电子皮带秤测速传感器的现场应用

一 概述
　　从称重原理可知，电子皮带秤所测量物料的瞬时流量的大小取决于两个参数，即瞬时流量等于称重传感器测量的承载器上物料负荷值q(kg/m)和测速传感器测量的皮带速度值v(m/s)两个参数相乘所得，即：w(t)=qv
　　由此可见，测速传感器的
测量精确度和稳定性与称重传感器的测量精确度和稳定性是同等重要的。目前称重传感器的精确度普遍提高到万分之几，而测速传感器的精确度大多在千分之几，所以提高测速传感器精确度是提高电子皮带秤系统精确度有效的途径之一。
　　测速传感器的脉冲信号进入显示仪表后，通常以3种方式完成与称重传感器信号的相乘运算。第一种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成0～10V DC模拟信号，并作为称重传感器的供桥电压，在称重传感器内实现乘法运算；第二种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成模拟(或数字)信号，与称重传感器放大后的模拟(或数字)信号在专用的乘法器里进行乘法运算；第三种方式是测速脉冲信号整形后直接作为显示仪表中累加器的触发信号，每接受一个测速脉冲信号，累加器就对称重传感器的输入信号进行一次采样，皮带速度越快，累加器采样的次数越多，采样值不断累加，因而以数字方式实行了乘法运算。
　　在电子皮带秤使用过程中，涉及测速传感器的问题不少，但由于介绍这方面的资料极少，用户碰到这些问题往往束手无策。作者根据自身工作中的体会和经验列举一些解决问题的办法，希望能对读者解决这类问题有所借鉴。 　　
　　二 常用的测速传感器 　　
　　电子皮带秤上所用测速传感器目前主要有磁阻脉冲式、光电脉冲式两类。模拟式测速发电机式测速传感器早已不再使用，取而代之的是上述两种输出脉冲信号的数字式测速传感器。 　　
　　1. 磁阻脉冲式测速传感器
磁阻脉冲式测速传感器中，线圈和磁铁部分都是静止的，与被测件连接而运动的部分是用导磁材料制成的，当转动件转动时，改变了磁路的磁阻，因而改变了贯通线圈的磁通，在线圈中产生了感生电势。磁阻脉冲式测速传感器从结构上看有开磁路和闭磁路两种。
在一个П型永久磁铁上装有两个相互串联的感应线圈，滚轮与皮带直接摩擦旋转并带动等分齿轮旋转。当等分齿轮的凸起部分与磁极相对时，回路磁通最大，当等分齿轮的凹陷部分与磁极相对时，回路磁通最小，感应线圈上便感应随磁通变化的感应电压。感应电压变化的频率f与皮带速度v成正比。这种测速传感器结构简单，但输出信号幅度小。
当皮带运行时，通过摩擦使滚轮旋转，并带动转子磁杯转动，转子磁杯及定子磁杯相对安装，其圆周端面上都均匀地铣出多个齿槽。当两个磁杯的凸齿相对时，磁通最大，当两个磁杯的凸凹齿相对时，磁通最小，从而在线圈中感应出随磁通而变化的感应电压。
　 闭磁路测速传感器结构较复杂，但密封性能好，输出信号幅值大。磁阻脉冲式测速传感器用于高转速测量时，因磁路磁滞影响，使线圈中感应电压太小而不易测量。 　　
　　2. 光电脉冲式测速传感器
　　光电脉冲式测速传感器由装在输入轴上的开孔圆盘、光源、光敏元件等组成。当圆盘转到某一位置时，由光源发射的光通过开孔圆盘上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，产生一个电信号。圆盘上的孔可以是1个或多个，取决于设备要求的脉冲数。 　　
　　三 应用测速传感器的实例 　　
　　1. 停用测速传感器 　　
　　对不调速的皮带输送机来说，皮带速度的变化量大致为±(0.3～0.5)%，这取决于供电电源频率、电源电压及负荷率，其中，供电电源频率影响最大。但对于由大电网供电的用户来说，由于电网电源频率相当稳定，所以通常皮带速度的变化率小于±0.2%。我们在现场早、中、晚多次测量不同负载率情况下的皮带速度，其变化均小于±0.2%。
　　据美国赛摩拉姆齐公司推荐：当皮带速度变化超过±0.2%或称重精确度要求高于±0.5%时，应该采用测速传感器。反过来说，当皮带速度变化小于±0.2%或称重精确度要求低于±0.5%时，则可以考虑不用测速传感器，那么在电子皮带秤整个系统里是用什么样的方式替代测速传感器的信号呢？
　　在几乎所有的电子皮带秤的显示仪表里都有这样一个功能，即内脉冲、外脉冲选择功能。当选择外脉冲时，由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号；当选择内脉冲时，则由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号。
　　我们在一个选矿厂参观时看到一台关键的计量皮带秤已经停用，询问原因才知道是测速传感器损坏造成的，因购买备品备件困难而暂时弃用。我们让用户给显示仪表供电并调用菜单，当调到“Tacho. Active?”(测速传感器有效?)时，我们看到可以选择“yes”或“no”(这里“yes”表示由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号，“no”则表示由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号)，当我们将选择由“yes”改为“no”以后，又在菜单的下一步“Nominal Speed”(额定速度)中设置了实际速度值，皮带秤显示仪表左上方的小光点又开始旋转运动，表示有测速信号，皮带秤又重新开始工作了。
一两天以后，现场维护人员又有了新的烦恼，当皮带机停止运行时，由于皮带上有剩余物料或皮带不均匀皮重造成显示仪表仍在缓慢跳字，造成不运物料而积算器仍不断累积。我们又出了两个主意：一是将小信号切除值(物料瞬时流量低于此值，积算器不再累积)适当抬高，二是将皮带输送机电气运行触点接入显示仪表的供电回路，当皮带输送机停止运行时，显示仪表的电源也就断开了。当然这只是权宜之计，长时间还是要采取更可靠的方法。 　　
　　2. 测速传感器的元件替换 　　
　　某工厂原使用由OMRON旋转编码器组装的测速传感器，其分辨力是1024P/r(P—脉冲)，因旋转编码器损坏需要更换，由于要与原有测速滚轮相配，希望使用原有型号的旋转编码器，而原有型号的旋转编码器早已淘汰，外形尺寸一致的现有产品分辨力不是1024P/r，而是1000P/r，用户一直不敢买。我们了解情况后告诉用户可以使用1000P/r的旋转编码器，并让用户在量程标定时适当作些调整即可。因为旋转编码器的分辨力虽然降低了2.4%(相当于速度信号测量值小了2.4%)，但通过调整量程系数(如将量程系数增大2.4%)是可以补偿回来的。 　　
　　3. 用国产测速传感器替代进口产品 　　
　　进口或国产电子皮带秤的测速传感器通常都是输出脉冲信号的，因而有可能使用国产测速传感器替代进口产品。在某工厂使用了一台西门子公司MSI电子皮带秤，由于随机带来的MD-256轴端安装式测速传感器进水损坏，送厂家修理需3个月才能从国外返回。我们采用国产CS-40返回皮带安装式光电测速传感器替代，此时显示仪表显示速度值为0.634m/s，正好是原先显示速度1.268m/s的一半，我们就调出菜单，在“速度常数P015”中将原来的缺省值“100”修改为“200”(相当于做了一次乘法运算)，显示值即与原来值一致。由于原先的轴端安装式测速传感器无法固定，使用时上下摇摆，实际测速值波动幅度达±5%，而且安装位置的上方的楼板有个洞，工人打扫卫生时，常常将冲洗水从洞口流下淌到测速传感器接线盒内使之损坏。采用国产返回皮带安装式测速传感器后，传感器运行稳定，实际测速值波动幅度仅±(1～2)%，反而提高了电子皮带秤的检测精确度。国产测速传感器的价格仅为进口的1/3左右，所以在大多数情况下是有可能用国产测速传感器替代进口测速传感器。 　　
　　4. 用三线制测速传感器替代两线制 测速传感器 　　
　　前述选矿厂的皮带秤用测速传感器已损坏，这台测速传感器是两线制，即与显示仪表只有两根连接线，由于这种测速传感器国内售价很贵，我们就想用国产三线制测速传感器替代，将三线制测速传感器的正电源、速度信号脉冲两根连线按要求仍接入显示仪表的正电源、速度信号脉冲两输入端，而将第三根连接线(电源地)接到称重传感器的电源地输入端(见图4)接好后，皮带秤显示仪表左上方的小光点又开始旋转运动，表示此时显示仪表可接收三线制测速传感器的信号，随后我们又在菜单的“Charact. Values”(速度传输系数)一栏中对速度显示值作了修正，电子皮带秤工作就恢复正常了。
5. 用变频器的脉冲输出替代测速传感器 　　
　　在某些称重给料机应用时，如果称重给料机皮带的驱动电机是由变频器控制的，由于变频器通常带FMP(脉冲波形输出)，在正常应用不存在皮带打滑及测量精确度要求不是很高的情况下，也可以用变频器FMP脉冲波形输出替代测速传感器接入显示仪表。应该注意的是，变频器的FMP脉冲波形输出并不是真正的皮带速度测量信号，而是称重给料机皮带驱动电机的控制给定信号，在不存在皮带打滑的情况下，两者数值是一致的。
　　　　综上所述，当我们较为透彻了解测速传感器的工作原理、信号类别及与显示仪表的关系后，就有可能根据现场情况灵活应用，以满足生产现场各种要求。
称重给料机皮带在水泥工业和重钙粉加工业的磨机的给料系统应用比较多的.介绍以下二种方案
　　 其一,水泥工业磨机用是工控机和模拟量输入输出模块和RS232/RS485通信模块远程PID实时控制，荷重信号为模拟量输入0-10V，模拟量输出为0-5V，用于触发可控硅电路用来调节控制电磁电振机电流，控制电磁电振机振动幅度以达到给料量调节，振动机给料下到定速运动的皮带上的再由此送到磨机入料口。用C语言开发，按磨机每小时的吨产量和几种物料配比作为基准为参数设定值进行 PID调节控制 。
　　 其二:石粉加工业磨机是S7-300及模拟模块、变频器、HMI组合控制，大致是也是按HMI输入台时产量及几种物料配比，荷重传感输入到S7-300的模拟模块 ，经过算法再用模拟模块控制变频器，调节皮带运输机（该机在荷重测量范围内）的转速。也为PID控制。物料桶（ 不在荷重计量范围）的下料口较小，物料直接压在皮带运输机，皮带运输机的运动就可来给料，该速度快慢来改变可改变各种物的给定量。