王 越

（河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

皮帶秤計(jì)量的線性系統(tǒng)變化受皮帶張力和皮帶傾角兩方面影響。其中環(huán)境溫度、濕度、皮帶更換、滾筒更換、流量大小等都是導(dǎo)致皮帶張力變化的因素。秦皇島港股份有限公司現(xiàn)場(chǎng)的皮帶秤在皮帶張力方面的補(bǔ)償?shù)孛嫫С雍腿×蠙C(jī)皮帶秤是一致的，但是取料機(jī)較地面皮帶除了受皮帶張力的影響之外還受皮帶傾角的影響。懸臂式取料機(jī)作業(yè)需要大臂俯仰角度經(jīng)常變化，并且懸臂取料機(jī)本身具有振動(dòng)大的特性也影響著角度的時(shí)刻變化。本文研究設(shè)計(jì)出一套穩(wěn)定又實(shí)用的補(bǔ)償方法來修復(fù)皮帶秤計(jì)量線性變化，提高皮帶秤精度。

1 原有角度補(bǔ)償?shù)牟贿m應(yīng)性

取料機(jī)皮帶秤現(xiàn)有的角度補(bǔ)償措施有現(xiàn)場(chǎng)安裝角度補(bǔ)償器和設(shè)置自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤功能。原有的拉姆齊角度補(bǔ)償器在使用過程中反應(yīng)效果不佳，穩(wěn)定性較差，影響皮帶秤計(jì)量精度。且對(duì)于稱量精度高的皮帶秤，傾角最好不要超過5°，但是懸臂取料機(jī)的俯仰角度范圍為-11.5°～+10°，即原有皮帶秤角度補(bǔ)償器無法滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要。

拉姆齊皮帶秤本身具有的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤，但是在實(shí)際操作中這種功能很難實(shí)現(xiàn)，在疏港緊張的生產(chǎn)形式下達(dá)不到每次換層都進(jìn)行空轉(zhuǎn)調(diào)零的條件；每次調(diào)零至少需要83 s，需要耗費(fèi)大量電能，與公司的節(jié)能指標(biāo)要求不相符等種種因素制約著自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)。這就需要采取一種新型的可以代替自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤功能且不影響生產(chǎn)、節(jié)能等因素的方法來提高皮帶秤的計(jì)量精度。

2 理論計(jì)算變角度皮帶秤誤差值

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知取料機(jī)取料時(shí)大致分為3 層，第1 層為取垛頂，其操作量約占整個(gè)煤垛的15%；第2 層取垛中，其操作量約占整個(gè)煤垛的35%；第3 層取垛底，其操作量占整個(gè)煤垛的50%。第1 層取料俯仰角度θ 在+1°～-3°；第2 層取料俯仰角度θ在-3°～-8°；第3 層取料俯仰角度θ 在-8°～-11°，且最底層取料時(shí)基本保持在最低角度，對(duì)皮帶秤計(jì)量線性系統(tǒng)影響最大。通過數(shù)據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試，選擇采用一種穩(wěn)定可靠的角度補(bǔ)償措施來彌補(bǔ)皮帶秤因角度變化導(dǎo)致的線性系統(tǒng)異常，進(jìn)而提高了皮帶秤計(jì)量精度和穩(wěn)定性。

經(jīng)上述可知，取料機(jī)正常取料時(shí)俯仰角度θ 范圍在+1°～-11°，可以得出俯仰角度θ 的平均角度為-5°。為了盡量減少皮帶秤計(jì)量誤差，保證皮帶秤計(jì)數(shù)的線性，選擇采取俯仰角度-5°為基準(zhǔn)角度對(duì)皮帶秤進(jìn)行調(diào)零，保證在沒有角度補(bǔ)償?shù)那闆r下最大限度提高皮帶秤的精度。

然后根據(jù)線性系統(tǒng)理論對(duì)角度補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算。為了方便計(jì)算設(shè)定相關(guān)參數(shù)如下：取料機(jī)正常取料時(shí)俯仰角度為θ，皮帶秤秤體受力為F，物料真實(shí)值為Mg。正常取料過程中，皮帶秤測(cè)重示意如圖1 所示。

從圖1 可知：

由于調(diào)零的基準(zhǔn)角度為-5°，將θ為-5°代入上述式（1），計(jì)算可得皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)為：

即當(dāng)無角度補(bǔ)償情況下，在正常取料時(shí)俯仰角度θ 任意變化情況下皮帶秤的計(jì)量數(shù)據(jù)的系數(shù)為0.996 保持不變，這就改變了測(cè)量數(shù)據(jù)的線性曲線，且角度偏差越大線性改變?cè)酱?。?5°為基準(zhǔn)角度，依據(jù)線性系統(tǒng)理論來計(jì)算在俯仰角度變化時(shí)皮帶秤測(cè)重值F 與F-5°的誤差δ：

由于取料機(jī)正常取料時(shí)基本分3 層即3 個(gè)俯仰角度取料，第1 層頂層取料俯仰角度θ 在+1°～-3°，其取料時(shí)基本穩(wěn)定在-1°；第2 層中層取料俯仰角度θ 在-3°～-8°，其取料時(shí)基本穩(wěn)定在-5°；第2 層底層取料俯仰角度θ 在-8°～-11°，其取料時(shí)基本穩(wěn)定在-11°。分別將上述3 個(gè)俯仰角度值代入式（2）：

計(jì)算可得δ頂層=0.4%，即當(dāng)取煤垛頂層時(shí)皮帶秤測(cè)量值比物料真實(shí)值偏大0.4%；δ中層=0，即取中層是皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)基本無誤差；δ底層=-1.5%，即取底層時(shí)皮帶秤測(cè)量值比物料真實(shí)值偏小1.5%。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證變角度皮帶秤誤差

針對(duì)上述理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分別在俯仰角度為-1°、-5°、-11°時(shí)進(jìn)行調(diào)零并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)試驗(yàn)調(diào)零記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出在-1°時(shí)實(shí)際誤差值：

同理可測(cè)算出其他俯仰角度時(shí)的測(cè)量誤差，各俯仰角度時(shí)的測(cè)量誤差見表1。

表1 測(cè)量誤差

4 補(bǔ)償程序設(shè)計(jì)

通過試驗(yàn)測(cè)量分析，將實(shí)際誤差與理論誤差對(duì)比可以看出理論計(jì)算的測(cè)量誤差與實(shí)際誤差在變化趨勢(shì)、同向性上是一致的，完全可以按照理論誤差對(duì)皮帶秤進(jìn)行設(shè)計(jì)角度補(bǔ)償。皮帶秤的測(cè)量結(jié)果是通過PLC 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞給生產(chǎn)管理系統(tǒng)的，因此決定在PLC 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)相關(guān)的角度補(bǔ)償，具體實(shí)施程序如圖2 所示。

上述程序?yàn)楫?dāng)俯仰角度FUYANG_JIAODU≥-3°（取煤垛頂層）時(shí)，由計(jì)算已知皮帶秤測(cè)量值比物料真實(shí)值偏大0.4%，即將皮帶秤計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)乘以1-0.4%=0.996 的系數(shù)對(duì)皮帶秤進(jìn)行角度補(bǔ)償；所以給變量PDLJ 數(shù)據(jù)乘以系數(shù)0.996 來校正皮帶秤測(cè)量值；當(dāng)俯仰角度FUYANG_JIAODU 在-3°～-8°（取煤垛中層）時(shí)，由計(jì)算已知皮帶秤測(cè)量值與物料真實(shí)值基本相同，所以直接將皮帶秤計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)傳送給中控變量PDLJ1；當(dāng)俯仰角度FUYANG_JIAODU 小于或等于-8°（取煤垛頂層）時(shí)，由計(jì)算已知皮帶秤測(cè)量值比物料真實(shí)值偏小1.5%，即將皮帶秤計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)乘以1+1.5%=1.015 的系數(shù)對(duì)皮帶秤進(jìn)行角度補(bǔ)償；所以給變量PDLJ2 數(shù)據(jù)乘以系數(shù)1.015 來校正皮帶秤測(cè)量值。將PDLJ、PDLJ1、PDLJ2 三者之和傳送給工作累積量（給中控）RC91W。使用基于線性系統(tǒng)理論的皮帶秤角度補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法后，較之前的補(bǔ)償措施不僅穩(wěn)定性大大提高，在節(jié)能方面也效果明顯。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，基于線性系統(tǒng)理論的皮帶秤角度補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法適用于懸臂式取料機(jī)。將此種設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到港口現(xiàn)有取料機(jī)上，極大的提高了取料機(jī)皮帶秤的精度，滿足了精細(xì)化配煤對(duì)計(jì)量精度越來越高的需求。