1概述

       隨著生產(chǎn)過程自動化水平的提高，過程儀表的維護(hù)和故障診斷技術(shù)發(fā)展到了一個新的階段，維護(hù)工作以往是儀表出了故障才維修或定期維修，而儀表出故障時影響生產(chǎn)過程正常運(yùn)行，甚至已經(jīng)造成巨大的損失。因此如何在線對過程儀表進(jìn)行故障檢測并診斷故障，減少甚至防止事故的產(chǎn)生是儀器儀表智能化要解決的一個重要問題。電子皮帶秤就是其中一個很好的應(yīng)用案例。

          電子皮帶秤可以有很多診斷內(nèi)容，電子皮帶秤至少也應(yīng)該包括接線自診斷功能，被測環(huán)境自診斷功能、皮帶秤傳感器自診斷功能等等。接線自診斷功能主要是相關(guān)接線的開路、短路診斷等；被測環(huán)境自診斷功能如環(huán)境溫度等參數(shù)可以檢測，除了可能出現(xiàn)高溫的應(yīng)用場合外，實(shí)際應(yīng)用意義不大，這可以省去；皮帶秤傳感器自診斷功能則非常重要，對電子皮帶秤來說也是最重要且最復(fù)雜的，pH計所測的幾個參數(shù)，與皮帶秤對應(yīng)的應(yīng)該是皮帶秤稱重傳感器阻抗的測定、皮帶秤測速傳感器阻抗的測定、稱重傳感器靈敏度的測定、稱重傳感器響應(yīng)時間的測定，這些應(yīng)該是可以做到的。

       在一些電子衡器產(chǎn)品中，上述功能有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，比如美國哈帝（Hardy）公司的稱重控制器具有IT?專利-故障智能診斷功能，由于IT芯片是直接安裝在接線盒里，可讀出每只稱重傳感器的電壓信號，可以對系統(tǒng)中任何一個稱重傳感器進(jìn)行診斷，當(dāng)需要進(jìn)行診斷時，芯片會發(fā)指令對每個稱重傳感器進(jìn)行一一查看，并發(fā)出mV信號對儀表進(jìn)行系統(tǒng)診斷。通過持續(xù)監(jiān)視稱重系統(tǒng)，對稱重系統(tǒng)進(jìn)行診斷，如果發(fā)現(xiàn)故障可給出故障信息及其發(fā)生的部位，從而節(jié)省了故障查找和檢修的時間。賽摩集團(tuán)6000系列皮帶秤儀表帶

 有較完善的故障自診斷功能，可對多路稱重傳感器故障、測速傳感器故障、系統(tǒng)內(nèi)部（CPU、存儲器、顯示器等）故障等進(jìn)行自診斷。當(dāng)然，電子皮帶秤也有其特殊的地方，需要采取一些與常規(guī)儀器儀表不同的故障檢測辦法，本文將闡述目前已經(jīng)有一些應(yīng)用的雙通道皮帶秤的工作原理、功能及其在故障在線自診斷中所起的作用。

2 雙通道皮帶秤的早期應(yīng)用

       雙通道皮帶秤最大特點(diǎn)就是在一條皮帶輸送機(jī)上安裝兩臺電子皮帶秤的秤架，現(xiàn)有資料中能查到的最早出現(xiàn)雙秤架的是1984年建成的挪威納爾維克海港高精確度電子皮帶秤貿(mào)易計量系統(tǒng)，在該港口大噸位皮帶輸送機(jī)上，同時裝有兩臺8組稱重托輥的計量電子皮帶秤，皮帶寬度2000mm，長度60m，額定輸送量是11000t/h。這兩臺計量電子皮帶秤有各自獨(dú)立的秤架、信號通道、皮帶秤儀表和操作選擇器等，而在兩臺秤之間還有一臺差分計數(shù)器，可對兩臺計量電子皮帶秤的稱重結(jié)果隨時進(jìn)行比較，要求偏差在±0.25%以內(nèi)。當(dāng)兩臺計量電子皮帶秤的稱重結(jié)果的偏差達(dá)到±0.25%時，要停機(jī)進(jìn)行檢查或調(diào)整，檢查或調(diào)整后再經(jīng)物料試驗(yàn)，所得到計量電子皮帶秤與標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)料斗秤的計量結(jié)果相差小于±0.1%才算合格，也才能繼續(xù)投入計量工作。對高精確度電子皮帶秤貿(mào)易計量系統(tǒng)來說，精度超差就代表了故障發(fā)生了，因此，當(dāng)出現(xiàn)精度超差時發(fā)出對系統(tǒng)進(jìn)行檢查或調(diào)整的信號，就代表了一個故障的檢測和診斷過程。

       在1982-1984年，幾乎是在挪威納爾維克海港1984年建成高精確度電子皮帶秤計量系統(tǒng)的同時，當(dāng)時的上海港七區(qū)（現(xiàn)為上海港煤炭裝卸公司）進(jìn)行了一場兩個廠家電子皮帶秤產(chǎn)品的比拼，一家是上海衡器廠生產(chǎn)的DBC-II型單托輥秤，一家是上海工業(yè)自動化儀表研究所研制的GGP-50型多托輥雙杠桿秤，兩家的產(chǎn)品裝在同一條皮帶輸送機(jī)上，以求客觀條件大體相同。這樣做的目的，是雙方都要爭誰的產(chǎn)品質(zhì)量好、穩(wěn)定性好、精度高。作為業(yè)主的上海港七區(qū)的技術(shù)人員，一方面從兩個產(chǎn)品的“比拼”中學(xué)到了很多東西，悟出了很多道理，另一方面又發(fā)覺如果只有一臺秤，很多電子皮帶秤初期出現(xiàn)的問題可能遲遲難以發(fā)現(xiàn)，往往要等到問題嚴(yán)重時才能察覺出來，而兩臺秤裝在一起有很多優(yōu)點(diǎn)，稱量得到的數(shù)據(jù)有個比較，有個參照物，可以及時發(fā)現(xiàn)秤的運(yùn)行狀況是否良好。

       在此之后的二十多年，上海港七區(qū)就一直采用雙秤架的技術(shù)用于港口煤炭的商業(yè)貿(mào)易計量（見圖1），與早期“產(chǎn)品比拼”不同的是，兩臺秤架的結(jié)構(gòu)形式、托輥組數(shù)都是一樣的。上海港采用的比較方式是對每一條船裝載完成后的兩個累計數(shù)值進(jìn)行比較，在港區(qū)控制室的操作員站上隨時可以查到這些數(shù)據(jù)。當(dāng)兩個累計值之間的誤差百分比值超過規(guī)定值(如1.0%)時，要對稱量系統(tǒng)進(jìn)行檢查或校驗(yàn)。由于船主通過水尺等方式可以判斷輪船已裝運(yùn)煤炭的大致數(shù)量，所以任何一次計量不準(zhǔn)都將引起異議。商業(yè)貿(mào)易計量的電子皮帶秤投運(yùn)初期，曾發(fā)生過數(shù)起爭執(zhí)，船主從自身利益最大化出發(fā)，希望多裝煤炭少交錢，常常有意挑起糾紛。糾紛的解決辦法是認(rèn)可船主的數(shù)字（往往比計量數(shù)據(jù)少百分之一二十）或復(fù)秤（即將已裝入輪船的煤炭全部卸到岸上，再用汽車裝車一車車送汽車衡重新計量）。如果只有單秤架，計量人員心中無底，往往無奈接受船主的數(shù)字。而有了雙秤架，計量人員胸有成竹，堅決采用復(fù)秤的方式，幾次復(fù)秤證明了雙秤架電子皮帶秤計量結(jié)果是完全正確的。在此之后，船主們承認(rèn)了雙秤架商業(yè)貿(mào)易計量電子皮帶秤的權(quán)威性。但計量人員也知道，權(quán)威性是需要堅實(shí)的技術(shù)實(shí)力作保證的，而雙秤架電子皮帶秤就是技術(shù)實(shí)力中最關(guān)鍵的部分。

    在 智能化儀器儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)中，提高儀器儀表和系統(tǒng)可靠性的重要方法是采用冗余技術(shù)，即同一部件雙重化配置甚至多重化配置，這通常是為了保障重要系統(tǒng)設(shè)備不停止運(yùn)轉(zhuǎn)而采取的一種技術(shù)措施。當(dāng)正常運(yùn)行時，一個部件投入運(yùn)行，而冗余配置的部件處于熱備用狀態(tài)；當(dāng)該部件發(fā)生故障時,冗余配置的部件自動接入并承擔(dān)故障部件的工作,由此可減少系統(tǒng)的故障時間。

     雙技術(shù)通道皮帶秤與冗余技術(shù)有類似之處，即雙通道皮帶秤是一種冗余技術(shù)，他對皮帶秤秤架部件作了雙重化配置，一個部件（秤架）損壞，另一個部件還可以使用，因此也可以減少系統(tǒng)的故障時間，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；但他又與一般的冗余技術(shù)有所不同，即當(dāng)正常運(yùn)行時，兩個部件（即兩臺秤架）都同時投入運(yùn)行，互相監(jiān)視，以便及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的故障。

     但遺憾的是，上世紀(jì)八十年代初現(xiàn)的雙秤架技術(shù)沒有得到國內(nèi)外廠家及用戶的重視，在隨后的十多年內(nèi)幾乎沒有再看到類似的應(yīng)用。

3 雙通道皮帶秤的后期應(yīng)用

     九十年代國內(nèi)廠家又研制出ICS-SXF系列雙秤架電子皮帶秤，它由兩個皮帶秤秤架（包括4托輥懸浮式秤架、稱重傳感器）、皮帶秤速度傳感器和一臺皮帶秤稱重顯示控制器等組成，兩個秤架構(gòu)成了雙秤架電子皮帶秤的前后兩個稱重單元。在稱量過程中每個稱重單元都把另一個稱重單元的測量結(jié)果與自己的測量結(jié)果進(jìn)行比較，如果差值沒有超過允許的誤差，則顯示兩個稱重單元的平均值；如果差值超過了允許的誤差，則各自顯示其結(jié)果，同時發(fā)出超差報警信號，如果一個稱重單元發(fā)生故障，則顯示另一個無故障稱重單元的數(shù)據(jù)。

　　銅陵三愛思電子有限公司在高精度的電子皮帶秤貿(mào)易計量系統(tǒng)中采用了雙秤架系統(tǒng)，即兩臺三托輥懸浮式 秤架，從而可以隨時比對兩臺秤架之間的計量數(shù)據(jù)，一旦計量數(shù)據(jù)差值超過預(yù)先規(guī)定的值并得到確認(rèn)的話，就需要停止計量并對秤架系統(tǒng)進(jìn)行檢查。檢查計量差值時，由于兩臺秤中間間隔5組托輥，如物料從皮帶秤秤架1移動到皮帶秤秤架2對應(yīng)部位的運(yùn)行時間為t(s)，那末實(shí)際比較時秤架2的目前信號是與t時間前秤架1的信號比較。三愛思公司貿(mào)易計量系統(tǒng)雙通道電子皮帶秤的計量精度是0.25%，而能夠達(dá)到這一精度指標(biāo)的重要措施之一就是雙秤架技術(shù)。

        賽摩集團(tuán)在給煤機(jī)設(shè)計時采用了兩個單托輥秤架，兩個秤架的稱重傳感器輸出信號接入同一臺儀表，兩臺計量秤可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以合成一臺秤進(jìn)行計量。

      運(yùn)行時，兩臺計量秤進(jìn)行實(shí)時比對，如兩秤稱量值偏差過大，二次儀表將自動檢測兩臺秤的稱重傳感器輸出信號，如某個稱重傳感器輸出信號異常，則使用該稱重傳感器的秤可能有問題，將及時給出報警示。此時系統(tǒng)將采用稱重傳感器輸出正常的秤作為給煤機(jī)稱重控制信號源，從而增加了給煤機(jī)運(yùn)行的可靠性。

　　賽摩集團(tuán)在物料連續(xù)稱重的皮帶秤上開發(fā)了一種雙橋稱重裝置，該裝置由連接皮帶秤秤架的多組雙路信號輸出稱重傳感器模塊、兩路皮帶秤測速傳感器和雙通道皮帶秤儀表組成，皮帶秤儀表與多組雙路信號輸出稱重傳感器模塊、兩路測速傳感器相連接，其工作原理如下：雙橋皮帶秤實(shí)際只有一個秤架，但稱重傳感器可輸出兩組獨(dú)立的稱重信號，在物料輸送過程中，通過皮帶秤儀表對兩組輸出信號分別進(jìn)行實(shí)時在線比對，當(dāng)其中一組出現(xiàn)異常時，二次儀表會及時判斷并顯示正常的輸送量，系統(tǒng)不需要停機(jī)，輸送過程也不中斷。兩路速度信號也進(jìn)行類似的處理，剔除其中的異常信號并報警，輸送過程也不中斷。這并不是嚴(yán)格意義上的雙秤架，所以對秤架部分引起的故障無法實(shí)現(xiàn)故障檢測及診斷，他只相當(dāng)于對稱重傳感器模塊、皮帶秤測速傳感器作了部分冗余。

4 雙秤架與皮帶秤的在線自診斷

        皮帶秤主要由秤架、皮帶秤稱重傳感器、皮帶秤測速傳感器、皮帶秤儀表及電氣線路組成，皮帶秤的在線自診斷內(nèi)容應(yīng)該包括以上5個部分。

        一部分診斷內(nèi)容，如秤架部分主要是機(jī)械部件，目前還難以直接進(jìn)行自診斷；其余部分涉及電氣部分，似乎可以設(shè)法進(jìn)行自我診斷，如概述部分的相關(guān)接線的開路、短路診斷，稱重傳感器診斷，而皮帶秤儀表的診斷是很多智能儀表原來就開發(fā)的功能。

        因此，皮帶秤的在線自診斷要做到全面診斷，必須包括對機(jī)械部件秤架的診斷。當(dāng)然，通過對稱重傳感器輸出mV信號的監(jiān)測，例如mV信號過大或過小可以診斷秤架卡死、嚴(yán)重超載等極限“硬”故障，而對一般僅僅是測量精度稍稍降低、秤架積灰等“軟”故障則無能為力。

        而雙秤架的使用為皮帶秤全面在線自診斷創(chuàng)造了條件，因?yàn)樗容^的是每個秤架所代表的計量系統(tǒng)最終數(shù)據(jù)，而這個數(shù)據(jù)是綜合反映了秤架、稱重傳感器、位移傳感器、皮帶秤儀表及電氣線路這五部分的狀況，這五個部分不論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)一點(diǎn)問題，都會在計量系統(tǒng)最終數(shù)據(jù)上有所反應(yīng)。也就是說，一旦兩臺秤計量數(shù)據(jù)差值超過預(yù)先規(guī)定的值并得到確認(rèn)的話，至少兩臺秤中的一臺存在故障，因?yàn)轭A(yù)先規(guī)定的值通常比較小（如0.5%或1.0%），所以故障存續(xù)的時間應(yīng)該很短，即故障剛出現(xiàn)，或者說，故障的苗頭剛出現(xiàn)，我們就可以判斷出來。

       由于皮帶秤的大多數(shù)故障，例如計量不準(zhǔn)、稱重傳感器性能變差等一時難以察覺，往往要經(jīng)過一段較長時間因計量數(shù)據(jù)出入太大或重新校準(zhǔn)時才能發(fā)現(xiàn)，但為時已晚，錯誤已經(jīng)存在一段時間，損失已經(jīng)造成。而雙秤架的使用可以說是對皮帶秤早期出現(xiàn)的微小故障進(jìn)行診斷，從而可及時發(fā)現(xiàn)，盡量減少因故障造成的損失。

       在故障檢測技術(shù)中包括故障發(fā)現(xiàn)、故障定位、故障隔離和故障報警。雙秤架的使用目前還只能做到故障發(fā)現(xiàn)，如果與和其他診斷手段相結(jié)合，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)部分故障定位，與前所述，通常在其他可以用電氣方式診斷的故障內(nèi)容被否定之后，就可以判斷故障部位在秤架。

5 結(jié)束語

       過程儀器儀表的故障檢測及故障自診斷技術(shù)已經(jīng)引起常規(guī)工業(yè)自動化儀器儀表的高度重視，有的智能儀器儀表還推出了預(yù)測維護(hù)技術(shù)。與之相比，電子衡器產(chǎn)品在這方面的發(fā)展還比較滯后，類似雙秤架技術(shù)這類初步具有一些故障檢測及故障自診斷功能的電子衡器產(chǎn)品還需要我們深入研究，以便進(jìn)一步完善這些功能。在很多企業(yè)新開發(fā)的產(chǎn)品中，也應(yīng)將故障檢測及故障自診斷技術(shù)列入開發(fā)內(nèi)容。

參考資料：

[1] 厲達(dá)，何福勝.皮帶秤技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.衡器，2008.5，P1~8

[2] 山西新元自動化儀表有限公司網(wǎng)站資料。

[3]徐厚勝.淺談電子皮帶秤的貿(mào)易計量及檢驗(yàn)。第八屆全國稱重技術(shù)研討會論文集