CN104019880B - 一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统。本发明包括安装在皮带机上的主、副皮带秤，主、副皮带秤上均装有压力传感器，副皮带秤上装有砝码叠加部件，包括叠加砝码及其电机；压力和速度传感器经PLC将皮带秤计量值信号传送到工控机，工控机处理后再传送信号至远程Web服务器中，三个摄像头对整个校准过程进行远程在线监控，Web服务器与PC机连接；PC机发送校准控制信号依次经Web服务器、工控机和PLC后传送到电机执行校准动作。本发明适合于远程控制，皮带秤校准效率高，可实现在线自动控制。通过本地摄像头和皮带秤校准装置中的工控机发送控制命令，创建的数据库可查询历史校准结果，也可实现对校准误差的溯源。

Description

一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统

技术领域

本发明涉及一种物料计量系统，尤其是涉及一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统。

背景技术

我国主要使用的能源以煤炭为主。根据统计数据显示，我国一次性能源消费量已超过40亿吨标准煤，其中煤炭为35亿吨，其占能源消费的比例为74.7%。根据煤炭运输方式的不同，煤炭计量方法分为海运方式的水尺计量、铁运方式的轨道衡计量、汽运方式的地磅计量和皮带输送方式的电子皮带秤计量。其中由于皮带秤计量方法可实现煤炭在线计量并且具有较高的计量精度和效率，它普遍应用于各种煤炭用能企业。

电子皮带秤作为一种在皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的计量设备。它的计量精度不仅与产品本身、安装位置和安装质量有关，还与周期性的校准密切相关。根据国家相关检定规程要求，为了判断使用中皮带秤的技术指标是否符合计量要求，需要对皮带秤进行校验。

皮带秤的校验试验包括物料试验和模拟试验两种。目前，国内最常用的皮带秤校准方法为循环链码法。循环链码校验法属于模拟试验，其优点在于它是各种模拟校验方法中模拟实际物料程度最高的一种。但其无法对皮带秤的实时在线校准，并且其校准效率和校准精度不高，更无法达到物料试验时皮带秤校准的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统。本发明可以有效节约企业的皮带秤使用中校准成本和减小煤炭用能企业由计量误差所带来的贸易结算经济损失。对于能源管理和法定检定部门而言，此远程校准系统可实现对煤炭能源数据的实时监管。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括皮带机、称量料斗和安装在加料阀门上端的物料叠加部件，称量料斗上装有四个用于皮带秤误差溯源的可升降砝码，皮带机头部端上装有用于测试皮带速度的速度传感器，称量料斗四角上分别装有用于测量料斗内物料重量的称量料斗压力传感器；

包括主皮带秤、副皮带秤和三个远程监控摄像头，主皮带秤和副皮带秤分别安装在靠近皮带机头部、尾部的对称位置上，主、副皮带秤的皮带秤秤架上均装有用于测量流过皮带秤物料累计量的皮带秤压力传感器，副皮带秤上装有砝码叠加部件，砝码叠加部件包括用于模拟真实物料流过皮带秤压力传感器时所受到压力值的叠加砝码和叠加砝码升降电机；主、副皮带秤上的皮带秤压力传感器、皮带机上的速度传感器，称量料斗压力传感器分别与PLC连接，将皮带秤计量值信号实时传送到PLC，PLC再将皮带秤计量值信号传送到工控机，工控机对皮带秤计量值信号进行处理得到流过主、副皮带秤（10、11）的物料重量值，最终传送信号到远程的Web服务器中；三个远程监控摄像头分别安装于称量料斗、物料叠加部件和副皮带秤处进行监控，三个远程监控摄像头将监控录像传送到远程的Web服务器，远程的Web服务器与PC机连接；PC机发送校准控制信号到远程的Web服务器，远程Web服务器将校准控制信号传送到工控机，然后经PLC传送到皮带机、称量料斗、加料阀门和砝码叠加部件的各个电机执行相应校准动作。

所述的叠加砝码安装在副皮带秤靠近皮带秤压力传感器一侧的皮带秤秤架上，叠加砝码两侧下端均装有叠加砝码升降电机。

所述的三个远程监控摄像头分别为用于监控称量料斗上四个可升降砝码的升降动作状况的第一摄像头、用于监控物料叠加部件加料状况的第二摄像头和用于监控副皮带秤上的叠加砝码升降状况的第三摄像头。

所述的校准控制信号包括用于控制砝码叠加部件和可升降砝码的升降动作控制信号，用于控制物料叠加部件的加料阀门和称量料斗放料门的开关控制信号和用于控制皮带机运行的开关控制信号。

所述的远程监控摄像头采用点阵式红外摄像机，扫描频率达到50HZ。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明可实现皮带秤的在线计量，克服了现有常用循环链码皮带秤校准法无法在线校准的缺点。

2、本发明所提出的校准系统可实现远程校准并出具校准证书。

3、本发明可实现计量数据的实时远传。

4、本发明的校准过程中校准误差可控制在0.5%~0.1%之内。

附图说明

图1是本发明系统信号远程传输框图。

图2是本发明系统的本地校准装置控制信号示意图。

图3是本发明系统的皮带秤的结构示意图。

图4是本发明系统的叠加砝码结构示意图。

图5是采用本发明系统皮带秤远程校准各部件控制流程图。

图中：1、控制终端，2、PC机，3、称量料斗放料门电机、4、称量料斗砝码升降电机，5、加料阀门控制电机，6、叠加砝码升降电机，7、皮带机步进电机，8、称量料斗压力传感器，9、速度传感器，10、主皮带秤，11、副皮带秤，12、皮带秤秤架，13、计量托辊，14、叠加砝码，15、皮带秤压力传感器，16、称量料斗，17、皮带机，18、配重块，19、配重轴，20、V形凹槽，21、物料叠加部件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，本发明系统包括皮带机17、称量料斗16和安装在加料阀门上端的物料叠加部件21，称量料斗16上装有四个用于皮带秤误差溯源的可升降砝码，皮带机头部端上装有用于测试皮带速度的速度传感器9，称量料斗16四角上分别装有用于测量料斗内物料重量的称量料斗压力传感器8，

如图2所示，包括主皮带秤10、副皮带秤11和三个远程监控摄像头，主皮带秤10和副皮带秤11分别安装在靠近皮带机17头部、尾部的对称位置上，主皮带秤秤架和副皮带秤秤架安装在皮带机裙边皮带内侧对称位置，主、副皮带秤的皮带秤秤架12上均装有用于测量流过皮带秤物料累计量的皮带秤压力传感器15，主、副皮带秤的基本结构均相同，不同的是副皮带秤11上装有砝码叠加部件，砝码叠加部件包括用于模拟真实物料流过皮带秤压力传感器15时所受到压力值的叠加砝码14和叠加砝码升降电机6。

如图1、图2所示，主、副皮带秤上的皮带秤压力传感器15、皮带机上的速度传感器9，称量料斗压力传感器8分别与PLC连接，将皮带秤计量值信号实时传送到PLC，PLC再将皮带秤计量值信号传送到工控机，工控机对皮带秤计量值信号进行处理得到流过主、副皮带秤10、11的物料重量值，最终传送信号到远程的Web服务器中，由PLC、工控机和Web服务器组成控制终端1；三个远程监控摄像头分别安装于称量料斗16、物料叠加部件21和副皮带秤11处，并对称量料斗、物料叠加部件和叠加砝码各个动作进行监控，三个远程监控摄像头将监控录像传送到远程的Web服务器，远程的Web服务器与远程的PC机2连接；远程的PC机2发送校准控制信号到远程的Web服务器，远程Web服务器将校准控制信号传送到工控机，然后经PLC传送到皮带机17、称量料斗16、加料阀门和砝码叠加部件的各个电机（各个电机包括称量料斗放料门控制电机3、称量料斗砝码升降电机4、加料阀门控制电机5、叠加砝码升降电机6和皮带机步进电机7）执行相应校准动作。

如图3所示，叠加砝码14安装在副皮带秤11靠近皮带秤压力传感器15一侧的皮带秤秤架12上，叠加砝码14两侧下端均装有用于驱动叠加砝码3升降的叠加砝码升降电机6。

所述的三个远程监控摄像头分别为用于监控称量料斗16上四个可升降砝码的升降动作状况的第一摄像头、用于监控物料叠加部件21加料状况的第二摄像头和用于监控副皮带秤上的叠加砝码14升降状况的第三摄像头。

所述的校准控制信号包括用于控制砝码叠加部件和可升降砝码的升降动作控制信号，用于控制物料叠加部件21的加料阀门和称量料斗16的放料门的开关控制信号和用于控制皮带机运行的开关控制信号。

远程监控摄像头可采用点阵式红外摄像机，扫描频率达到50HZ。

首先将监控摄像头和控制PLC的工控机接入Web服务器，通过控制摄像头和工控机实现对皮带秤校准装置的在线监测和皮带秤远程校准。在进行远程校准开始前，需要先对主副皮带秤进行双秤比对校准。PC机经Web服务器和工控机对PLC发送校准控制信号并将校准控制信号保存到工控机中的校准结果数据库。校准结果数据库存储有皮带秤的基本计量信息，包括型号类型、出产厂家、精度等级、流量范围等。完成远程校准后，主副皮带秤的累计值和校准误差自动存储到校准结果数据库中，校准结果数据库只可进行读取操作而无法写入和修改校准数据。当需要出具校准证书时，Web服务器从位于工控机中的校准结果数据库里导出所需的校准结果到远程PC机的校准证书模板中，最终通过打印机打印校准证书。

校准过程中需要对称量料斗放料门的开合度、皮带机的开关、物料叠加部件的开停和砝码叠加部件的升降动作进行控制。通过完成以上部件的动作，实现皮带秤远程校准。

当PLC接收到经工控机传输来的控制信号后，然后控制各部件电机进行相应动作。通过调整现场摄像头的监控角度可远程实时地对校准现场的计量设备（计量设备包括皮带机、称量料斗、加料装置以及主、副皮带秤）运行状况进行监测。同时将皮带秤累计流量、称量料斗余料量和皮带机的速度等实时传输到Web服务器中。

如图3所示皮带秤结构图，皮带秤秤架上装有计量托辊13，叠加砝码升降电机6可准确快速对叠加砝码14进行动作控制，当砝码提升到位后接收到反馈信号，确认砝码提升完成。其中皮带秤秤架12的特点在于只需叠加单个叠加砝码14，这就保证了砝码提升远程控制中的准确度，叠加砝码14位于靠近皮带秤压力传感器15一侧。

本发明系统可采用增量叠加的皮带秤校准方法。根据理论叠加物料性质的不同，增量叠加法又分为砝码叠加法和物料叠加法。其中砝码叠加法采用砝码来模拟物料叠加在皮带机上的载荷，而物料叠加法则使用工况实际物料最为理论叠加的物料值。在进行增量叠加校准试验前需要对主副皮带秤进行双秤比对实验。校准系统中称量料斗的作用为通过四个标准的砝码对增量叠加校准误差进行溯源。

本发明可以对皮带秤进行在线校准，校准误差满足0.5级皮带秤检定要求并且校准效率较高。其中基于物料叠加法所需叠加的理论物料为实际工况物料，而采用模拟物料（砝码）作为理论叠加的物料。

本发明的具体实施工作过程如下：

本发明采用增量砝码叠加的方式实现对皮带秤的校准，增量砝码叠加校准试验需要在皮带输送机靠近头部和尾部位置分别安装两台计量精度相同的电子皮带秤（即主皮带秤和副皮带秤），并且在校准过程中主副皮带秤应具有相同的计量环境（皮带张力、温度、湿度）。在副皮带秤靠近皮带秤压力传感器一侧的皮带秤秤架上方安装有砝码叠加部件和所需叠加的标准重量砝码。

如图4所示，叠加砝码的配重块18形状采用正方体结构，配重块18上部圆柱型结构的配重轴19用于安装在皮带秤秤架两侧的直流驱动电机对叠加砝码进行升降时进行支撑配重块动作，配重轴19上有四个位置对称的V形凹槽20，当两侧的叠加砝码升降电机对叠加砝码进行升降操作时，最外侧两端的V形凹槽20可使叠加砝码升降电机推杆的推杆稳定完成动作。当叠加砝码重量需要增加时，配重轴19两端内侧的V形凹槽20用于悬挂需要增加的砝码。

在进行校准试验前需要对主副皮带秤进行双秤比对实验。双秤比对实验的原理是以主皮带秤为基准通过调整副皮带秤的修正系数使两台秤的计量误差保持一致。双秤比对实验必须在完成主副皮带秤调皮后进行，在经过皮带秤调皮和双秤比对后，可认为此时主副皮带秤具有相同的误差条件和计量精度。

在增量叠加校准实验开始前，需要将叠加的砝码通过升降装置放到副皮带秤架上面或者将称量好额定质量的工况物料放入主副皮带秤中间的小料斗中去，然后再开始增量叠加校准试验，具体校准流程如图5所示。

三个监控摄像头的焦距为6mm，监测最大角度为50°，监控最大距离为15m且摄像头的分辨率为700线。监控中可清楚观测到叠加砝码升降部件、称量料斗放料门的开合动作、称量料斗16上四个标准砝码的升降动作和物料流过皮带的均匀程度等状况。

PLC用于控制各部件电机进行相应动作。在叠加砝码升降电机、称量料斗放料电机和称量料斗标准砝码升降电机的动作前部设定的距离上均装有限位开关，当各部件运动到达设定位置后触发限位开关将信号反馈给PLC进行操作。皮带机的速度传感器信号、主副皮带秤的压力传感器信号直接进入到工控机中的智能积算器中进行处理，处理后的信号在经工控机传送至Web服务器，最终在远程PC机中显示，称量料斗压力传感器的信号进过工控处理后直接传送至Web服务器，再有Web服务器进入远程PC机中。

本发明是一种适合于远程控制的叠加砝码结构系统，皮带秤校准效率高，校准过程可实现在线自动控制，这对实现皮带秤校准的远程控制十分重要。

而远程校准实现方式为开发的Web服务器同时与本地摄像头和皮带秤校准装置中的工控机进行交互式通讯。通过向PLC发送命令并控制其进行参数设置、驱动各部件电机、数据采集和传输等操作，同时创建的数据库可直接查询本地工控机中的历史校准结果。本发明系统也可以通过称量料斗的四个标准砝码实现对校准误差溯源。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统，包括皮带机（17）、称量料斗（16）和安装在加料阀门上端的物料叠加部件（21），称量料斗（16）上装有四个用于皮带秤误差溯源的可升降砝码，皮带机头部端上装有用于测试皮带速度的速度传感器（9），称量料斗（16）四角上分别装有用于测量料斗内物料重量的称量料斗压力传感器（8），其特征在于：

包括主皮带秤（10）、副皮带秤（11）和三个远程监控摄像头，主皮带秤（10）和副皮带秤（11）分别安装在靠近皮带机（17）头部、尾部的对称位置上，主、副皮带秤的皮带秤秤架（12）上均装有用于测量流过皮带秤物料累计量的皮带秤压力传感器（15），副皮带秤（11）上装有砝码叠加部件，砝码叠加部件包括用于模拟真实物料流过皮带秤压力传感器（15）时所受到压力值的叠加砝码（14）和叠加砝码升降电机（6）；

主、副皮带秤上的皮带秤压力传感器（15）、皮带机上的速度传感器（9），称量料斗压力传感器（8）分别与PLC连接，将皮带秤计量值信号实时传送到PLC，PLC再将皮带秤计量值信号传送到工控机，工控机对皮带秤计量值信号进行处理得到流过主、副皮带秤（10、11）的物料重量值，最终传送信号到远程的Web服务器中；

三个远程监控摄像头分别安装于称量料斗（16）、物料叠加部件（21）和副皮带秤（11）处进行监控，三个远程监控摄像头将监控录像传送到远程的Web服务器，远程的Web服务器与PC机连接；PC机发送校准控制信号到远程的Web服务器，远程Web服务器将校准控制信号传送到工控机，然后经PLC传送到皮带机（17）、称量料斗（16）、加料阀门和砝码叠加部件的各个电机执行相应校准动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统，其特征在于：所述的叠加砝码（14）安装在副皮带秤（11）靠近皮带秤压力传感器（15）一侧的皮带秤秤架（12）上，叠加砝码（14）两侧下端均装有叠加砝码升降电机（6）。

3.根据权利要求1所述的一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统，其特征在于：所述的三个远程监控摄像头分别为用于监控称量料斗（16）上四个可升降砝码的升降动作状况的第一摄像头、用于监控物料叠加部件（21）加料状况的第二摄像头和用于监控副皮带秤上的叠加砝码（14）升降状况的第三摄像头。

4.根据权利要求1所述的一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统，其特征在于：所述的校准控制信号包括用于控制砝码叠加部件和可升降砝码的升降动作控制信号，用于控制物料叠加部件（21）的加料阀门和称量料斗放料门的第一开关控制信号和用于控制皮带机运行的第二开关控制信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于增量砝码叠加的皮带秤远程校准系统，其特征在于：所述的远程监控摄像头采用点阵式红外摄像机，扫描频率达到50HZ。