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一种解决电子皮带秤皮重跳变的新技术
本文针对计量皮带秤的皮重跳变对于电子皮带秤的计量精度的影响, 提出一种以分段去皮和基准点检测为核心的新方法解决由此带来的计量误差。
称量区
计量托辊
从动滚 主动滚
皮带接头
图1 计量示意图
传统的电子皮带秤皮重计算方式普遍采用运行一定周期后计算皮带每圈经过计量区域后的平均皮重。该方式获得的皮重值比较准确, 可是对皮带均匀性的要求较高, 不但对皮带在纵横两个方向的尺寸有一定的要求, 而且对皮带厚度的均匀性要求尤高。随着今年来国内企业生产线的多样化、 特殊化发展, 电子皮带秤计量皮带的选用在需求上也越来越多样化。这些皮带由于本身固有的特性, 无法保证其均匀性, 存在很多皮重与平均值差异较大的”跳变点”, 当这些跳变点进入计量区时, 极易发生计量误差问题。为了解决这一难题, 笔者从电子皮带秤的计量原理入手, 经过分析研究及实践的检验, 采用了分段去皮和基准点检测的性能调整技术, 有效的解决了这种皮带均匀性差异带来的计量误差。
分段去皮的原理
如图1所示, 当
计量区上有物料流过
时, 在称重装置上的
的重量传感器就受到
正比于负荷重量的力Fg, 经放大器信号放大, 输出电压信号P, 再经A/D转换成重量码Mp, 送入PC机运算; 同时装于输送机交流电动机的速度编码器发送出代表皮带速度的脉冲电压信号, 经计数器变为速度脉冲Mp( 对于某些计量称没有安装速度传感器, 速度值Mc为”参数设置”中的一个定值) 。Mp和Mc信号经流量运算得即时流量: q=Kn×Mp×Mc ( 式一)
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Kn为流量系数, 再经积分运算得到累计流量W=∫qdt ( 式二)
电子皮带秤计算Mp时是以采样到的重量信号值减去皮重值, 这个皮重值在软件算法中采用的为平均皮重, 即计算出皮带跑一圈或两圈时所采样到的重量值, 然后取平均值。
CPU采样到的重量码Mp的计算公式:
Mp=[KP/(Mg-M0)]×( Mp,-M0) ( 式三)
式中KP为重量系数; Mg为标定砝码折算到计量托辊上的等效重量码+皮重吗之和; Mp,为毛重码; M0为皮重码。
当皮带的均匀性比较差是, 皮带厚处的采样值较大, 减去皮重为平均皮重, 而皮带薄处的采样值较小, 减去平均皮重后很明显就与皮带厚处的计量值存在差异了。
如果将环形皮带进行均匀等分, 依次划分为第1段至第n段, 各段的长度很小, 能够近似认为很均匀, 这些各段处的皮重值全部被CPU采集到, 并在程序中进行记录保存。电子皮带秤进行动态计量时, 按照环形皮带的运行速度, 程序自动进行时间累加, 并寻找到实际经过物料时的分段i, 当第i段经过计量托辊时, 采集到的重量信号值减去该对应分段i处的实际皮重值从而得到实际物重, 这样得到的物重会非常接近真实值。这就是分段去皮的思想, 即利用传感器采样到的重量值减去刚好经过计量托辊时的这一小段皮重值, 只要这一段皮带划分的小段很小, 能够认为在这样一小段上皮带的厚度相差不大。
如图2, 假设采用的皮带长度约为6000毫米, 在满足CPU采样时间的要求下, 我们将皮带分为150段, 大概每段的长度在40毫米左右, 在此长度范围内, 皮带的均匀性差异很小, 能够认为是同样的厚度, 采样出每一个小段的皮重, 过实物时, 将CPU的采样重量码值减去该段处的皮重码值, 再计算累计值, 如式( 4)
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MP=[KP/(Mg-M0i)]×( MP,-M0i) ( 式四)
基准点检测
由式一、 式二可知, 电子皮带秤所计算的流量是一个速度和重量的积分, 因此采用上述的分段去皮技术对速度和环形皮带长度的准确度要求极高。可是由于存在皮带运转过程中的皮带打滑和皮带受热后的长度变化, 因此运行一段时间后随着误差的积累难免出现寻段不准确的问题。实际测试也证明, 刚进行去皮操作的电子皮带秤具有较高的精度, 可是随着时间的推移( -1小时后) , 精度会急剧下滑。
为了解决这一问题, 经过多方试验和探索, 笔者总结出在皮带内植入金属检测片作为皮带周长起始基准点并采用高性能接近开关感应此基点的方法较为适宜。当皮带运转时, 有金属片处的皮带经过接近开关下方, CPU采集到一个开关量信号, 并对皮带的起始点进行修正。
在实际应用时, 为了防止电气元器件损坏造成无法检测到皮带基准点造成的去皮重失败, 我们在程序中设置了原点检测报警, 并在去皮时同时记录各段皮重, 计算平均皮重, 如果原点无法检测到, 则在生产时应用平均皮重的方法计算物重, 做到了双重保障, 确保生产的顺利进行, 如图3、 图4所示。
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应用实践
分段去皮和基准点检测的方法经过实际测试表明, 达到了预期的目标。
我们选用了一组PE( 聚烯烃) 材质的皮带进行实验, 该皮带质地轻、 柔软、 易造型、 透光性好、 无毒, 燃烧后所产生的废物主要为水和二氧化碳, 在食品行业应用广泛, 但其缺点是: 耐候性差、 保温性差、 不易粘接。首先检测了该皮带的厚度差, 如表一。
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表一 PE带检测结果表
序号
厚度±
周长
周长差
厚度差/mm
1
√
√
√
---
2
√
√
√
---
3
√
√
√
---
4
√
√
√
---
5
√
√
√
---
从表一中能够看出, 该皮带在横向、 纵向上的厚度误差很小, , 实际过码我们首先使用的是未进行分段去皮的程序, 测量精度差强人意, 如表二。
表二 PE带首次检验数据表
次序
精度/%
次序
精度/%
第一次
第四次
第二次
第五次
第三次
对程序进行修改, 采用了分段去皮和基准点检测后, 再次进行过码检验, 精度明显提高, 如表三。
表三 PE分段去皮后检验数据表
次序
精度/%
次序
精度/%
第一次
第四次
第二次
第五次
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第三次
可见使用分段去皮的方法对于电子皮带秤的计量精度的提高有很大的帮助, %左右的精度, 图五为采用新方法前后的精度对比图。
1
2
3
4
5
图五 分段去皮后前后精度对比图
除了对PE皮带进行的多项测验, 在后续的实际生产中, 我们有分别对其它类型的皮带进行了现场测试, 一些厚度较大、 硬度较高的皮带运用分段去皮方法后精度也得到了提高。特别是我公司的超长异形秤所使用的大圆台皮带, 长度达到22米, 总厚度有6毫米左右, 使用分段去皮后计量效果非常明显。
结束语
随着近些年各种安全标准更高的皮带在国内各行业的应用日趋增多, 这些皮带类型多样, 材质各异, 粘结、 耐热性、 耐候性不尽相同, 有些均匀性较差。采用分段去皮和基准点检测的方法能够有效解决皮带的厚度不均带来的计量影响, 特别是在一些必须使用特殊计量皮带时起到了重要作用, 进一步扩宽了计量皮带选用的范围。
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