港口干散货码头电子皮带秤计量装置简析

GXF360 2019-09-13

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引言

目前港口干散货码头普遍使用的计量方式有两种：水尺计量和皮带秤计量。其中船舶水尺计量（公估法），因简单易行，一直被国内外沿用。但也由于其易受环境因素、船舶状况影响，误差较大和难以复现等原因，不适宜用在大宗散货计量及结算上。与水尺相比，电子皮带秤的优点是精度高、稳定性好，但是对设备安装及管理水平要求较高，多年来业主对电子皮带秤持不信任的态度，也使其的推广受到一定阻碍。本文对电子皮带秤计量的原理进行描述，并对其优缺点进行简要分析。

1 电子皮带秤计量

电子皮带秤计量，是通过安装于输送机架上的电子皮带秤实现的计量方式，计量托辊通过检测皮带机上经过的物料重量，通过计量托辊下安装的称重传感器产生一个电压信号，这个电压信号正比于皮带载荷，信号被送入称重仪表。同时皮带机速度信号也将由测速传感器测量，并被送入称重仪表，仪表将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计流量。

1.1 电子皮带秤的组成及结构

电子皮带秤由四部分组成，分别是：称重传感器、速度传感器、积算仪、承重装置。其中积算仪是是整个装置的核心，目前一般采用微控制器或PLC开发，它负责计算、控制、数据存贮、人机交互、通信等工作。承重装置一般由托辊、称架、力学传递结构组成，主要分为单杠杆式、双杠杆式、悬臂式、悬浮式。

图1 电子皮带秤的组成

1）称重传感器

称重传感器是一种测量转换装置，它可以将测得的被检测物的重量值转变为电信号，并可通过不同转换方式将电信号输出。转换方式共有以下几种：液压式、光电式、电容式、电磁力式、振动式、磁极变形式、电阻应变式、陀螺仪式等类型，其中电阻应变式重力传感器得到广泛使用。

2）速度传感器

随着北方大部及南方局部将在9月份迎来小麦种植季节，目前全国各地的秋季肥市场正在陆续推进，企业报价和相关优惠政策也已出台。受原料行情及供需方面等因素影响，今年市场上的秋季肥报价略微偏高，但也没有影响司尔特订货会上经销商、农户的订货热情。

当皮带速度变化超过0.2 %或皮带秤称量精度高于0.5 %时，通常釆用皮带速度传感器。目前，皮带测速器主要有磁阻脉冲式和光电脉冲式两种，其中光电脉冲式位移传感器的结构简单，可靠性高，输出脉冲的幅值恒定且与速度无关，测量精度最高。

3）积算仪

积算仪是是整个装置的核心，目前一般采用微控制器或PLC开发，它负责计算、控制、数据存贮、人机交互、通信等工作。

4）承重装置

采用SPSS22.0软件进行数据处理,计数资料以率 (%)表示,采用X2检验,P<0.05为差异有统计学意义。

承重装置由托辊、称架、力学传递结构组成，主要分为单杠杆式、双杠杆式、悬臂式及悬浮式。

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①单杠杆式承重装置

单杠杆式承重装置通过安装在一根杠杆上的一组或几组承重托辊测量压力变化来计算皮带秤的物料流量的装置。其原理是物料经过承重托辊时，根据经过和离开时的压力变化形成的等腰三角形曲线，根据其静态力平衡方程来计算皮带机的物料流量。该承重装置的特点是结构简单，安装方便，但是测量精度较低。

②双杠杆式承重装置

双杠杆式承重装置是由多组互相对称的两组杠杆所制成的多组承重托辊组成，由于其对称的杠杆结构，皮带机的水平分力对杠杆产生的力矩可以相互抵消，该结构的特点是受皮带张力、跑偏的影响小，称量长度长，称量精度高。

③悬臂式承重装置

悬臂式承重装置原理与单杠杆承重装置相似，但是它把整个皮带机作为杠杆，将秤架、杠杆与皮带机结合成一个整体，其优点是可以忽略皮带跑偏，皮带刚性变化，张力变化等有皮带引起的一系列问题，缺点是有皮带机动力部件的重力，下料时产生的冲击力，以及下料点的变化等对称重传感器影响会造成较大的误差。

④悬浮式承重装置

悬浮式承重装置的秤架与皮带机分离，称重传感器直接与皮带机连接。直接承载式承重装置在称架上只有一组托辊，但通常情况下使用一个称架上安装多组托辊的承重装置。由多组悬浮承重装置组成的阵列式电子皮带秤，适合运输皮带较长和皮带张力变化较大的情况下的物料流量检测，且检测精度较高。

不同形式的承重装置对皮带秤的精度影响不同，因此适用场合也不同。例如：单杠杆式、单托辊直接称重的悬浮秤精确度低，一般为1 %～3 %，结构比较简单，安装方便，适用于配料、过程监督。双杠杆、多托辊悬浮秤的精确度一般为0.5 %～1 %，其特点是称量长度较长、精确度高，受皮带张力和跑偏等因素的影响小，但是其秤架庞大，结构复杂，适用于物料粒度大或者给料不均匀场合的计量、贸易结算。悬臂秤的精度适中，一般为0.5 %～2 %，其主要特点是机构相对小巧，不受皮带张力、跑偏等因素的影响，称量精度较高，但是精确度会受到下料点位置变动的影响，适用于配料秤，或提高称量精度而设计的计算秤。

1.2 电子皮带秤存在的主要问题

由于外部环境影响，电子皮带秤在使用过程中容易出现以下问题：

在FLUDW的数据ETL抽取层中，设计了7个抽取器来实现相应的7个文件数据的抽取，再根据数据库模型中各关系表的依赖关系，确定各个抽取器的执行顺序，具体如表1。

1）精度问题：由于皮带张力、环境变化以及结构的形变，造成皮带秤称的动态称量误差。

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2）稳定性问题：测量精确度会随着皮带运行时间的增加而下降，因为皮带的性质和张力的变化、物料结块、零点漂移等因素都会随着皮带运行时间的增加而逐渐显现。

3）安装问题：安装过程的不精确、不规范也会影响皮带秤的精度。

4）校准问题：为了维持电子皮带秤长期稳定，校准是一种有效措施，但是目前的校准方式都比较复杂而且可靠度不高。

要尽量降低这些问题对称量结果造成的影响，除了选择合适的皮带秤和承重装置外，也需要对皮带秤的安装和维修时进行规范。

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1.3 电子皮带秤的安装

为保证皮带秤的精度，在安装过程中应该尽量符合以下要求：

1）皮带秤需要安装在皮带机的平直段（水平或者上升段），前后至少各2组托辊。

我国发展初期，林业资源总量比较丰富，北方森林覆盖率相当可观。为了促进国民经济水平的发展，发展林业资源已成为重要途径。随着更新造林的逐步利用，我国林业资源总量大幅度减少，主要分布在北方林区，林区总面积迅速减少。森林面积的减少破坏了我国北方原有的生态状况，对我国的进一步发展和建设产生了负面影响。目前，我国已逐渐认识到生态环境对未来发展的重要性，正在积极开展退耕还林工作。

电气工程需要完备的电气与建筑专业知识，如果施工人员的专业技术水平不高，施工过程中就会出现各种问题。在当前的电气施工中，很多施工人员都不是专业的技术院校毕业的学生，不具备专业的理论与技术知识。还有很多施工人员都是在施工过程中积累的经验，不能根据具体的问题采取专业的处理措施[2]。在这种情况下，电气工程的质量完全无法保证。同时，施工人员在施工时也缺乏最基本的责任心，对工作环节没有严格的计划与安排，各种疏忽、漏洞等问题都存在电气工程施工中。

2）距离下料点有足够的距离，确保物料到达影响计量区域前已经静止，与皮带没有相对运动。

3）在带槽角皮带的输送机上，必须确保皮带秤距离滚筒有足够的距离。

4）整个计量区域内，皮带必须压在托辊上。

1.4 电子皮带秤的标定方式

由于会受到震动，高温与低温，潮湿等现场条件的影响，称量结果会在一段时间内发生较大变动，因此，在使用中的电子皮带秤需要进行定期标定。常用的标定方式有三种：挂码标定、链码标定与实物标定。

（设计意图：“心理旋转”是人在头脑中运用表象对物体进行二维或三维旋转的想象过程，它是学生认知图形变换的短板。如果采用传统的教学语言进行交流，学生的“心理旋转”障碍难以逾越。通过实验物体的实际操作，学生建立“翻转”的动作感悟，有了实验的经验，认知自然得到螺旋提升。从平面抽象到立体的空间想象，从真实物体到类似物体，再从类似物体到抽象物体，逐步克服心理认知的瓶颈。此时，大脑对表象的加工操作，正是基于真实的物体翻转的正迁移。胚珠的翻转完全可以在学生头脑中复现，并且此时心理的复现已经不受任何感觉通道的束缚，所以实验操作很重要！）

1）挂码标定是在电子皮带秤容易接受力并传递力最敏感的部位安置或悬挂标准砝码的一种标定方式，其优点是简易，成本低，可以做到多点线性标定，其缺点是标定精度较低（约为±1.5 %），搬动砝码比较费力，因此，此方法一般用来辅助标定，或为新安装的皮带秤进行初步调试。

2）链码标定通过模拟电子皮带秤每米流过重量来进行标定的标定方法。其实施过程是通过在静止或运动的电子皮带秤称量段的皮带上放置链码标定装置，以进行静态或动态标定。这种标定方法根据运输物料流量的实际情况进行标定，所以精度较高（约为±0.5 %），其缺点是链码装置比较昂贵，且通用型不高。

从表4可以看出，在各因子对智慧城市建设满意度的影响效果中，由大到小依次是智慧城市感知价值、智慧城市感知质量、智慧城市预期、智慧城市发展水平、智慧城市市民抱怨。其中，智慧城市感知价值、智慧城市感知质量和智慧城市发展水平是影响智慧城市建设满意度的重要正面影响因素，而智慧城市市民抱怨和智慧城市预期是影响智慧城市建设满意度的重要负面影响因素。

3）实物标定也叫实物校验，这种标定方式是使用标准称对皮带运输机上所运载的物料进行称重，再把物料卸进料仓，在物料经过料仓出口时通过电子皮带秤称重。也可以先过电子皮带秤称重，再在标准称上称重。这种标定方式的特点是，其最接近于实际称重状态，相比其他几种标定方式，其精度最高（可优于±0.5 %），但是此方式对运量较大的带式输送机标定工作量巨大，需要设计大容量的事物校验装置。

电子皮带秤实物校验装置由称量斗、电阻应变式称重传感器、称重显示仪表、标准砝码及其控制执行机构和给料、卸料器等组成。

实物校验的料仓仓容，一般有两种计算方法：①根据《火力发电厂按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗的方法》的要求，实物校验时校验的煤量不小于输煤皮带运行时最大小时累计量的2 %。②在最大流量下皮带转动一圈获得的荷载。选择时根据实际情况选择较大的计算结果作为仓容，如果带式输送机的长度过长，也可以选择满足其中之一。