CN104121970B - 一种电子皮带秤的信号处理方法 - Google Patents

Abstract

一种电子皮带秤的信号处理方法，涉及电子皮带秤，解决传统皮带秤由皮带秤本体与演算器结构维修不便的问题，本皮带秤是采用现有的皮带秤本体，而信号处理采用PLC或DCS，信号处理的方法包含：测量安装有称重传感器的计量托辊的负荷率；测量载重皮带的速度；测量物料的实时流量值。PLC或DCS根据这三个测量值数据可以计算其它与称量有关的值。本发明适于目前市场供应的绝大多数电子皮带秤本体配套使用，增加了电子皮带秤使用的灵活性，也方便了维修。

Description

一种电子皮带秤的信号处理方法

技术领域

本发明涉及电子皮带秤，尤其是指一种电子皮带秤的信号处理方法。

背景技术

皮带秤是一种利用重力称重原理设计而成的一种连续物料流量计量设备，适用于建材、冶金、化工和粮食等行业作为粉状、颗粒状和小块料等非粘稠物料的计量和流量控制，具有可靠性高、适应范围广、安装高度要求低、可测流量范围大以及不需要专门给料设备的优点。

电子皮带秤的原理就是当被称量的物料通过皮带秤的称量段时，计量托棍上的称重传感器检测出其重量的大小(kg/m)，另外，安装在皮带上的速度检测器检测出皮带运转的线速度(m/s)，最后，将这两个信号送入演算器中相乘，即可计算出物料的瞬时流量(kg/s)及累计量。

图1为一种典型的现有电子皮带秤测量系统示意图。

如图1所示，现有的电子皮带秤测量系统包含皮带秤本体及演算器16，其中皮带秤本体包含：

秤体15，包括皮带与托辊151，秤体主杠杆和辅助杠杆以及安装支架等；图1中A，B为2个支点(分别设置在秤体主杠杆和辅助杠杆上)；C为检衡锤其作用是：电子皮带秤经实物链码标定后，在下次进行标定前，采用检衡锤替代实物链码进行相对的校验)；

称重传感器11，是物料重量的传感器，其是一种压力传感器，安装在秤体15的主要受力点上，其通过内部的电桥，产生一个代表载重皮带计量段受力大小的毫伏信号；

变换器12，与称重传感器11连接，将称重传感器11输出的代表所述皮带计量段受力大小的毫伏信号转变为代表皮带负荷的电流信号；

增幅器13(是一种信号放大器)，将变换器12输出的代表皮带负荷的电流信号增幅成为皮带负荷的测量值，本实施例皮带负荷的测量值为4～20mA；

速度发生器14，产生代表载重皮带速度的脉冲信号，其安装在秤体25中皮带尾轮或者回程皮带上，速度发生器是一个依据长度编码的编码器，其产生的脉冲宽度都相同，因此皮带运行一米产生的脉冲个数是固定的常数(皮带动长一定，其产生的脉冲数也就一定，为常数)，速度发生器24输出的是每秒产生的脉冲数，由于动长产生的脉冲数是已知的，因此可以计算出皮带的运转线速度；

演算器16，接收所述4～20mA信号及脉冲信号，经过演算器16计算得到被测物料的流量及累计量。

图1中皮带秤本体+演算器是目前大多数电子皮带秤系统的标准配置，一般都是由生产厂商统一设计、制造，配套供货。不同的皮带秤配置相应的演算器，就可以产生标准的流量信号及累积量信号，这样可以使最终用户不需要了解皮带秤的技术细节，就可以实现信号处理。演算器的型号有多种多样，分别和不同的皮带秤相对应，如日本久保田KDB75、KDB85、KDB90，大和的CFC-100、CFC-200等。不同厂商的产品，甚至同一厂商的不同型号都很难相互替代，这就为设备维护、备件采购、系统升级都带来了很大的麻烦。

而PLC(可编程逻辑控制器)或DCS(集散控制系统)作为生产现场的控制器已得到普遍使用。

在演算器中实现电子皮带秤的信号处理，采用的是一种软硬件相结合的方法，其中的软件被固化在ROM中，其算法是不公开的。如果要采用PLC或DCS来直接处理电子皮带秤的信号，就要充分考虑PLC或DCS的扫描周期、系统负荷、计算精度等特性，因此，必须开发一种新的信号处理方法，以适合PLC或DCS进行电子皮带秤的信号处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种既能满足实际需求，又能适合PLC或DCS进行处理的电子皮带秤的信号处理方法，以适用于各种类型的皮带秤。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电子皮带秤，其由皮带秤本体及与皮带秤本体连接的PLC或DCS组成，其中皮带秤本体包含：

秤体，包括皮带与托辊，秤体主杠杆和辅助杠杆以及安装支架；

称重传感器，是物料重量的传感器，其是一种压力传感器，安装在秤体的计量托辊上，输出代表载重皮带计量段受力大小的毫伏信号；

变换器，与所述称重传感器连接，将所述称重传感器输出的毫伏信号转变为代表所述皮带负荷的电流信号；

增幅器，是信号放大器，将所述变换器输出的电流信号增幅，成为皮带负荷测量值；

速度发生器，产生代表载重皮带速度的脉冲信号，其安装在秤体中皮带尾轮或者回程皮带上，是一个依据长度编码的编码器，其输出的是代表皮带的速度的每秒所产生的脉冲数；

所述PLC或DCS接收所述增幅器输出的电流信号及速度发生器输出的脉冲信号，经过PLC或DCS计算得到计量托辊的负荷率，皮带的速度以及物料的流量值。

所述增幅器输出的皮带负荷测量值为4～20mA。

所述的电子皮带秤的信号处理方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，测量安装有称重传感器的计量托辊的负荷率；

负荷率是计量托辊上的负荷相对于满量程的比值，其由公式(1)得到：

R＝R_i-K₀公式(1)

其中：

R：负荷率，单位为％；

R_i：负荷率测量值，单位为％，公式(2)

其中I_i是皮带负荷测量值，其由安装在计量托辊上的称重传感器测量得到代表皮带计量段受力大小的毫伏信号，再通过变换器转变为代表皮带负荷的电流信号，最后经增幅器增幅成电流信号；I_o是皮带负荷满量程；

K₀：零漂补偿系数，单位为％，是对称重传感器零点漂移进行补偿的系数，该零漂补偿系数是通过零点漂移校验过程得到该值；

S2，测量载重皮带的速度；

皮带速度的测量来自现场的速度发生器，其输出的是每秒产生的脉冲数，因此可以计算出皮带的运转线速度，其由公式(4)得到：

$S=\frac{P}{P_{max}}\×L$ 公式(4)

其中：

S：皮带速度，单位为m/s；

P：速度发生器每秒产生的脉冲数单位为1/s，其由PLC或者DCS采样得到；

P_max：每个动长产生的脉冲数，其是根据皮带运转一米产生的脉冲数计算出每个动长产生的脉冲个数，其为常数；

L：动长单位为m，动长就是称量长度，其物理含义是：物料通过皮带秤时，对称量产生等效影响的这一段皮带长度，皮带秤安装结构固定后动长就是一个常数；

S3，测量物料的实时流量值；

物料的实时流量值是指单位时间内经输送物料的重量；

实时流量值的计算由公式(5)得到：

$F=\frac{R\×100\%\×C\×S}{L}\×K_1$ 公式(5)

F：实时流量值，单位为kg/s；

R：负荷率，单位为％，由上述步骤S1得到；

C：动长皮带上负荷率R为100％时所代表的重量，其单位为kg,其为常数，设计时确定的；

S：皮带速度，单位为m/s，由上述步骤S2得到；

L：动长，单位m；

K₁：标定系数；是通过标定系数校验过程得到该值。

所述皮带负荷测量值I_i＝4～20mA。

所述皮带负荷满量程I_o＝20mA。

所述步骤S1中，所述零点漂移校验过程得到零漂补偿系数K₀的步骤如下：

S11，将皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S12，由PLC或DCS测量皮带运行整圈数N所需要的时间T，T大于200秒；

S13，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS6利用上述公式(2)：并按每1秒为周期，测量T个未经零漂补偿的负荷率测量值R₀，R₁，R₂，┅，R_T-1，再通过公式(3)由PLC或DCS计算得到零漂补偿系数K₀：

$K_0=\frac{\underset{i=0}{\overset{i=T-1}{\Σ}}{R}_i}{T}$ 公式(3)

其中i＝0，1，2，……，T-1。

所述步骤所述标定系数K₁是通过标定系数校验过程得到，该值标定系数用于消除测量回路的传递误差，称体、传感器、增幅器、速度发生器等会影响测量的精度，标定的过程就是要在标定时间内，测量这些误差因素的累计量，并通过标定系数K₁在实际的测量过程中将这些误差消除掉。具体的步骤包括：

所述步骤S3中，所述标定系数校验过程得到标定系数K₁的步骤如下：

S31，皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S32，由PLC或DCS测量皮带运行整圈数N所需要的时间T，T大于200秒；

S33，在计量皮带上放入链码，链码规格W_c，单位为kg/m，即每米的链码重为W_ckg；

S34，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS利用公式(6)计算标定系数K₁：

$K_1=\frac{L_e\×N\×W_c}{Q_1}$ 公式(6)

K₁：标定系数；

L_e：皮带全长(m)；

N：标定过程中，皮带运行的整圈数，其由PLC或者DCS测得；

W_c：每米的链码重，单位为kg/m；

Q₁：皮带运行T秒产生的链码量，其由PLC或者DCS测得。

本发明的有益效果：

本发明可以适用于目前市场供应的绝大多数电子皮带秤本体配套使用，如果加上调节装置还可以实现皮带秤自动定量给料控制(CFW)。

本发明的信号处理方法可以检测计量托辊的负荷率，皮带速度检测，测量物料的流量值，从而根据现有技术可以检测累计量等。

使用本发明，大大增加了系统使用的灵活性，可以根据工艺的实际需要很容易增加或修改皮带秤的各种功能。

使用本发明，会明显降低皮带秤系统的设备改造投资费用、安装调试费用、及维护检修的费用。

本发明的电子皮带秤适于各行业应用。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为现有电子皮带秤测量系统示意图；

图2为本发明采用的电子皮带秤测量系统示意图；

图3为一个三托辊皮带秤的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图2为本发明采用的电子皮带秤测量系统结构图，如图2所示本发明的电子皮带秤由皮带秤本体及与皮带秤本体连接的PLC或DCS组成，其中皮带秤本体包含：

秤体25，包括皮带与托辊251，秤体主杠杆和辅助杠杆以及安装支架等；

称重传感器21，是物料重量的传感器，其是一种压力传感器，安装在秤体25的主要受力点上(皮带与托辊251中的计量托辊上)，如图3所示，皮带与托辊251的结构为三托辊皮带秤时，中间一个托辊为计量托辊31，称重传感器21通过内部的电桥，产生一个代表皮带计量段受力大小的毫伏信号；

变换器22，与称重传感器21连接，将称重传感器21输出的代表皮带计量段受力大小的毫伏信号转变为代表皮带负荷的电流信号；

增幅器23，是一种信号放大器，将变换器22输出的代表皮带负荷的电流信号增幅到4～20mA；

速度发生器24，产生代表载重皮带(如图3所示的皮带34)速度的脉冲信号，其安装在秤体25中皮带尾轮或者回程皮带上，速度发生器是一个依据长度编码的编码器，其产生的脉冲宽度都相同，因此皮带运行一米产生的脉冲个数是固定的常数(皮带动长一定，其产生的脉冲数也就一定，为常数)，速度发生器24输出的是每秒产生的脉冲数，由于动长产生的脉冲数是已知的，因此可以计算出皮带的运转线速度；

所述PLC(可编程逻辑控制器)或DCS(集散控制系统)26接收所述增幅器23输出的4～20mA信号及速度发生器24输出的脉冲信号，经过PLC或DCS26计算得到计量托辊的负荷率，皮带的速度以及物料的流量值。

电子皮带秤测量的主要数据是：负荷率、皮带速度及物料流量值，其它如各种报警值、流量累积值则都是由这三个数据计算得到的。因此本发明的电子皮带秤的信号处理方法主要是测量负荷率、皮带速度及物料流量值。

本发明上述结构的电子皮带秤的信号处理方法包含以下流程：

S1，测量安装有称重传感器的计量托辊的负荷率；

负荷率是计量托辊上的负荷相对于满量程的比值，其由公式(1)得到：

R＝R_i-K₀公式(1)

其中：

R：负荷率(％)；

R_i：负荷率测量值(％)，公式(2)

其中I_i是皮带负荷测量值，由安装在计量托辊上的称重传感器21测量得到皮带计量段受力大小的信号，通过皮带秤本体中的电桥转化为毫伏信号，再通过变换器22转变为代表皮带负荷的电流信号，最后经增幅器23增幅成电流信号，本实施例I_i＝4～20mA；I_o是皮带负荷满量程，本实施例I_o＝20mA；

K₀：零漂补偿系数(％)，由于称重传感器零点漂移的存在，对皮带秤负荷率的零点需进行系数补偿，该零漂补偿系数是通过零点漂移校验过程得到该值；

零点漂移校验过程如下：

皮带的零点可分为动态零点和静态零点，静态零点主要用于去除皮带的初始载荷，也就是去皮。静态零点一般在皮带安装时进行补偿，正常情况下不需要进行调整。上述零漂补偿系数K₀是指对动态零点进行补偿的系数，所述零点漂移校验过程得到零漂补偿系数K₀的步骤如下：

S11，将皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S12，由PLC或DCS26测量皮带运行整圈数N所需要的时间T(T必须大于200秒)，运行整圈数是为了减少由于皮带重量不均匀造成的影响；

S13，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS26利用上述公式(2)并按每1秒为周期，测量T个未经零漂补偿的负荷率测量值R₀，R₁，R₂，┅，R_T-1，即其中i＝0，1，2，……，T-1，再通过公式(3)由PLC或DCS26计算得到零漂补偿系数K₀：

$K_0=\frac{\underset{i=0}{\overset{i=T-1}{\Σ}}{R}_i}{T}$ 公式(3)。

S2，测量载重皮带的速度；

载重皮带速度的测量来自现场的速度发生器，其输出的是每秒产生的脉冲数，因此可以计算出皮带的运转线速度，其由公式(4)得到：

$S=\frac{P}{P_{max}}\×L$ 公式(4)

其中：

S：皮带速度(m/s)；

P：速度发生器每秒产生的脉冲数(1/s)，其由PLC或者DCS采样得到；

P_max：每个动长产生的脉冲数，其是根据皮带运转一米产生的脉冲数可以计算出每个动长产生的脉冲个数，其为常数；

L：动长(m)，动长就是称量长度，其物理含义是：物料通过皮带秤时，对称量产生等效影响的这一段皮带长度。相当于物料在该段长度的区域时，其重量全部传递给了称重传感器(及支点)；而当物料在该段长度的区域之外时，称重传感器(及支点)未受物料的重力作用。图3所示的三托辊皮带秤，动长是计量托辊到前后托辊32,33的一半距离之和，即(1/2)L+(1/2)L＝L；对于单托辊皮带秤，其称量长度为前后两托辊距离的一半，因此，动长L和皮带秤安装的物理结构有关,皮带秤安装结构固定后动长就是一个常数。

S3，测量物料的实时流量值；

物料的实时流量值是指单位时间内经输送物料的重量。

实时流量值的计算由公式(5)得到：

$F=\frac{R\×100\%\×C\×S}{L}\×K_1$ 公式(5)

F：实时流量值(kg/s)；

R：负荷率(％)，由上述步骤S1得到；

C：动长皮带上负荷率R为100％时所代表的重量(kg),其为常数，设计时确定的；

S：皮带速度(m/s)，由上述步骤S2得到；

L：动长(m)；

K₁：标定系数；是通过标定系数校验过程得到该值。

标定系数用于消除测量回路的传递误差，称体、传感器、增幅器、速度发生器等会影响测量的精度，标定的过程就是要在标定时间内，测量这些误差因素的累计量，并通过标定系数K₁在实际的测量过程中将这些误差消除掉。具体的步骤包括：

S31，皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S32，由PLC或DCS26测量皮带运行整圈数N所需要的时间T(T必须大于200秒)，运行整圈数是为了减少由于皮带重量不均匀造成的影响；

S33，在计量皮带上放入链码，链码规格W_c(kg/m)，即每米的链码重W_c(kg)；

SS34，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS26利用公式(6)计算标定系数K₁：

$K_1=\frac{L_e\×N\×W_c}{Q_1}$ 公式(6)

K₁：标定系数；

L_e：皮带全长(m)；

N：标定过程中，皮带运行的整圈数，其由PLC或者DCS测得；

W_c：每米的链码重(kg/m)；

Q₁：皮带运行T秒产生的链码量，其由PLC或者DCS测得。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种电子皮带秤的信号处理方法，所述电子皮带秤由皮带秤本体及与皮带秤本体连接的PLC或DCS组成，其中皮带秤本体包含：

秤体，包括皮带与托辊，秤体主杠杆和辅助杠杆以及安装支架；

称重传感器，是物料重量的传感器，其是一种压力传感器，安装在秤体的计量托辊上，输出代表载重皮带计量段受力大小的毫伏信号；

变换器，与所述称重传感器连接，将所述称重传感器输出的毫伏信号转变为代表所述皮带负荷的电流信号；

增幅器，是信号放大器，将所述变换器输出的电流信号增幅，成为皮带负荷测量值；

速度发生器，产生代表载重皮带速度的脉冲信号，其安装在秤体中皮带尾轮或者回程皮带上，是一个依据长度编码的编码器，其输出的是代表皮带的速度的每秒所产生的脉冲数；

所述PLC或DCS接收所述增幅器输出的电流信号及速度发生器输出的脉冲信号，经过PLC或DCS计算得到计量托辊的负荷率，皮带的速度以及物料的流量值；

其特征在于所述信号处理方法包含以下步骤：

S1，测量安装有称重传感器的计量托辊的负荷率；

负荷率是计量托辊上的负荷相对于满量程的比值，其由公式(1)得到：

R＝R_i-K₀公式(1)

其中：

R：负荷率，单位为％；

R_i：负荷率测量值，单位为％，

其中I_i是皮带负荷测量值，其由安装在计量托辊上的称重传感器测量得到代表皮带计量段受力大小的毫伏信号，再通过变换器转变为代表皮带负荷的电流信号，最后经增幅器增幅成电流信号；I_o是皮带负荷满量程；

K₀：零漂补偿系数，单位为％，是对称重传感器零点漂移进行补偿的系数，该零漂补偿系数是通过零点漂移校验过程得到该值；

S2，测量载重皮带的速度；

皮带速度的测量来自现场的速度发生器，其输出的是每秒产生的脉冲数，因此可以计算出皮带的运转线速度，其由公式(4)得到：

其中：

S：皮带速度，单位为m/s；

P：速度发生器每秒产生的脉冲数单位为1/s，其由PLC或者DCS采样得到；

P_max：每个动长产生的脉冲数，其是根据皮带运转一米产生的脉冲数计算出每个动长产生的脉冲个数，其为常数；

L：动长单位为m，动长就是称量长度，其物理含义是：物料通过皮带秤时，对称量产生等效影响的这一段皮带长度，皮带秤安装结构固定后动长就是一个常数；

S3，测量物料的实时流量值；

物料的实时流量值是指单位时间内经输送物料的重量；

实时流量值的计算由公式(5)得到：

F：实时流量值，单位为kg/s；

R：负荷率，单位为％，由上述步骤S1得到；

C：动长皮带上负荷率R为100％时所代表的重量，其单位为kg,其为常数，设计时确定的；

S：皮带速度，单位为m/s，由上述步骤S2得到；

L：动长，单位m；

K₁：标定系数；是通过标定系数校验过程得到该值。

2.如权利要求1所述的电子皮带秤的信号处理方法，其特征在于：

所述皮带负荷测量值I_i＝4～20mA。

3.如权利要求1所述的电子皮带秤的信号处理方法，其特征在于：

所述皮带负荷满量程I_o＝20mA。

4.如权利要求1所述的电子皮带秤的信号处理方法，其特征在于：

所述步骤S1中，所述零点漂移校验过程得到零漂补偿系数K₀的步骤如下：

S11，将皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S12，由PLC或DCS测量皮带运行整圈数N所需要的时间T，T大于200秒；

S13，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS6利用上述公式(2)：并按每1秒为周期，测量T个未经零漂补偿的负荷率测量值R₀，R₁，R₂，┅，R_T-1，再通过公式(3)由PLC或DCS计算得到零漂补偿系数K₀：

其中i＝0，1，2，……，T-1。

5.如权利要求1所述的电子皮带秤的信号处理方法，其特征在于：

所述步骤所述标定系数K₁是通过标定系数校验过程得到，该值标定系数用于消除测量回路的传递误差，称体、传感器、增幅器、速度发生器会影响测量的精度，标定的过程就是要在标定时间内，测量这些误差因素的累计量，并通过标定系数K₁在实际的测量过程中将这些误差消除掉，具体的步骤包括：

所述步骤S3中，所述标定系数校验过程得到标定系数K₁的步骤如下：

S31，皮带在无负荷的情况下稳定运行3分钟以上；

S32，由PLC或DCS测量皮带运行整圈数N所需要的时间T，T大于200秒；

S33，在计量皮带上放入链码，链码规格W_c，单位为kg/m，即每米的链码重为W_ckg；

S34，皮带再无负载运行T秒，由PLC或DCS利用公式(6)计算标定系数K₁：

K₁：标定系数；

L_e：皮带全长(m)；

N：标定过程中，皮带运行的整圈数，其由PLC或者DCS测得；

W_c：每米的链码重，单位为kg/m；

Q₁：皮带运行T秒产生的链码量，其由PLC或者DCS测得。