一 概述
從稱(chēng)重原理可知，電子皮帶秤所測(cè)量物料的瞬時(shí)流量的大小取決于兩個(gè)參數(shù)，即瞬時(shí)流量等于稱(chēng)重傳感器測(cè)量的承載器上物料負(fù)荷值q（kg/m）和測(cè)速傳感器測(cè)量的皮帶速度值v（m/s）兩個(gè)參數(shù)相乘所得，即：w（t）=qv
由此可見(jiàn)，測(cè)速傳感器的測(cè)量精確度和穩(wěn)定性與稱(chēng)重傳感器的測(cè)量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。目前稱(chēng)重傳感器的精確度普遍提高到萬(wàn)分之幾，而測(cè)速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測(cè)速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。
測(cè)速傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)入顯示儀表后，通常以3種方式完成與稱(chēng)重傳感器信號(hào)的相乘運(yùn)算。第一種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成 0～10V DC模擬信號(hào)，并作為稱(chēng)重傳感器的供橋電壓，在稱(chēng)重傳感器內(nèi)實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算；第二種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成模擬（或數(shù)字）信號(hào)，與稱(chēng)重傳感器放大后的模擬（或數(shù)字）信號(hào)在專(zhuān)用的乘法器里進(jìn)行乘法運(yùn)算；第三種方式是測(cè)速脈沖信號(hào)整形后直接作為顯示儀表中累加器的觸發(fā)信號(hào)，每接受一個(gè)測(cè)速脈沖信號(hào)，累加器就對(duì)稱(chēng)重傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行一次采樣，皮帶速度越快，累加器采樣的次數(shù)越多，采樣值不斷累加，因而以數(shù)字方式實(shí)行了乘法運(yùn)算。
在電子皮帶秤使用過(guò)程中，涉及測(cè)速傳感器的問(wèn)題不少，但由于介紹這方面的資料極少，用戶(hù)碰到這些問(wèn)題往往束手無(wú)策。作者根據(jù)自身工作中的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)列舉一些解決問(wèn)題的辦法，希望能對(duì)讀者解決這類(lèi)問(wèn)題有所借鑒。
二 常用的測(cè)速傳感器
電子皮帶秤上所用測(cè)速傳感器目前主要有磁阻脈沖式、光電脈沖式兩類(lèi)。模擬式測(cè)速發(fā)電機(jī)式測(cè)速傳感器早已不再使用，取而代之的是上述兩種輸出脈沖信號(hào)的數(shù)字式測(cè)速傳感器。
1. 磁阻脈沖式測(cè)速傳感器
磁阻脈沖式測(cè)速傳感器中，線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測(cè)件連接而運(yùn)動(dòng)的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，改變了磁路的磁阻，因而改變了貫通線圈的磁通，在線圈中產(chǎn)生了感生電勢(shì)。磁阻脈沖式測(cè)速傳感器從結(jié)構(gòu)上看有開(kāi)磁路和閉磁路兩種。
在一個(gè)П型永久磁鐵上裝有兩個(gè)相互串聯(lián)的感應(yīng)線圈，滾輪與皮帶直接摩擦旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)等分齒輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)确铸X輪的凸起部分與磁極相對(duì)時(shí)，回路磁通最大，當(dāng)?shù)确铸X輪的凹陷部分與磁極相對(duì)時(shí)，回路磁通最小，感應(yīng)線圈上便感應(yīng)隨磁通變化的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓變化的頻率f與皮帶速度v成正比。這種測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)幅度小。
當(dāng)皮帶運(yùn)行時(shí)，通過(guò)摩擦使?jié)L輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁杯轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁杯及定子磁杯相對(duì)安裝，其圓周端面上都均勻地銑出多個(gè)齒槽。當(dāng)兩個(gè)磁杯的凸齒相對(duì)時(shí)，磁通最大，當(dāng)兩個(gè)磁杯的凸凹齒相對(duì)時(shí)，磁通最小，從而在線圈中感應(yīng)出隨磁通而變化的感應(yīng)電壓。
閉磁路測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封性能好，輸出信號(hào)幅值大。磁阻脈沖式測(cè)速傳感器用于高轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，因磁路磁滯影響，使線圈中感應(yīng)電壓太小而不易測(cè)量。
2. 光電脈沖式測(cè)速傳感器
光電脈沖式測(cè)速傳感器由裝在輸入軸上的開(kāi)孔圓盤(pán)、光源、光敏元件等組成。當(dāng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，由光源發(fā)射的光通過(guò)開(kāi)孔圓盤(pán)上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。圓盤(pán)上的孔可以是1個(gè)或多個(gè)，取決于設(shè)備要求的脈沖數(shù)。
三 應(yīng)用測(cè)速傳感器的實(shí)例
1. 停用測(cè)速傳感器
對(duì)不調(diào)速的皮帶輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，皮帶速度的變化量大致為±（0.3～0.5）%，這取決于供電電源頻率、電源電壓及負(fù)荷率，其中，供電電源頻率影響最大。但對(duì)于由大電網(wǎng)供電的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，由于電網(wǎng)電源頻率相當(dāng)穩(wěn)定，所以通常皮帶速度的變化率小于±0.2%。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)早、中、晚多次測(cè)量不同負(fù)載率情況下的皮帶速度，其變化均小于±0.2%。
據(jù)美國(guó)賽摩拉姆齊公司推薦：當(dāng)皮帶速度變化超過(guò)±0.2%或稱(chēng)重精確度要求高于±0.5%時(shí)，應(yīng)該采用測(cè)速傳感器。反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)皮帶速度變化小于±0.2%或稱(chēng)重精確度要求低于±0.5%時(shí)，則可以考慮不用測(cè)速傳感器，那么在電子皮帶秤整個(gè)系統(tǒng)里是用什么樣的方式替代測(cè)速傳感器的信號(hào)呢？
在幾乎所有的電子皮帶秤的顯示儀表里都有這樣一個(gè)功能，即內(nèi)脈沖、外脈沖選擇功能。當(dāng)選擇外脈沖時(shí)，由安裝在皮帶輸送機(jī)上的測(cè)速傳感器向顯示儀表提供脈沖信號(hào)；當(dāng)選擇內(nèi)脈沖時(shí)，則由顯示儀表本機(jī)內(nèi)的信號(hào)脈沖源提供脈沖信號(hào)。
我們?cè)谝粋€(gè)選礦廠參觀時(shí)看到一臺(tái)關(guān)鍵的計(jì)量皮帶秤已經(jīng)停用，詢(xún)問(wèn)原因才知道是測(cè)速傳感器損壞造成的，因購(gòu)買(mǎi)備品備件困難而暫時(shí)棄用。我們讓用戶(hù)給顯示儀表供電并調(diào)用菜單，當(dāng)調(diào)到“Tacho. Active?”（測(cè)速傳感器有效?）時(shí)，我們看到可以選擇“yes”或“no”（這里“yes”表示由安裝在皮帶輸送機(jī)上的測(cè)速傳感器向顯示儀表提供脈沖信號(hào)，“no”則表示由顯示儀表本機(jī)內(nèi)的信號(hào)脈沖源提供脈沖信號(hào)），當(dāng)我們將選擇由“yes”改為“no” 以后，又在菜單的下一步“Nominal Speed”（額定速度）中設(shè)置了實(shí)際速度值，皮帶秤顯示儀表左上方的小光點(diǎn)又開(kāi)始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，表示有測(cè)速信號(hào)，皮帶秤又重新開(kāi)始工作了。
一兩天以后，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員又有了新的煩惱，當(dāng)皮帶機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，由于皮帶上有剩余物料或皮帶不均勻皮重造成顯示儀表仍在緩慢跳字，造成不運(yùn)物料而積算器仍不斷累積。我們又出了兩個(gè)主意：一是將小信號(hào)切除值（物料瞬時(shí)流量低于此值，積算器不再累積）適當(dāng)抬高，二是將皮帶輸送機(jī)電氣運(yùn)行觸點(diǎn)接入顯示儀表的供電回路，當(dāng)皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，顯示儀表的電源也就斷開(kāi)了。當(dāng)然這只是權(quán)宜之計(jì)，長(zhǎng)時(shí)間還是要采取更可靠的方法。
2. 測(cè)速傳感器的元件替換
某工廠原使用由OMRON旋轉(zhuǎn)編碼器組裝的測(cè)速傳感器，其分辨力是1024P/r（P—脈沖），因旋轉(zhuǎn)編碼器損壞需要更換，由于要與原有測(cè)速滾輪相配，希望使用原有型號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器，而原有型號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器早已淘汰，外形尺寸一致的現(xiàn)有產(chǎn)品分辨力不是1024P/r，而是1000P/r，用戶(hù)一直不敢買(mǎi)。我們了解情況后告訴用戶(hù)可以使用1000P/r的旋轉(zhuǎn)編碼器，并讓用戶(hù)在量程標(biāo)定時(shí)適當(dāng)作些調(diào)整即可。因?yàn)樾D(zhuǎn)編碼器的分辨力雖然降低了2.4% （相當(dāng)于速度信號(hào)測(cè)量值小了2.4%），但通過(guò)調(diào)整量程系數(shù)（如將量程系數(shù)增大2.4%）是可以補(bǔ)償回來(lái)的。
3. 用國(guó)產(chǎn)測(cè)速傳感器替代進(jìn)口產(chǎn)品
進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)電子皮帶秤的測(cè)速傳感器通常都是輸出脈沖信號(hào)的，因而有可能使用國(guó)產(chǎn)測(cè)速傳感器替代進(jìn)口產(chǎn)品。在某工廠使用了一臺(tái)西門(mén)子公司MSI電子皮帶秤，由于隨機(jī)帶來(lái)的MD-256軸端安裝式測(cè)速傳感器進(jìn)水損壞，送廠家修理需3個(gè)月才能從國(guó)外返回。我們采用國(guó)產(chǎn)CS-40返回皮帶安裝式光電測(cè)速傳感器替代，此時(shí)顯示儀表顯示速度值為0.634m/s，正好是原先顯示速度1.268m/s的一半，我們就調(diào)出菜單，在“速度常數(shù)P015”中將原來(lái)的缺省值 “100”修改為“200”（相當(dāng)于做了一次乘法運(yùn)算），顯示值即與原來(lái)值一致。由于原先的軸端安裝式測(cè)速傳感器無(wú)法固定，使用時(shí)上下?lián)u擺，實(shí)際測(cè)速值波動(dòng)幅度達(dá)±5%，而且安裝位置的上方的樓板有個(gè)洞，工人打掃衛(wèi)生時(shí)，常常將沖洗水從洞口流下淌到測(cè)速傳感器接線盒內(nèi)使之損壞。采用國(guó)產(chǎn)返回皮帶安裝式測(cè)速傳感器后，傳感器運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)際測(cè)速值波動(dòng)幅度僅±（1～2）%，反而提高了電子皮帶秤的檢測(cè)精確度。國(guó)產(chǎn)測(cè)速傳感器的價(jià)格僅為進(jìn)口的1/3左右，所以在大多數(shù)情況下是有可能用國(guó)產(chǎn)測(cè)速傳感器替代進(jìn)口測(cè)速傳感器。
4. 用三線制測(cè)速傳感器替代兩線制 測(cè)速傳感器
前述選礦廠的皮帶秤用測(cè)速傳感器已損壞，這臺(tái)測(cè)速傳感器是兩線制，即與顯示儀表只有兩根連接線，由于這種測(cè)速傳感器國(guó)內(nèi)售價(jià)很貴，我們就想用國(guó)產(chǎn)三線制測(cè)速傳感器替代，將三線制測(cè)速傳感器的正電源、速度信號(hào)脈沖兩根連線按要求仍接入顯示儀表的正電源、速度信號(hào)脈沖兩輸入端，而將第三根連接線（電源地）接到稱(chēng)重傳感器的電源地輸入端（見(jiàn)圖4）接好后，皮帶秤顯示儀表左上方的小光點(diǎn)又開(kāi)始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，表示此時(shí)顯示儀表可接收三線制測(cè)速傳感器的信號(hào)，隨后我們又在菜單的“Charact. Values”（速度傳輸系數(shù)）一欄中對(duì)速度顯示值作了修正，電子皮帶秤工作就恢復(fù)正常了。
5. 用變頻器的脈沖輸出替代測(cè)速傳感器
在某些稱(chēng)重給料機(jī)應(yīng)用時(shí)，如果稱(chēng)重給料機(jī)皮帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是由變頻器控制的，由于變頻器通常帶FMP（脈沖波形輸出），在正常應(yīng)用不存在皮帶打滑及測(cè)量精確度要求不是很高的情況下，也可以用變頻器FMP脈沖波形輸出替代測(cè)速傳感器接入顯示儀表。應(yīng)該注意的是，變頻器的FMP脈沖波形輸出并不是真正的皮帶速度測(cè)量信號(hào)，而是稱(chēng)重給料機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制給定信號(hào)，在不存在皮帶打滑的情況下，兩者數(shù)值是一致的。
綜上所述，當(dāng)我們較為透徹了解測(cè)速傳感器的工作原理、信號(hào)類(lèi)別及與顯示儀表的關(guān)系后，就有可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活應(yīng)用，以滿(mǎn)足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種要求。
稱(chēng)重給料機(jī)皮帶在水泥工業(yè)和重鈣粉加工業(yè)的磨機(jī)的給料系統(tǒng)應(yīng)用比較多的.介紹以下二種方案：
其一,水泥工業(yè)磨機(jī)用是工控機(jī)和模擬量輸入輸出模塊和RS232/RS485通信模塊遠(yuǎn)程PID實(shí)時(shí)控制，荷重信號(hào)為模擬量輸入0-10V，模擬量輸出為0-5V，用于觸發(fā)可控硅電路用來(lái)調(diào)節(jié)控制電磁電振機(jī)電流，控制電磁電振機(jī)振動(dòng)幅度以達(dá)到給料量調(diào)節(jié)，振動(dòng)機(jī)給料下到定速運(yùn)動(dòng)的皮帶上的再由此送到磨機(jī)入料口。用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，按磨機(jī)每小時(shí)的噸產(chǎn)量和幾種物料配比作為基準(zhǔn)為參數(shù)設(shè)定值進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)控制 。
其二:石粉加工業(yè)磨機(jī)是S7-300及模擬模塊、變頻器、HMI組合控制，大致是也是按HMI輸入臺(tái)時(shí)產(chǎn)量及幾種物料配比，荷重傳感輸入到 S7-300的模擬模塊 ，經(jīng)過(guò)算法再用模擬模塊控制變頻器，調(diào)節(jié)皮帶運(yùn)輸機(jī)（該機(jī)在荷重測(cè)量范圍內(nèi)）的轉(zhuǎn)速。也為PID控制。物料桶（ 不在荷重計(jì)量范圍）的下料口較小，物料直接壓在皮帶運(yùn)輸機(jī)，皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)動(dòng)就可來(lái)給料，該速度快慢來(lái)改變可改變各種物的給定量。