稱重式料位計介紹：

一種稱重式料位計，包括料倉，稱量轉換器，其特征在於還有在料倉裙邊，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。其優點結構簡單，成本低，測量精度高，穩定安全性高。

稱重式料位計主要適應範圍：

將物料與漏鬥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，再根據重量與體積的關係，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，並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製：

在煤炭生產利用過程中大量使用筒倉、料鬥等存儲煤炭,需要及時掌握各煤倉的存儲數量,從而隨時調整控製煤炭生產利用過程中物料的供給。受煤炭本身粒度不均,並伴有水分、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長期未能解決的問題。國內外目前用於測量固體料位的方法主要分為兩大類:

一類是非連續測量方法,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變化來判斷物料的有無。由於煤炭粉塵、水分、煤層氣等因素的變化經常導致介電常數的變化,從而使其出現誤動作。另外,這種方式很難滿足實時測量和控製的要求。另一類是連續測量,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,成本較高。重錘式料位計原理上不受環境因素的影響,在測量煤倉、料鬥等的料位上比較合適。由於現有產品並不能很好地適應煤炭生產利用的環境,使用中還存在一些問題,限製了其在煤炭行業的推廣應用。本文在廣泛調研和分析國內外現有料位計的基礎上,研製出了一種基於稱重信號的防爆智能重錘料位計,並在實際中得到成功應用。

1係統結構及工作原理

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品,具有獨立的控製係統和事務處理係統,能夠定時連續測量煤倉料位,並具有就地/遠程數字顯示、可編程控製、上下限聲光報警等功能;係統通過多功能總線適配卡與各類現場總線連接通訊,實現數據共享。其結構如圖1所示,係統內部組成原理如圖2所示。它主要由重錘、稱重傳感器、稱重數據處理模塊、軸編碼器、鋼絲及鋼絲繞輪、防爆電機、傳動控製部分、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、控製、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。控製係統主要包括配電、精密電源、隔離環節、固態繼電器、顯示器、可編程控製器及單片煤礦用智能稱重式料位計的研製97等。

通訊部分主要包括電機控製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據傳輸,根據常用現場總線的通訊協議,提供各種常用現場總線適配卡,方便用戶的組網。

圖1料位計結構示意

圖2料位計組成原理示意

煤倉料位計開始工作時,89C51單片機首先檢測重錘是否位於初始位置,若重錘不在初始位置,則控製係統控製電機旋轉,使重錘回到初始位置。定時器T1中斷延時一定時間(根據工況要求),電機旋轉,重錘下放,同時編碼器將計數脈衝送到89C51的外中斷int1進行計數。當重錘觸及物料時,稱重傳感器的輸出突然減小,產生的電平跳變送給可編程控製器P111G的外中斷int0,P111G接到這一信號後,發出指令停電動機,並通知事務處理單片機89C51停止計數,經計算後送出所測量的料位高度。然後反轉電動機,上提重錘。重錘回到起始位置後,主程序轉為待測狀態,從而完成一次測量過程,並為下一次的測量做好準備。係統按照以上循環連續工作,實現料位的定時連續測量,並將得到的煤倉料位加以顯示和傳輸。

2控製與事務處理模塊設計從前麵的論述可以看出,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視重錘懸重信號和繞輪的編碼器信號。編碼器信號是數字信號,可以采用中斷方式接收,但懸重信號是模擬

信號,必須由CPU一直采樣並監視。在儀器運行過程中,還有一些信號需要CPU及時響應,如控製電動機、中斷申請、向打印機送數據、LCD顯示狀態的查詢、鍵盤的處理、管理計算機係統通信的響應等。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測。為此,本設計采用了雙CPU結構,一個CPU負責測量與控製,一個CPU負責事務處理及通信。測量與控製CPU主要負責信號的采集和運行狀態的指示,負責發送指令、向操作人員提示重錘狀態;事務處理及通信CPU主要負責操作管理、信息提示、測量結果顯示、打印、數據保存以及與管理計算機的數據通信,兩個CPU之間通過信息交換接口進行數據的傳遞。為了保證係統的可靠98潔淨煤技術2005年第11卷第3期性,儀器中設計了監控電路,包含工作電壓監控和WatchDog等功能,同時對2個CPU實施保護。本智能儀器中測量與控製采用微型可編程控製器P111G,事務處理及通信選用單片機89C51,如圖2所示。係統軟件采用按功能模塊化設計,全部用C51編寫。本係統軟件分為主控模塊、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、編碼器數據采集模塊、料位運算模塊、報警模塊等幾部分。程序抗幹擾主要采用了軟件陷阱、指令冗餘、關鍵查詢、數字濾波等措施,確保了係統能在惡劣的環境下連續不斷的運行,若程序跑飛能有效捕捉,使係統複位,程序從頭執行。有關程序的詳細內容不再贅述。

3料位計的性能測試

稱重式重錘料位計經過總體設計,確定主要性能參數如下:

料位測量範圍:0~50m;

工作電壓:DC24V,AC380V,AC127V;

測量誤差:小於?2mm/m;

輸出信號形式:開關量、模擬量;

顯示型式:就地數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、調試完成後,首先在實驗室內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製係統的靈敏度和穩定性。圖3、圖4分別給出了稱重傳感器受力、重錘位移的變化曲線。

圖3測量過程稱重傳感器受力變化曲線

圖4測量過程重錘位移變化曲線

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。短暫延時後,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;回到初始位置後,重錘的受力變為靜止時的載荷,重錘的位移變為零。

大量實驗研究及現場應用結果表明,稱重式重錘料位計能夠定時、連續測量料倉料位,並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故障時,可發出聲光報警,並可通過數據通信接口將測量結果上傳給管理計算機,因此具備了智能儀器的基本功能,初步表現出良好的應用效果。

4結論

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,並根據功能需求對整個裝置的軟件進行了結構設計和開發,最後對整個裝置進行了組裝調試和性能實驗。結果表明:該料位計結構設計合理,性能可靠,數據準確。較好地解決製約煤炭等生產過程自動化的瓶頸環節,因此該料位計具有很好的推廣應用價值。

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