端处理器（ PTU）,SA-600 终端处理器（PTU）,接收RTU发送的数据，进行后续运算与处理，生成最终称重结果并显示； 存贮系统的历史数据，供查讯、分析； 800480分辨率的触屏显示、全汉字界面、人机对话方便、快捷； 全铝机壳，满足IP65防护等级；,输出适配, 重量信号输出接口：RS485、 RS232、以太网，通讯协议： 标准MODBUS； 可根据用户要求

10、输出其它控制信号；,无线传输单元（ DTU）,DTU单元采用 GPRS技术进行数据无线传输，与公司总部数据中心服务器建立数据链路； 可实时接受中心的呼叫并发送中心要求的各种即时（历史）数据； 发生设定报警或其它特定情况时，可主动与中心联系； 可实现远程软件升级与数据更新；,阵列式皮带秤 三大特点,阵列式皮带秤特点之一,长期保持准确度0.2%,阵列式皮带秤特点之二,现场免维护，无需专业维护人员,阵列式皮带秤特点之三,采用挂码标定，准确度保持 0.2%,阵列式皮带秤为什么可以实现 高精度、高稳定性?,一. 全新的误差理论及软件补偿,提出了全新的“内力理论”，破解了皮带张力的影响； 提出了“皮带效应

11、”的概念； 完成皮带张力和皮带效应影响的数学建模、编制软件实现补偿修正；,阵列式皮带秤的“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相同； 在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”、相互抵消，有效抵消因“拉起效应”产生影响的大部分，皮带张力的影响仅限于阵列的出、入口处的单元。,内力理论原理,N,M,2FpSin,Fp,B,B,N,二、颠覆传统的皮带秤结构,直联式结构消除了杠杆系统机械变形引入的误差； 直联式结构消除了物料流量变化对皮带秤精度的影响；,直联式静态或空秤状态分析,直联式工作时状态分析,皮带运行时，物料重量通过皮带压在称 重托辊上，产生前进

12、阻力，同时通过托辊 对秤框产生一个水平方向的推动力 F水： F水 0.2P料 式中：P料物料在托辊上的重量,非直联式工作时的状态,非直联式支承，皮带运行时秤框产生转动 ，由于水平推力作用于托辊上部、传感器安 装在机架横梁上，二者间高度差H、产生旋 转力矩： M旋=F水 H0.2P料 H,非直联式的缺点 线性度差,非直联式秤框工作时旋转角度与物料对托辊的压力对应，流量越大、作用于秤框的F水越大、秤框的旋转角度就越大； 秤框旋转，前辊抬高、皮带抬起、皮带张力作用加大，不同流量，皮带抬起的高度不同、皮带张力的影响不同、误差就不同，是造成线性度差的主要原因；,线性度差修正困难,在量程范围内，悬浮式秤框

13、旋转造成的前辊升后辊降的影响不连续、无固定方向 、无规律可循，难以建立数学模型修正； 只能用多量程点实物检定法，求取每一 流量点的称重系数，进行逐点修正，实际使用中很难实现；,直联式称重单元的优点,直联式以一只单点式称重传感器和秤体刚性直联，在皮带运行时虽有旋转力矩，但秤框不产生旋转； 具有极好的线性度和重复性和长期稳定性，全量程均有很好的准确度。在小流量和间断流量时，尤为优异；,三、关键技术的突破,首创“称重传感器温度补偿”技术，消除了温度变化对皮带秤长期稳定的影响； 基于物联网技术的远程专家系统，实现皮带秤远程监控、故障早期诊断、远程维修；,称重传感器温度测试装置,传感器温度测试,每只称重

14、传感器必须进行带载温度试验； 10、0 、10 、20 、30 、 40 、50 七点测试传感器零点和灵敏系数； 循环测试时间：48h；,四、超强的修正补偿软件,张力补偿软件； 皮带效应跟踪软件； 温度补偿软件； 皮带秤运行状态跟踪补偿软件；,五、超强的应用功能,智能判断、自动除皮； 故障早期诊断、报警； 故障、操作内容记录、查询； 遥测、遥讯、遥控；,六、输出适配多样, 重量信号输出接口：RS485、RS232、 以太网，通讯协议：标准MODBUS； 设定重量到达信号输出，供控制用； 可根据用户要求输出其它控制信号；,移动式皮带秤,移动式皮带秤,安装在可变倾角皮带机（斗轮机、浮动 船坞等）上

15、的皮带秤，皮带秤的倾角随设 备的运动发生变化；,移动式皮带秤,料场堆取料机,此类设备运动时皮带机倾角发生变化， 需进行角度修正； 传统修正方式是使用角度传感器，通常 此类秤的使用误差高达:510%；,移动式皮带秤,移动式皮带秤现状,采用普通皮带秤角度传感器组成； 普通皮带秤原有准确度低，加之运动后使用环境恶化，指标大幅降低。一般误差5%,甚至高达1030；,移动式皮带秤现状,现使用的移动皮带秤大多作定性指示，无法提供准确的计量数据； 在世界范围内移动式皮带秤基本处于空白状态；,移动式皮带秤的难度之一,秤体倾角发生变化时，称重传感器所受的载荷物料重力cos； cos是非线性函数:在= 00附近处

16、变化较小; 角度越大，变化越大；,移动式皮带秤的难度之二,堆取料机悬臂不仅产生前、后俯仰角度变化，还有左、右侧倾角度变化； 传感器所受的载荷受二维方向角度变化的影响；,移动式皮带秤的难度之三,皮带秤受力状态受皮带机倾角变化影响，不断变化； 悬臂挠曲变化使传统皮带秤依赖的托辊准直性基本消失； 工作环境恶劣，秤体受到严苛考验；,移动式皮带秤的难度之四,机臂运动所产生的振动使皮带秤的长期稳定性受到极大挑战；,传统的修正方法,在悬臂轴端装角度传感器，对倾角变化进行修正：由于悬臂长度有数十米，轴端所测角度的变化与秤体角度变化值相差较大，不能保证称重准确度； 在秤体附近装角度传感器：由于无固定水平基准面，

17、加之角度传感器响应速度慢、准确度低，故误差很大；,尴尬的结论,普通皮带秤在移动式皮带机上无法正常使用，仅能作为控制流量的装置；,我们采用的技术：,“三维姿态跟踪”专利技术，对皮带秤在三维方向的状态进行随动跟踪检测和修正，有效地抑制角度变化引入的误差。,移动式皮带秤,在15100 任一倾角、 15100 运动中： 长期保持0.5%称重精度！,移动式皮带秤,三维姿态跟踪单元,移动式皮带秤,移动式皮带秤技术指标,我们采用的技术之,三维姿态跟踪补偿技术（发明专利） 对称重传感器在垂直俯仰、左右侧倾两个方向上的状态进行随动跟踪检测和补偿，有效地抑制角度变化引入的误差。,移动式皮带秤安装中,我们采用的技术

18、,专利技术称重结构 利用阵列式称重技术克服堆取料机恶劣工作环境造成的影响，可在各种状态下保持高准确度和极其优异的长期稳定性。,“皮带状态跟踪”软件修正 有效地消除皮带张力、皮带效应对测 量的影响；,皮带秤历史上首次引入称重传感器 温度补偿 极大地提高皮带秤的耐久性指标；,系统自标定 利用三维姿态跟踪单元进行自标定， 可保持皮带秤的准确度，无需人工介入 操作； 实物检定仅用于检查长期稳定性；,移动式皮带秤检测情况,检测机构： 江苏省计量院 检测内容：称重准确度误差 检测方法： 1. 允许在一个角度下进行一次去皮； 2. 最小和最大角度时进行实物检定； 3. 皮带机架运动中实物检定；,检测结果,=

19、2时累计误差： 0.16% =14.5时累计误差： 0.08% 在最大和最小间运动时， 动态累计误差： 0.14%,移动式皮带秤应用案例,日照港移动式皮带秤,安装地点：日照港一公司5堆取料机 皮带宽度：B1800 mm 皮带速度：V4.3 m/s 额定流量：1500 t/h 试验方式：南非精矿粉装袋挂码 准确度及重复性误差：0.1% (固定角度挂码) 变角度时准确度误差：0.2% （取料机臂作50120三维运动）,日照港移动式皮带秤,2011年2月28日实物检定，移动式皮带 秤与A-3秤（阵列式皮带秤）、A-4秤（ 传统皮带秤）比对情况： A-4秤累计量：776.00t A-3秤累计量：801

20、.25t 移动式皮带秤累计量：802.92t 误差：+0.208%,防城港移动式皮带秤,安装地点：防城港煤中转码头1-5号堆取料机 皮带宽度：B1800 mm 皮带速度：V3.77 m/s 额定流量：5000 t/h 试验方式：皮带秤与装车楼料斗秤比较,防城港移动式皮带秤,日常使用情况,投入使用后，没有进行过专门的实物检定，完全由系统自校准； 日常使用中基本未进行人工“去皮”或其它 校准工作； 取料机使用操作与过去一样，无特定的操作和维护；,比对试验情况,本试验数据由用户根据交接班生产记录整理； 本记录根据皮带秤和装车楼料斗秤数据得到共有49列车装车数据； 剔除第一次因秤系数调整误差因素后，误

21、差绝对值的平均值：0.386% 其中：误差小于0.5%的占比75% 误差大于1%的2次、占比4%,互联网+皮带秤 皮带秤技术的最新发展,应用于皮带秤故障检测和售后服务的 基于物联网技术的 皮带秤远程专家系统,RTU,终端,皮带秤远程专家系统,皮带秤远程专家系统,由能实现串口数据与 IP 数据相互转换 的无线数据传输单元（DTU），通过无线 网络将用户皮带秤与公司总部中心服务器联系起来 ；,皮带秤远程专家系统,中心服务器可自动远程采集、记录、 比较用户皮带秤的数据：进行运行状态 分析、实现故障诊断和维修警示 ；,皮带秤远程专家系统,基本功能： 用户设备数据实时记录和传输 ； 用户设备故障诊断和报

22、警； 提供异地登录入口 ；,皮带秤远程专家系统 能为用户做什么？,一、为皮带秤实现高准确度提供技术支撑 通过大数据分析，可判断出皮带秤的误差趋势、大小并予以修正； 可确保用户皮带秤计量数据准确；,皮带秤远程专家系统,皮带秤远程专家系统,由于使用环境和皮带的磨损，皮带秤的误差会产生缓慢的变化，通常需要通过实物检定才能发现误差的变化趋势和大小； 专家系统通过对历史数据分析后，对误差的趋势和范围做出判断，并提出修正意见，实现误差变化趋势数据化,二、实现“挂码标定”取代“实物检定” 通过大数据分析，可分析皮带秤“挂码标 定”与“实物检定”的误差并修正； 彻底实现“挂码标定”取代“实物检定”,皮带秤远程

23、专家系统,三、实现皮带秤无人值守， 为用户实现无人操作提供技术支持；,皮带秤远程专家系统,四、 故障早期预警： 通过数据扫描、比对，发现故障先兆并 提出处理方案，实现故障早期预警、处理 ，确保用户皮带秤工作正常、计量准确；,皮带秤远程专家系统,五、防止人为作弊： 当发生恶意作弊时，远程专家系统通过 比较、分析，可及时发现作弊现象并发出 警报；,皮带秤远程专家系统,六、解决服务瓶颈、实现服务外包： 可提供如同家电售后服务一样方便、 快捷的服务外包； 用户无需配备维修人员和备件；,皮带秤远程专家系统,七、加强物流管理： 接入企业、集团内部网络，可实现物流 的计划、调度、统计适时管理；,皮带秤远程专

24、家系统,故障处理案例,国电江苏宿迁电厂进厂煤炭计量安装有两台皮带秤（1台数据为基准、另一台数据备份）； 2013年4月16日发生两台计量数据有 20t 的偏差；,经专家系统检查原始记录后发现： 2013年4月16日 5：10至6：10， 一台秤的累计值为21.860t；另一台秤的瞬时量正常、而累计值仅有1.590t， 两秤累计值相差20.2695t,经远程系统对该秤数据分析发现： 该秤设置为“远程标定”和“标定重量不进入 总累计”模式，6:00一操作工误触“标定”按钮 错误实施了“标定”操作，而此时皮带上有小流 量物料通过；故该时段的物料未计入累计值。 操作建议：取消“远程标定”模式操作,整个处理过程自收到用户通知起 二个小时,皮带秤综合试验平台“QPS皮带秤全性 能试验中心” ，是公司研究新