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稱重式料位計(jì)介紹：
一種稱重式料位計(jì)，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(diǎn)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(jì)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(gè)重量傳感器，通過運(yùn)算部分進(jìn)行加法運(yùn)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(shí)需注意，測量粉狀物和顆粒物的重量時(shí)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(jì)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(shí)掌握各煤倉的存儲數(shù)量, 從而隨時(shí)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(shí)時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì), 并在實(shí)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(jì)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng), 能夠定時(shí)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(bào)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。它主要由重錘、稱重傳感器、稱重?cái)?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(jì)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(jì)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)。
煤倉料位計(jì)開始工作時(shí), 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(shí)器T1 中斷延時(shí)一定時(shí)間(根據(jù)工況要求) ,電機(jī)旋轉(zhuǎn), 重錘下放, 同時(shí)編碼器將計(jì)數(shù)脈沖送到89C51的外中斷int1 進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)重錘觸及物料時(shí), 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(jì)數(shù), 經(jīng)計(jì)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(shí)現(xiàn)料位的定時(shí)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(jì)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(jì)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(yùn)行過程中, 還有一些信號需要CPU 及時(shí)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(jì)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(shí),就有可能漏掉對懸重信號的監(jiān)測。為此, 本設(shè)計(jì)采用了雙CPU 結(jié)構(gòu), 一個(gè)CPU 負(fù)責(zé)測量與控制, 一個(gè)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(yùn)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(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信, 兩個(gè)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(jì)了監(jiān)控電路, 包含工作電壓監(jiān)控和W atchDog等功能, 同時(shí)對2個(gè)CPU 實(shí)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。系統(tǒng)軟件采用按功能模塊化設(shè)計(jì), 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(shí)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(yùn)算模塊、報(bào)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(yùn)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(jì)的性能測試
稱重式重錘料位計(jì)經(jīng)過總體設(shè)計(jì), 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?cái)?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(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測試, 實(shí)驗(yàn)過程中, 電動機(jī)按照設(shè)定的程序起動釋放探測重錘, 驗(yàn)證對不同高度的測量精度和整個(gè)控制系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。
開始下放重錘時(shí), 稱重傳感器的受力比靜止時(shí)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(shí)后, 重錘上提, 稱重傳感器的受力比靜止時(shí)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(shí)的載荷, 重錘的位移變?yōu)榱恪?br /> 大量實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明, 稱重式重錘料位計(jì)能夠定時(shí)、連續(xù)測量料倉料位, 并可以實(shí)時(shí)顯示料倉深度; 同時(shí)料位超過限定位置或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí), 可發(fā)出聲光報(bào)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(jì)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(jì)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)和元部件選型, 并根據(jù)功能需求對整個(gè)裝置的軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā), 最后對整個(gè)裝置進(jìn)行了組裝調(diào)試和性能實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明: 該料位計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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