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一、引言
“連續(xù)累計(jì)自動(dòng)皮帶秤”有兩種計(jì)量形式，第一種計(jì)量形式是采用重量傳感器檢測(cè)到物料的單位長(zhǎng)度的瞬時(shí)重量信號(hào)，同時(shí)速度傳感器檢測(cè)到速度脈沖信號(hào)。通過(guò)控制系統(tǒng)將重量信號(hào)與速度信號(hào)進(jìn)行乘積運(yùn)算，從而求得被計(jì)量物料的真實(shí)流量（輸送量），屬于非定量計(jì)量形式；另一種計(jì)量形式是在上述真實(shí)流量的基礎(chǔ)上，使控制系統(tǒng)將被計(jì)量物料的真實(shí)流量和用戶設(shè)定的輸送量（設(shè)定量）進(jìn)行逐次比較，其差值信號(hào)反饋給變頻器，用于調(diào)節(jié)輸送膠帶速度，從而保證被計(jì)量物料的真實(shí)流量和設(shè)定量相一致，屬于定量計(jì)量形式。
目前市場(chǎng)上使用的連續(xù)累計(jì)定量/非定量自動(dòng)皮帶秤產(chǎn)品，均為一臺(tái)皮帶輸送機(jī)完成一種特定物料的定量（或非定量）稱(chēng)重，但是當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要多物料連續(xù)累計(jì)稱(chēng)重與配料時(shí)，只能在不同的皮帶輸送機(jī)上，分別配置單一物料稱(chēng)重的自動(dòng)皮帶秤產(chǎn)品，最后再匯總混合配料。這樣既浪費(fèi)空間，又浪費(fèi)了設(shè)備的配置。另外，在電力系統(tǒng)，由于料倉(cāng)高度的限制，要實(shí)現(xiàn)較大的給料量，給煤機(jī)的進(jìn)料倉(cāng)在樓層標(biāo)高的限制下只能分成數(shù)個(gè)小料倉(cāng)。為此上海大和衡器有限公司研制開(kāi)發(fā)了在一臺(tái)皮帶輸送機(jī)上完成多物料定量/非定量皮帶稱(chēng)重控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)選用具有4種不同的控制模式來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，使得上述兩種現(xiàn)場(chǎng)的條件得以實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目已于2011年12月獲得國(guó)家專(zhuān)利局批準(zhǔn)授予的發(fā)明專(zhuān)利證書(shū)。
二、連續(xù)累計(jì)模擬模式
該模式由多組稱(chēng)重裝置中的稱(chēng)重信號(hào)與一個(gè)測(cè)速器的速度信號(hào)分別送入多個(gè)稱(chēng)重控制儀表，經(jīng)積分演算，多個(gè)儀表分別送出多個(gè)給料量信號(hào).再由總控制器完成多種不同物料的給料量信號(hào)數(shù)據(jù)。如圖1、圖2所示的A、B、C三個(gè)進(jìn)料口同時(shí)給料時(shí)，A、B、C三組稱(chēng)重裝置中的稱(chēng)重信號(hào)

Wa、Wb、Wc與一個(gè)主電機(jī)測(cè)速器的速度信號(hào)S,分別送入三個(gè)CFC-201積算控制儀表Cont.A、Cont.B,Cont.C,儀表分別對(duì)傳感器的稱(chēng)重(重量)電壓信號(hào)和測(cè)速傳感器的速度脈沖信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，經(jīng)積分演算，三個(gè)儀表分別送出三個(gè)給料量信號(hào)Qa、Qa+Qb、Qa+Qb+Qc,通過(guò)串口轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)模塊，進(jìn)入計(jì)算機(jī)完成三種不同物料的Qa、Qb、Qc給料量信號(hào)數(shù)據(jù)分別計(jì)算與顯示。
稱(chēng)重計(jì)算過(guò)程如下：

假設(shè)輸料皮帶的運(yùn)行長(zhǎng)度為Z,運(yùn)行的時(shí)間為«/,在時(shí)間々里輸送的物料量為Q,則Q可表示為方程(1)
Q=\wvdt(kg)    ⑴
其中,W,單位長(zhǎng)度皮帶上物料的重量(kg/m)0：皮帶的運(yùn)行速度(m/s)
由方程(1)可知，只要測(cè)出單位長(zhǎng)度上物料的重量和皮帶的運(yùn)行速度，就可以求得在時(shí)間里輸送的物料的重量。
W的值可根據(jù)模擬式重量傳感器測(cè)出，測(cè)出的值為模擬量，。的值可根據(jù)速度傳感器測(cè)出，測(cè)出的值為數(shù)字量。
CFC-201型積算控制儀表將模擬量W在儀表內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得出數(shù)字量W,然后將此數(shù)字量W與測(cè)速傳感器測(cè)出的數(shù)字量0通過(guò)CFC-201積算控制儀表內(nèi)部進(jìn)行積分運(yùn)算。如下：
①Cont.A控制儀表作用，Qa=\'wAvdt
②Cont.B控制儀表作用，
Qa+Qb=丄呼應(yīng)    ifudt
③Cont.C控制儀表作用，
Qa+Qb+Qc=Ly他也+QW^udt+IIF（vdt
Cont.A,Cont.B,Cont.C稱(chēng)重儀表，型號(hào)為CFC-201o
最后，分別將三個(gè)積算控制儀表計(jì)算出的在時(shí)間》里面的總的重量值以串口通訊方式發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)收到此數(shù)值后，可以顯示在顯示器上，我們可以根據(jù)顯示器上的值，進(jìn)行簡(jiǎn)單的減法運(yùn)算，分別得出最終的A、B、C三種物料的累計(jì)重量，如下：
Qa~^WAvdt
Qb=zQa+Qb~Qa=    潤(rùn)dt+^Wf^dt-^WAvdt
Qc^Qa^-Qe^-Qc-Qa-QiF2Avdt+^）dt+
靜禎-靜禎丄電0
三、連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式
該模式由多組數(shù)字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)與演;一個(gè)測(cè)速器的速度信號(hào)分別送入數(shù)字式總控制器,◎:直接得到多種不同物料的給料量信號(hào)數(shù)據(jù)。如圖年-3、圖4所示。A、B、C三個(gè)進(jìn)料口同時(shí)給料時(shí)，第    三組數(shù)字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)Da、Db、De與一J    個(gè)測(cè)速器的速讀信號(hào)S分別送入CFC-500型數(shù)字積算控制器，控制器對(duì)三路傳感器的稱(chēng)重（重第    量）數(shù)字信號(hào)和一路測(cè)速傳感器的速度脈沖信號(hào)£；進(jìn)行處理和計(jì)算，經(jīng)積分演算，直接得到三種不期:同物料的Qa、Qb、Qc給料量信號(hào)數(shù)據(jù)。
數(shù)字式流量積算及運(yùn)算過(guò)程：
圖4為數(shù)字稱(chēng)重傳感器得出的值。分別為/WA,WA+WB,WA+W^Wc,然后通過(guò)CFC-500型    三通道數(shù)字式積算控制器，該控制器既有流量積算控制，又具有一般運(yùn)算器的功能，如抗干擾和可靠性高等功能，因此可分別算出Q,Qb,Qc的值。
稱(chēng)重計(jì)算過(guò)程如下：
由上述連續(xù)累計(jì)模擬模式中的方程（1）可

圖3連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式方框原理圖
知，只要測(cè)出單位長(zhǎng)度上物料的重量和皮帶的運(yùn)行速度，就可以求得在時(shí)間々里輸送物料的重量。其中W的值可根據(jù)數(shù)字式重量傳感器測(cè)出，為數(shù)字量。值可根據(jù)速度傳感器測(cè)出，也為數(shù)字量。
CFC-500型三通道數(shù)字式積算控制器具有3路數(shù)字量分別同時(shí)進(jìn)行積算的功能，即能將3組不同的數(shù)字量W和。同時(shí)處理，進(jìn)行積分運(yùn)算，并能在儀表的顯示屏上顯示出來(lái)。如下：
rI
Channel1:QA=j^WAvdt
Channel2：QA+Qif=jWAvdt+^）dt
Channel3:Qa+Qr+Qsj"（W^dt+W
i
Wrz;dt
o，
上式中Channel1、Channel2xChannel3為儀表CFC-500的3個(gè)數(shù)字量積算通道。其+Channel3為三種物料的總連續(xù)累計(jì)輸送量。
最后，Qa,Qa+Qh,Qa+Qb+Q（：的值將在僅表的顯示屏上顯示岀來(lái)，使用者可以根據(jù)此3個(gè)值，簡(jiǎn)單的進(jìn)行減法運(yùn)算，如下：
0=^WAvdt
Qh=Qa+Q/j-Qa=InWAvdt+LIF即也一^WAvdt
Qc=QA'^Qff^Qc~QA~QB=LAvdt+W^）dt+
[W（^dt-fWAvdt-[W^）dt
Jo    Jo    Jo
上式中Qa、Qb、Qc分別為A、B、C三種物料的連續(xù)累計(jì)輸送量。
四、料位定量給料控制模式
根據(jù)設(shè)定的三種不同物料的給料量，三組數(shù)

圖4連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式電氣原理圖
字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)與一個(gè)測(cè)速器的速度信號(hào)分別送入數(shù)字式總控制器，直接得到三種不同物料的實(shí)際給料量信號(hào)數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，分別自動(dòng)調(diào)節(jié)三個(gè)進(jìn)料口處的料層高度，以便保證三種不同物料的設(shè)定給料量。如圖5、圖6所示A、B、C三個(gè)進(jìn)料口同時(shí)給料時(shí)，根據(jù)設(shè)定的三種不同物料的蟲(chóng)、qB、qc給料量，三組數(shù)字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)哧、Db、De與一個(gè)測(cè)速器的速度信號(hào)S分別送入CFC-500型數(shù)字式積算控制器，控制器儀表對(duì)三路傳感器的稱(chēng)重（重量）數(shù)字信號(hào)和一路測(cè)速傳感器的速度脈沖信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，經(jīng)積分演算，直接得到三種不同物料的實(shí)際流量信號(hào)Qa/LQs/t、Qc/t數(shù)據(jù)與設(shè)定流量值qA/t、q/、qjt比較，由積算控制儀表發(fā)出流量差值QA/t-qA/t、Qa/t-qu/t、QJt-qc/t指令，分別由氣動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)三個(gè)進(jìn)料口處的料層高度，以便調(diào)整三種不同物料的實(shí)際流量QMt、Q/、QJt與設(shè)定流量qA/t、q/t、qjt保持一致。

圖5料位定量給料控制模式方框原理圖
根據(jù)上述連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式的說(shuō)明，已經(jīng)清楚怎樣利用數(shù)字傳感器和數(shù)字控制器準(zhǔn)確地計(jì)算出3種不同物料的總重量?，F(xiàn)說(shuō)明利用上述數(shù)字控制器和數(shù)字傳感器，然后再結(jié)合其他一些部件,就能準(zhǔn)確完成定量給料的過(guò)程。其詳細(xì)描述如下：
首先，數(shù)字量控制儀表CFC-500除了具有上述介紹的功能外，還具有以下2個(gè)功能：（假設(shè)在時(shí)間t內(nèi)，物料的累計(jì)重量為Q,然后Q/t為單位時(shí)間的重量，即為流量。
（1）    能夠接收外部給定的4mA~20mA的流量設(shè)定信號(hào)，這里我們將此定義為：qjt,qs/t,q/t。
（2）    能在顯示屏上顯示3個(gè)不同通道計(jì)算出的3個(gè)瞬時(shí)流量值，并且能以4mA~20mA的形式輸出，我們將此3個(gè)值定義為：Q”t,Qs/t,QJt。
我們將其對(duì)應(yīng)的差值信號(hào)：（QA-qA）/t,（QB-qB）/t,（Qc-qc）/t分別通過(guò)比例調(diào)節(jié)器3、比例調(diào)節(jié)器2、比例調(diào)節(jié)器1,分別輸出一個(gè)合適的電控制信號(hào)，這個(gè)電控制信號(hào)作為輸入量給氣動(dòng)電磁閥或驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而產(chǎn)生和輸入信號(hào)成比例的輸出量——力。該力又作為輸入量加給氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制其閥門(mén)的位置，從而改變進(jìn)料口的料層高低來(lái)改變進(jìn)料的多少，通過(guò)此閉環(huán)控制，可以將設(shè)定流量和實(shí)際瞬時(shí)流量的差值接近于零，從而實(shí)現(xiàn)三種不同物料的定量控制。此控制方式稱(chēng)之為比例控制，比例控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，首先在于其轉(zhuǎn)換過(guò)程是可控的，設(shè)定值可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；其次在于方便迅速，可精確地實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)過(guò)程，滿足切換過(guò)程要求。
但是，如果改變了A物料的流量的同時(shí)，也在改變B物料的流量，甚至也在改變C物料的流量，那會(huì)造成非?；靵y的局面，為了防止這種不利局面，CFC-500儀表具有有序定量給料的功能，雖然是3個(gè)通道，但是我們將通過(guò)儀表內(nèi)的邏輯控制接點(diǎn)的開(kāi)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的有序定量控制（如圖6中輸入2和輸入3的情況），A物料的定量控制一旦完成后，其閥門(mén)位置將保持不動(dòng)，然后調(diào)整B物料，B物料的定量控制一旦完成后，其閥門(mén)位置也將保持不動(dòng)，最后調(diào)整C物料，一旦C物料調(diào)整完成后，整個(gè)過(guò)程就結(jié)束了。
該方案在實(shí)現(xiàn)三種不同物料的定量控制的同時(shí)，也可采用上述連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式，通過(guò)實(shí)際輸出量Qa、Qb、Qc的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)連續(xù)累計(jì)稱(chēng)重功能。
五、速度、料位定量給料控制模式
根據(jù)設(shè)定的一種主原料和兩種副原料的給料量，三組數(shù)字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)與一個(gè)主電機(jī)測(cè)速器的速度信號(hào)分別送入數(shù)字式總控制器，直接得到三種不同物料的實(shí)際給料量信號(hào)數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，其中主原料的給料量差值由主電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)，兩種副原料的給料量差值通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)進(jìn)料口處的料層高度，以便保證三種不同物料的設(shè)定給料量達(dá)到要求。如圖7所示，A、B、C三個(gè)進(jìn)料口同時(shí)給料時(shí)，根據(jù)設(shè)定的一種主原料qA和兩種副原料qB、qc的給料量，三組數(shù)字稱(chēng)重裝置中的數(shù)字信號(hào)庇、Db、De與一個(gè)主電機(jī)測(cè)速器的速度信號(hào)S分別送入CFC-500型數(shù)字式積算控制器，儀表對(duì)三路傳感器的稱(chēng)重（重量）數(shù)字信號(hào)和一路測(cè)速傳感器的速度脈沖信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，經(jīng)積分演算，直接得到三種不同物料的實(shí)際流量Qa/LQ/t、Q/t信號(hào)數(shù)據(jù)與設(shè)定流量值qA/t、q/t、qc/t比較，其中主原料的流量差值QA/tf/t,由積算控制儀表發(fā)指令給主電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)，兩種副原料的流量差值QB/t-q/t、

Q/t-qJt通過(guò)積算控制儀表發(fā)指令由氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)進(jìn)料口處的料層高度，以便保證三種不同物料的實(shí)際流量QA/t、Q/t、QJt與設(shè)定流量qA/t、q/t、qjt保持一致。
根據(jù)控制模式說(shuō)明了比例控制來(lái)進(jìn)行定量給料的原理。本控制模式需改變其中一個(gè)執(zhí)行方式,副原料B和C的物料仍舊分別通過(guò)比例調(diào)節(jié)器2和比例調(diào)節(jié)器3來(lái)控制調(diào)節(jié)B處和C處閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變流量，而主原料A的給料控制是通過(guò)比例調(diào)節(jié)器1來(lái)控制改變皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變A物料的流量。也就是說(shuō)比例調(diào)節(jié)器1實(shí)現(xiàn)了皮帶速度定量控制，比例調(diào)節(jié)器2和比例調(diào)節(jié)器3實(shí)現(xiàn)了料位定量控制。該控制模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三種不同物料的稱(chēng)重與定量輸送，與此同時(shí)也可采用連續(xù)累計(jì)數(shù)字模式的方式，通過(guò)實(shí)際輸出量Qa、Qb、Qc的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)總的累計(jì)輸送功能。本控制模式的控制原理與控制模式基本一致。其反饋控制原理方框圖如圖8所示。
六、結(jié)論
本發(fā)明通過(guò)在一臺(tái)皮帶輸送機(jī)上完成了多種物料定量（或非定量）連續(xù)累計(jì)稱(chēng)重。多組稱(chēng)重裝置同時(shí)用于一臺(tái)皮帶輸送機(jī)上，通過(guò)多次比較的四種控制模式實(shí)時(shí)測(cè)量單種物料與總計(jì)物料的給料量。
本方案的一個(gè)顯著技術(shù)特點(diǎn)是：在皮帶秤上首次采用了數(shù)字式稱(chēng)重傳感器與數(shù)字式積算控制器的控制模式，傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，具有優(yōu)異的負(fù)荷特性、蠕變特性、溫度特性、防潮防爆特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。可舍現(xiàn)遠(yuǎn)距離、無(wú)干擾數(shù)字輸送，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)襪重傳感器和演算控制儀表之間距離較長(zhǎng)的場(chǎng)合。
本方案的另一個(gè)顯著技術(shù)特點(diǎn)是：由于多通道工業(yè)稱(chēng)重儀表技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)調(diào)節(jié)儀表內(nèi)的邏輯控制接點(diǎn)的開(kāi)閉時(shí)序，使得多點(diǎn)差值比例調(diào)節(jié)反饋控制技術(shù)在多物料稱(chēng)重輸送系統(tǒng)中得以有效應(yīng)用。該方案隨著稱(chēng)重儀表通道數(shù)的增加以及重控制系統(tǒng)。
本方案主要目的為了在一條皮帶輸送機(jī)上實(shí)現(xiàn)多物料同時(shí)計(jì)量的混配料系統(tǒng)；其次，由于很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)料倉(cāng)高度和占地面積的限制，如要實(shí)現(xiàn)較大的給料輸送量，通過(guò)本方案的實(shí)施可以大大降低空間高度與占地面積。
目前基于一條皮帶輸送機(jī)的多物料定量連續(xù)累計(jì)稱(chēng)重控制系統(tǒng)的四種控制模式已開(kāi)始部分應(yīng)用于火電廠多料倉(cāng)給煤機(jī)稱(chēng)重控制系統(tǒng)中，相信隨著數(shù)字式稱(chēng)重傳感器與數(shù)字式積算控制器在皮帶秤領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣將會(huì)受到更多用戶的青睞。

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