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稱重式料位計介紹：

一種稱重式料位計，包括料倉，稱量轉(zhuǎn)換器，其特征在于還有在料倉裙邊，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(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，測量精度高，穩(wěn)定安全性高。

稱重式料位計主要適應(yīng)范圍：

將物料與漏斗或槽等容器一起進(jìn)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(jù)重量與體積的關(guān)系，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(jìn)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(yīng)變片壓力傳感器。應(yīng)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，并且要定期檢查應(yīng)變片。容器的重量和其他設(shè)備連接部分的壓力會導(dǎo)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制：

在煤炭生產(chǎn)利用過程中大量使用筒倉、料斗等存儲煤炭,需要及時掌握各煤倉的存儲數(shù)量,從而隨時調(diào)整控制煤炭生產(chǎn)利用過程中物料的供給。受煤炭本身粒度不均,并伴有水分、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(yè)長期未能解決的問題。國內(nèi)外目前用于測量固體料位的方法主要分為兩大類:

一類是非連續(xù)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(shù)變化來判斷物料的有無。由于煤炭粉塵、水分、煤層氣等因素的變化經(jīng)常導(dǎo)致介電常數(shù)的變化,從而使其出現(xiàn)誤動作。另外,這種方式很難滿足實時測量和控制的要求。另一類是連續(xù)測量,主要有超聲波、雷達(dá)、重錘法幾種。超聲波和雷達(dá)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(qū),成本較高。重錘式料位計原理上不受環(huán)境因素的影響,在測量煤倉、料斗等的料位上比較合適。由于現(xiàn)有產(chǎn)品并不能很好地適應(yīng)煤炭生產(chǎn)利用的環(huán)境,使用中還存在一些問題,限制了其在煤炭行業(yè)的推廣應(yīng)用。本文在廣泛調(diào)研和分析國內(nèi)外現(xiàn)有料位計的基礎(chǔ)上,研制出了一種基于稱重信號的防爆智能重錘料位計,并在實際中得到成功應(yīng)用。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)電一體化產(chǎn)品,具有獨立的控制系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng),能夠定時連續(xù)測量煤倉料位,并具有就地/遠(yuǎn)程數(shù)字顯示、可編程控制、上下限聲光報警等功能;系統(tǒng)通過多功能總線適配卡與各類現(xiàn)場總線連接通訊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。其結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)內(nèi)部組成原理如圖2所示。它主要由重錘、稱重傳感器、稱重數(shù)據(jù)處理模塊、軸編碼器、鋼絲及鋼絲繞輪、防爆電機(jī)、傳動控制部分、事務(wù)處理單片機(jī)、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、控制、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?？刂葡到y(tǒng)主要包括配電、精密電源、隔離環(huán)節(jié)、固態(tài)繼電器、顯示器、可編程控制器及單片煤礦用智能稱重式料位計的研制97等。

通訊部分主要包括電機(jī)控制PLC與事務(wù)處理單片機(jī)之間的通信以及料位計儀表通過485通訊方式與上位機(jī)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸,根據(jù)常用現(xiàn)場總線的通訊協(xié)議,提供各種常用現(xiàn)場總線適配卡,方便用戶的組網(wǎng)。

圖1料位計結(jié)構(gòu)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(jī)首先檢測重錘是否位于初始位置,若重錘不在初始位置,則控制系統(tǒng)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn),使重錘回到初始位置。定時器T1中斷延時一定時間(根據(jù)工況要求),電機(jī)旋轉(zhuǎn),重錘下放,同時編碼器將計數(shù)脈沖送到89C51的外中斷int1進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)重錘觸及物料時,稱重傳感器的輸出突然減小,產(chǎn)生的電平跳變送給可編程控制器P111G的外中斷int0,P111G接到這一信號后,發(fā)出指令停電動機(jī),并通知事務(wù)處理單片機(jī)89C51停止計數(shù),經(jīng)計算后送出所測量的料位高度。然后反轉(zhuǎn)電動機(jī),上提重錘。重錘回到起始位置后,主程序轉(zhuǎn)為待測狀態(tài),從而完成一次測量過程,并為下一次的測量做好準(zhǔn)備。系統(tǒng)按照以上循環(huán)連續(xù)工作,實現(xiàn)料位的定時連續(xù)測量,并將得到的煤倉料位加以顯示和傳輸。

2控制與事務(wù)處理模塊設(shè)計從前面的論述可以看出,為了準(zhǔn)確測量重錘的位置及料位,稱重式重錘料位計必須一直監(jiān)視重錘懸重信號和繞輪的編碼器信號。編碼器信號是數(shù)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一直采樣并監(jiān)視。在儀器運行過程中,還有一些信號需要CPU及時響應(yīng),如控制電動機(jī)、中斷申請、向打印機(jī)送數(shù)據(jù)、LCD顯示狀態(tài)的查詢、鍵盤的處理、管理計算機(jī)系統(tǒng)通信的響應(yīng)等。顯然,當(dāng)CPU響應(yīng)其他工作請求時,就有可能漏掉對懸重信號的監(jiān)測。為此,本設(shè)計采用了雙CPU結(jié)構(gòu),一個CPU負(fù)責(zé)測量與控制,一個CPU負(fù)責(zé)事務(wù)處理及通信。測量與控制CPU主要負(fù)責(zé)信號的采集和運行狀態(tài)的指示,負(fù)責(zé)發(fā)送指令、向操作人員提示重錘狀態(tài);事務(wù)處理及通信CPU主要負(fù)責(zé)操作管理、信息提示、測量結(jié)果顯示、打印、數(shù)據(jù)保存以及與管理計算機(jī)的數(shù)據(jù)通信,兩個CPU之間通過信息交換接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。為了保證系統(tǒng)的可靠98潔凈煤技術(shù)2005年第11卷第3期性,儀器中設(shè)計了監(jiān)控電路,包含工作電壓監(jiān)控和WatchDog等功能,同時對2個CPU實施保護(hù)。本智能儀器中測量與控制采用微型可編程控制器P111G,事務(wù)處理及通信選用單片機(jī)89C51,如圖2所示。系統(tǒng)軟件采用按功能模塊化設(shè)計,全部用C51編寫。本系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集模塊、料位運算模塊、報警模塊等幾部分。程序抗干擾主要采用了軟件陷阱、指令冗余、關(guān)鍵查詢、數(shù)字濾波等措施,確保了系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)不斷的運行,若程序跑飛能有效捕捉,使系統(tǒng)復(fù)位,程序從頭執(zhí)行。有關(guān)程序的詳細(xì)內(nèi)容不再贅述。

3料位計的性能測試

稱重式重錘料位計經(jīng)過總體設(shè)計,確定主要性能參數(shù)如下:

料位測量范圍:0~50m;

工作電壓:DC24V,AC380V,AC127V;

測量誤差:小于?2mm/m;

輸出信號形式:開關(guān)量、模擬量;

顯示型式:就地數(shù)碼管顯示及遠(yuǎn)程同步顯示;

防護(hù)等級:IP54;

防爆等級:防爆兼本安。

組裝、調(diào)試完成后,首先在實驗室內(nèi)進(jìn)行了大量的實驗測試,實驗過程中,電動機(jī)按照設(shè)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制系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)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(dāng)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。短暫延時后,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;回到初始位置后,重錘的受力變?yōu)殪o止時的載荷,重錘的位移變?yōu)榱恪?/span>

大量實驗研究及現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,稱重式重錘料位計能夠定時、連續(xù)測量料倉料位,并可以實時顯示料倉深度;同時料位超過限定位置或設(shè)備出現(xiàn)故障時,可發(fā)出聲光報警,并可通過數(shù)據(jù)通信接口將測量結(jié)果上傳給管理計算機(jī),因此具備了智能儀器的基本功能,初步表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果。

4結(jié)論

筆者對稱重式重錘料位計進(jìn)行了總體方案設(shè)計和元部件選型,并根據(jù)功能需求對整個裝置的軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和開發(fā),最后對整個裝置進(jìn)行了組裝調(diào)試和性能實驗。結(jié)果表明:該料位計結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,性能可靠,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。較好地解決制約煤炭等生產(chǎn)過程自動化的瓶頸環(huán)節(jié),因此該料位計具有很好的推廣應(yīng)用價值。

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