阵列式皮带秤技术课件

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（1－5％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）2FpSinMFpFp传感器受力（皮带张力）αα物料重力（误差端辊传感器M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α,导致2FP×sinα

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。皮带秤称量段U型皮带断面皮带效应之“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皮带速度信号额定流量10～12000t/h皮带宽度500～2400mm皮带速度0.5～6.0m/s实物检定误差≤±0.1﹪(检定）≤±0.2﹪(使用中）阵列单元数N=4～10（常用：8）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

OIMLR50；

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OIMLR50-2014

（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OIMLR50-2014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1V=2.2m/s试验载荷

T（kg）皮带秤示值

I（kg）给料流量（t/h）允许误差（kg）误差I-T相对误差

%相对误差之差%1228012281024022.890.040.02227072271224022.750.022228762287560022.8-100227922279360022.81032230922324110022.3140.060,012287122886110022.8150.07物料试验测试记录2V=1.54m/s试验载荷

T（kg）皮带秤示值

I（kg）给料流量（t/h）允许误差（kg）误差I-T相对误差

%相对误差之差%1226342263516822.6100.01226162261316822.6-3-0.012225192253042022.5110.050.01223402235442022.3140.063222532226477022.2110.050223722238477022.3120.05物料试验测试记录3V=0.88m/s试验载荷

T（kg）皮带秤示值

I（kg）给料流量（t/h）允许误差（kg）误差I-T相对误差

%相对误差之差%122704227239622.7190.08022990230099623.0190.082226392264424022.650.020226752268124022.660.023239402394944023.990.040.01243062431344024.370.03

阵列式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OIMLR50-2014（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OIML0.2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CN2.5）

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：重量信号、速度信号、温度信号；通过RS－485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；800×480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：RS－485、

RS－232、以太网，通讯协议：

标准MODBUS；

●可根据用户要求输出其它控制信号；

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”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NM2FpSinMFpFpαα2FpSinFpBBN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×H≈0.2P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：RS－485、RS－232、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:5~10%；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10－30％；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α发生变化时，称重传感器所受的载荷＝物料重力×cosα；cosα是非线性函数:在α=00附近处变化较小;α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，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﹣15～﹢100

任一倾角、

﹣15～﹢100

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额定流量10～12000t/h皮带宽度500～2400mm皮带速度0.5～6.0m/s实物检定误差≤±0.25﹪(检定）≤±0.5﹪(使用中）倾角变化范围﹣150～﹢100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——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

α=2°时累计误差：－0.16%

α=14.5°时累计误差：－0.08%

α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：B＝1800mm皮带速度：V＝4.3m/s额定流量：1500t/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＋50～－120三维运动）

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：776.00tA-3秤累计量：801.25t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：B＝1800mm皮带速度：V＝3.77m/s额定流量：5000t/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“