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稱重式料位計介紹：
一種稱重式料位計，包括料倉，稱量轉(zhuǎn)換器，其特征在于還有在料倉裙邊，方裝有荷重傳感器，活動支撐，防跑偏裝置或者荷重傳感器，活動支撐。其優(yōu)點結(jié)構簡單，成本低，測量精度高，穩(wěn)定安全性高。
稱重式料位計主要適應范圍：
將物料與漏斗或槽等容器一起進行重量測量，測出的重量減去容器的重量即可得出物料的重量，再根據(jù)重量與體積的關系，換算出物料的料位。此處容器重量稱為毛重。重量測量是指在底部安裝多個重量傳感器，通過運算部分進行加法運算，得到的總重量再減去毛重。傳感器一般使用電阻應變片壓力傳感器。應用此方式時需注意，測量粉狀物和顆粒物的重量時還包含水份的重量，并且要定期檢查應變片。容器的重量和其他設備連接部分的壓力會導致測量誤差，為了能夠精確測量重量，采用彈性連接等方式。
煤礦用智能稱重式料位計的研制：
在煤炭生產(chǎn)利用過程中大量使用筒倉、料斗等存儲煤炭, 需要及時掌握各煤倉的存儲數(shù)量, 從而隨時調(diào)整控制煤炭生產(chǎn)利用過程中物料的供給。受煤炭本身粒度不均, 并伴有水分、粉塵、瓦斯等因素的影響, 煤倉料位特別是井下原煤倉料位的測量一直是煤炭行業(yè)長期未能解決的問題。國內(nèi)外目前用于測量固體料位的方法主要分為兩大類:
一類是非連續(xù)測量方法, 主要有電極、放射和電容法, 常用的是電容法, 通過測量探頭周圍介電常數(shù)變化來判斷物料的有無。由于煤炭粉塵、水分、煤層氣等因素的變化經(jīng)常導致介電常數(shù)的變化, 從而使其出現(xiàn)誤動作。另外, 這種方式很難滿足實時測量和控制的要求。另一類是連續(xù)測量, 主要有超聲波、雷達、重錘法幾種。超聲波和雷達料位計會受到煤倉煤炭粒度不均、粉塵等的影響, 存在測量盲區(qū), 成本較高。重錘式料位計原理上不受環(huán)境因素的影響, 在測量煤倉、料斗等的料位上比較合適。由于現(xiàn)有產(chǎn)品并不能很好地適應煤炭生產(chǎn)利用的環(huán)境, 使用中還存在一些問題, 限制了其在煤炭行業(yè)的推廣應用。本文在廣泛調(diào)研和分析國內(nèi)外現(xiàn)有料位計的基礎上, 研制出了一種基于稱重信號的防爆智能重錘料位計, 并在實際中得到成功應用。
1 系統(tǒng)結(jié)構及工作原理
筆者提出的稱重式重錘料位計是一個典型的機電一體化產(chǎn)品, 具有獨立的控制系統(tǒng)和事務處理系統(tǒng), 能夠定時連續(xù)測量煤倉料位, 并具有就地/遠程數(shù)字顯示、可編程控制、上下限聲光報警等功能; 系統(tǒng)通過多功能總線適配卡與各類現(xiàn)場總線連接通訊, 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。它主要由重錘、稱重傳感器、稱重數(shù)據(jù)處理模塊、軸編碼器、鋼絲及鋼絲繞輪、防爆電機、傳動控制部分、事務處理單片機、電源模塊、二次顯示儀表等組成。從電氣部分來說主要包括檢測、控制、通訊3大部分。檢測部分主要包括稱重傳感器, 軸編碼器, 信號采集及處理單元等組成。控制系統(tǒng)主要包括配電、精密電源、隔離環(huán)節(jié)、固態(tài)繼電器、顯示器、可編程控制器及單片煤礦用智能稱重式料位計的研制 97等。
通訊部分主要包括電機控制PLC 與事務處理單片機之間的通信以及料位計儀表通過485通訊方式與上位機進行的數(shù)據(jù)傳輸, 根據(jù)常用現(xiàn)場總線的通訊協(xié)議, 提供各種常用現(xiàn)場總線適配卡, 方便用戶的組網(wǎng)。
煤倉料位計開始工作時, 89C51單片機首先檢測重錘是否位于初始位置, 若重錘不在初始位置,則控制系統(tǒng)控制電機旋轉(zhuǎn), 使重錘回到初始位置。定時器T1 中斷延時一定時間(根據(jù)工況要求) ,電機旋轉(zhuǎn), 重錘下放, 同時編碼器將計數(shù)脈沖送到89C51的外中斷int1 進行計數(shù)。當重錘觸及物料時, 稱重傳感器的輸出突然減小, 產(chǎn)生的電平跳變送給可編程控制器P111G的外中斷int0, P111G 接到這一信號后, 發(fā)出指令停電動機, 并通知事務處理單片機89C51 停止計數(shù), 經(jīng)計算后送出所測量的料位高度。然后反轉(zhuǎn)電動機, 上提重錘。重錘回到起始位置后, 主程序轉(zhuǎn)為待測狀態(tài), 從而完成一次測量過程, 并為下一次的測量做好準備。系統(tǒng)按照以上循環(huán)連續(xù)工作, 實現(xiàn)料位的定時連續(xù)測量,并將得到的煤倉料位加以顯示和傳輸。
2 控制與事務處理模塊設計從前面的論述可以看出, 為了準確測量重錘的位置及料位, 稱重式重錘料位計必須一直監(jiān)視重錘懸重信號和繞輪的編碼器信號。編碼器信號是數(shù)字信號, 可以采用中斷方式接收, 但懸重信號是模擬
信號, 必須由CPU 一直采樣并監(jiān)視。在儀器運行過程中, 還有一些信號需要CPU 及時響應, 如控制電動機、中斷申請、向打印機送數(shù)據(jù)、LCD 顯示狀態(tài)的查詢、鍵盤的處理、管理計算機系統(tǒng)通信的響應等。顯然, 當CPU 響應其他工作請求時,就有可能漏掉對懸重信號的監(jiān)測。為此, 本設計采用了雙CPU 結(jié)構, 一個CPU 負責測量與控制, 一個CPU負責事務處理及通信。測量與控制CPU 主要負責信號的采集和運行狀態(tài)的指示, 負責發(fā)送指令、向操作人員提示重錘狀態(tài); 事務處理及通信CPU 主要負責操作管理、信息提示、測量結(jié)果顯示、打印、數(shù)據(jù)保存以及與管理計算機的數(shù)據(jù)通信, 兩個CPU 之間通過信息交換接口進行數(shù)據(jù)的傳遞。為了保證系統(tǒng)的可靠98 潔凈煤技術 2005年第 11卷第 3期性, 儀器中設計了監(jiān)控電路, 包含工作電壓監(jiān)控和W atchDog等功能, 同時對2個CPU 實施保護。本智能儀器中測量與控制采用微型可編程控制器P111G, 事務處理及通信選用單片機89C51。系統(tǒng)軟件采用按功能模塊化設計, 全部用C51編寫。本系統(tǒng)軟件分為主控模塊、初始化模塊、顯示模塊、定時器T1中斷模塊、稱重傳感器中斷模塊、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊、料位運算模塊、報警模塊等幾部分。程序抗干擾主要采用了軟件陷阱、指令冗余、關鍵查詢、數(shù)字濾波等措施, 確保了系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)不斷的運行, 若程序跑飛能有效捕捉, 使系統(tǒng)復位, 程序從頭執(zhí)行。有關程序的詳細內(nèi)容不再贅述。
3 料位計的性能測試
稱重式重錘料位計經(jīng)過總體設計, 確定主要性能參數(shù)如下:
料位測量范圍: 0~ 50m;
工作電壓: DC24V, AC380V, AC127V;
測量誤差: 小于? 2mm /m;
輸出信號形式: 開關量、模擬量;
顯示型式: 就地數(shù)碼管顯示及遠程同步顯示;
防護等級: IP54;
防爆等級: 防爆兼本安。
組裝、調(diào)試完成后, 首先在實驗室內(nèi)進行了大量的實驗測試, 實驗過程中, 電動機按照設定的程序起動釋放探測重錘, 驗證對不同高度的測量精度和整個控制系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。
開始下放重錘時, 稱重傳感器的受力比靜止時的受力有所減少, 重錘的位移在線性增加; 當稱重傳感器的受力突然減少到接近零, 重錘的位移增加到最大值。短暫延時后, 重錘上提, 稱重傳感器的受力比靜止時的受力有所增加, 重錘的位移按線性減少; 回到初始位置后, 重錘的受力變?yōu)殪o止時的載荷, 重錘的位移變?yōu)榱恪?br /> 大量實驗研究及現(xiàn)場應用結(jié)果表明, 稱重式重錘料位計能夠定時、連續(xù)測量料倉料位, 并可以實時顯示料倉深度; 同時料位超過限定位置或設備出現(xiàn)故障時, 可發(fā)出聲光報警, 并可通過數(shù)據(jù)通信接口將測量結(jié)果上傳給管理計算機, 因此具備了智能儀器的基本功能, 初步表現(xiàn)出良好的應用效果。
4 結(jié) 論
筆者對稱重式重錘料位計進行了總體方案設計和元部件選型, 并根據(jù)功能需求對整個裝置的軟件進行了結(jié)構設計和開發(fā), 最后對整個裝置進行了組裝調(diào)試和性能實驗。結(jié)果表明: 該料位計結(jié)構設計合理, 性能可靠, 數(shù)據(jù)準確。較好地解決制約煤炭等生產(chǎn)過程自動化的瓶頸環(huán)節(jié), 因此該料位計具有很好的推廣應用價值。

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