称重式料位计介绍：

一种称重式料位计，包括料仓，称量转换器，其特征在于还有在料仓裙边，方装有荷重传感器，活动支撑，防跑偏装置或者荷重传感器，活动支撑。其优点结构简单，成本低，测量精度高，稳定安全性高。

称重式料位计主要适应范围：

将物料与漏斗或槽等容器一起进行重量测量，测出的重量减去容器的重量即可得出物料的重量，再根据重量与体积的关系，换算出物料的料位。此处容器重量称为毛重。重量测量是指在底部安装多个重量传感器，通过运算部分进行加法运算，得到的总重量再减去毛重。传感器一般使用电阻应变片压力传感器。应用此方式时需注意，测量粉状物和颗粒物的重量时还包含水份的重量，并且要定期检查应变片。容器的重量和其他设备连接部分的压力会导致测量误差，为了能够精确测量重量，采用弹性连接等方式。

煤矿用智能称重式料位计的研制：

在煤炭生产利用过程中大量使用筒仓、料斗等存储煤炭,需要及时掌握各煤仓的存储数量,从而随时调整控制煤炭生产利用过程中物料的供给。受煤炭本身粒度不均,并伴有水分、粉尘、瓦斯等因素的影响,煤仓料位特别是井下原煤仓料位的测量一直是煤炭行业长期未能解决的问题。国内外目前用于测量固体料位的方法主要分为两大类:

一类是非连续测量方法,主要有电极、放射和电容法,常用的是电容法,通过测量探头周围介电常数变化来判断物料的有无。由于煤炭粉尘、水分、煤层气等因素的变化经常导致介电常数的变化,从而使其出现误动作。另外,这种方式很难满足实时测量和控制的要求。另一类是连续测量,主要有超声波、雷达、重锤法几种。超声波和雷达料位计会受到煤仓煤炭粒度不均、粉尘等的影响,存在测量盲区,成本较高。重锤式料位计原理上不受环境因素的影响,在测量煤仓、料斗等的料位上比较合适。由于现有产品并不能很好地适应煤炭生产利用的环境,使用中还存在一些问题,限制了其在煤炭行业的推广应用。本文在广泛调研和分析国内外现有料位计的基础上,研制出了一种基于称重信号的防爆智能重锤料位计,并在实际中得到成功应用。

1系统结构及工作原理

笔者提出的称重式重锤料位计是一个典型的机电一体化产品,具有独立的控制系统和事务处理系统,能够定时连续测量煤仓料位,并具有就地/远程数字显示、可编程控制、上下限声光报警等功能;系统通过多功能总线适配卡与各类现场总线连接通讯,实现数据共享。其结构如图1所示,系统内部组成原理如图2所示。它主要由重锤、称重传感器、称重数据处理模块、轴编码器、钢丝及钢丝绕轮、防爆电机、传动控制部分、事务处理单片机、电源模块、二次显示仪表等组成。从电气部分来说主要包括检测、控制、通讯3大部分。检测部分主要包括称重传感器,轴编码器,信号采集及处理单元等组成。控制系统主要包括配电、精密电源、隔离环节、固态继电器、显示器、可编程控制器及单片煤矿用智能称重式料位计的研制97等。

通讯部分主要包括电机控制PLC与事务处理单片机之间的通信以及料位计仪表通过485通讯方式与上位机进行的数据传输,根据常用现场总线的通讯协议,提供各种常用现场总线适配卡,方便用户的组网。

图1料位计结构示意

图2料位计组成原理示意

煤仓料位计开始工作时,89C51单片机首先检测重锤是否位于初始位置,若重锤不在初始位置,则控制系统控制电机旋转,使重锤回到初始位置。定时器T1中断延时一定时间(根据工况要求),电机旋转,重锤下放,同时编码器将计数脉冲送到89C51的外中断int1进行计数。当重锤触及物料时,称重传感器的输出突然减小,产生的电平跳变送给可编程控制器P111G的外中断int0,P111G接到这一信号后,发出指令停电动机,并通知事务处理单片机89C51停止计数,经计算后送出所测量的料位高度。然后反转电动机,上提重锤。重锤回到起始位置后,主程序转为待测状态,从而完成一次测量过程,并为下一次的测量做好准备。系统按照以上循环连续工作,实现料位的定时连续测量,并将得到的煤仓料位加以显示和传输。

2控制与事务处理模块设计从前面的论述可以看出,为了准确测量重锤的位置及料位,称重式重锤料位计必须一直监视重锤悬重信号和绕轮的编码器信号。编码器信号是数字信号,可以采用中断方式接收,但悬重信号是模拟

信号,必须由CPU一直采样并监视。在仪器运行过程中,还有一些信号需要CPU及时响应,如控制电动机、中断申请、向打印机送数据、LCD显示状态的查询、键盘的处理、管理计算机系统通信的响应等。显然,当CPU响应其他工作请求时,就有可能漏掉对悬重信号的监测。为此,本设计采用了双CPU结构,一个CPU负责测量与控制,一个CPU负责事务处理及通信。测量与控制CPU主要负责信号的采集和运行状态的指示,负责发送指令、向操作人员提示重锤状态;事务处理及通信CPU主要负责操作管理、信息提示、测量结果显示、打印、数据保存以及与管理计算机的数据通信,两个CPU之间通过信息交换接口进行数据的传递。为了保证系统的可靠98洁净煤技术2005年第11卷第3期性,仪器中设计了监控电路,包含工作电压监控和WatchDog等功能,同时对2个CPU实施保护。本智能仪器中测量与控制采用微型可编程控制器P111G,事务处理及通信选用单片机89C51,如图2所示。系统软件采用按功能模块化设计,全部用C51编写。本系统软件分为主控模块、初始化模块、显示模块、定时器T1中断模块、称重传感器中断模块、编码器数据采集模块、料位运算模块、报警模块等几部分。程序抗干扰主要采用了软件陷阱、指令冗余、关键查询、数字滤波等措施,确保了系统能在恶劣的环境下连续不断的运行,若程序跑飞能有效捕捉,使系统复位,程序从头执行。有关程序的详细内容不再赘述。

3料位计的性能测试

称重式重锤料位计经过总体设计,确定主要性能参数如下:

料位测量范围:0~50m;

工作电压:DC24V,AC380V,AC127V;

测量误差:小于?2mm/m;

输出信号形式:开关量、模拟量;

显示型式:就地数码管显示及远程同步显示;

防护等级:IP54;

防爆等级:防爆兼本安。

组装、调试完成后,首先在实验室内进行了大量的实验测试,实验过程中,电动机按照设定的程序起动释放探测重锤,验证对不同高度的测量精度和整个控制系统的灵敏度和稳定性。图3、图4分别给出了称重传感器受力、重锤位移的变化曲线。

图3测量过程称重传感器受力变化曲线

图4测量过程重锤位移变化曲线

开始下放重锤时,称重传感器的受力比静止时的受力有所减少,重锤的位移在线性增加;当称重传感器的受力突然减少到接近零,重锤的位移增加到最大值。短暂延时后,重锤上提,称重传感器的受力比静止时的受力有所增加,重锤的位移按线性减少;回到初始位置后,重锤的受力变为静止时的载荷,重锤的位移变为零。

大量实验研究及现场应用结果表明,称重式重锤料位计能够定时、连续测量料仓料位,并可以实时显示料仓深度;同时料位超过限定位置或设备出现故障时,可发出声光报警,并可通过数据通信接口将测量结果上传给管理计算机,因此具备了智能仪器的基本功能,初步表现出良好的应用效果。

4结论

笔者对称重式重锤料位计进行了总体方案设计和元部件选型,并根据功能需求对整个装置的软件进行了结构设计和开发,最后对整个装置进行了组装调试和性能实验。结果表明:该料位计结构设计合理,性能可靠,数据准确。较好地解决制约煤炭等生产过程自动化的瓶颈环节,因此该料位计具有很好的推广应用价值。

 

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