皮帶秤故障自診斷和自適應技術的發展
　　
　　隨著生產過程自動化水平的提高，過程儀表的維護和故障診斷技術發展到了一個新的階段，如何在線對皮帶秤進行診斷，做到故障發現、故障定位、故障隔離和故障自適應，是皮帶秤需要解決的一個重要問題。本文簡述了在這方面目前已經有實際應用的幾項新技術：傳感器常規診斷、稱重傳感器分路輸出、冗余技術、故障自適應技術和遠程診斷技術。
　　
　　【關鍵詞】皮帶秤故障自診斷故障自適應
　　
　　一、概述
　　
　　隨著智能儀表在生產過程中的應用越來越普及，過程儀表的維護和故障診斷技術發展到了一個新的階段。以往的儀表維護工作是儀表出了故障才維修或定期維修，從而影響生產過程正常運行，甚至已經造成巨大的損失，定期維修則往往是不需維修的設備也要停工維修，費時費力，甚至影響設備的壽命。因此如何在線對過程儀表進行故障檢測、故障診斷并采取應對故障的措施，以減少甚至防止事故的產生是儀器儀表智能化要解決的一個重要問題。電子皮帶秤的大多數故障，例如計量不準、稱重傳感器性能變差等故障往往因一時難以察覺，通常要經過一段較長時間因計量數據出入太大或重新校準時才能發現，但為時已晚，錯誤已經存在一段時間，損失已經造成且無法挽救。皮帶秤主要由秤架、稱重傳感器、測速傳感器、二次儀表及電氣線路組成，皮帶秤的在線故障自診斷內容應該包括以上5個部分。而涉及到后面4個部分的在線自診斷與其它自動化儀表大同小異，如涉及二次儀表及電氣線路的接線自診斷功能主要是相關接線的開路、短路診斷等，涉及傳感器自診斷功能主要是一些電氣參數的測定，在線自診斷的難度不大。秤架部分自診斷功能以往非常困難，近期因實際雙秤架、三計皮帶秤技術和多計功能二次儀表的應用，在線自診斷功能得以較好地實現。故障自診斷固然重要，但僅僅停留在這一步還是不能滿足很多生產過程的要求，比如對要求連續生產的工藝過程，當已經診斷出來某個稱重傳感器出現故障，使物料的自動稱量過程不能進行或不能準確進行時，如停工將造成重大損失，不停工又無法計量或計量不準，此時迫切需要有故障自適應措施，在保證皮帶秤正常運行的基礎上，使生產過程得以持續運行。本文將就作者了解的信息對皮帶秤故障自診斷、自適應技術的發展作一綜述，希望能引起更多廠家和用戶的關注，以進一步推動皮帶秤故障自診斷自適應技術的發展。
　　
　　二、傳感器常規診斷
　　
　　傳感器自診斷本身技術比較成熟，如稱重傳感器自診斷功能主要是阻抗測定、供橋電壓測定、靈敏度測定、響應時間測定、輸出mV范圍值測定等，涉及測速傳感器自診斷功能主要是阻抗的測定、脈沖頻率范圍值的測定等。美國哈帝（Hardy）公司是工藝過程稱重的主流廠家，其稱重控制器具有故障智能診斷功能，由于采用的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，可以對系統中任何一個稱重傳感器進行診斷，當需要進行診斷時，芯片會發指令對每個稱重傳感器進行一一查看，并發出m號對儀表進行系統診斷。通過持續監視稱重系統，對稱重系統進行診斷，如果發現故障可給出故障信息及其發生的部位，從而節省了故障查找和檢修的時間。江蘇賽摩電氣股份有限公司6000系列皮帶秤二次儀表帶有較完善的故障自診斷功能，可對稱重傳感器故障、測速傳感器故障等進行自診斷[1]。江蘇賽摩電氣股份有限公司在物料連續稱重的定量皮帶秤上開發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、兩路測速傳感器和二次儀表組成，二次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。雙橋皮帶秤實際只有一個秤架，但稱重傳感器可輸出兩組獨立的稱重信號，在物料輸送過程中，通過二次儀表對兩組輸出信號分別進行實時在線比對，當其中一組出現異常時，二次儀表會及時判斷并顯示正常的輸送量，系統不需要停機，輸送過程也不中斷。兩路速度信號也進行類似的處理，剔除其中的異常信號并報警，輸送過程也不中斷[1]。這種方式相當于采用一種特殊手段對稱重傳感器、測速傳感器進行診斷。
　　
　　三、稱重傳感器分路輸出
　　
　　如果一個稱量系統使用了多個稱重傳感器，以往稱重傳感器的輸出信號是通過接線盒將多個稱重傳感器的輸出信號綜合后并接成為一路信號（見圖1）送到二次儀表，每個傳感器的信號就不再是可獨立辨別的，一旦某個稱重傳感器發生故障，只能知道稱量系統中有稱重傳感器故障，但無法進行故障定位，就很難滿足連續生產中高可靠性的要求。圖1多個稱重傳感器的輸出信號經現場接線盒并接成一路信號稱重傳感器分路輸出則將每個稱重傳感器的輸出直接接入二次儀表（見圖2），或通過現場數字轉換器各自獨立的A/D轉換通道接入二次儀表，這樣輸入到二次儀表的稱重傳感器的信號是獨立的，可隨時在二次儀表對每一個稱重傳感器的輸出進行監視，從而有利于對每一個稱重傳感器的故障進行診斷。圖2多個稱重傳感器經現場接線盒后仍保留各自獨立的輸出信號西門子公司的MSI、MMI皮帶秤就采用了如圖2所示的稱重傳感器分路輸入方法。江蘇賽摩電氣股份有限公司6301D數字轉換器是由多路A/D轉換器構成的微處理控制器，它安裝在現場，替換現場接線盒。稱重傳感器以單路形式進入6301D，6301D把進入的多路稱重傳感器信號進行A/D轉換變為數字信號后送入二次儀表[2]。
　　
　　四、冗余技術
　　
　　在智能化儀器儀表和控制系統的應用技術中，提高儀器儀表和系統可靠性的重要方法是采用冗余技術，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設備不停止運轉而采取的一種技術措施。當正常運行時，一個部件投入運行，而冗余配置的部件處于熱備用狀態；當該部件發生故障時，冗余配置的部件自動接入并承擔故障部件的工作，由此可減少系統的故障時間。
　　
　　皮帶秤故障自診斷和自適應技術的很多內容用到了冗余技術，比如：雙秤架、三計皮帶秤、多計功能二次儀表。1．雙秤架秤架部分主要是機械部件，目前還難以直接進行自診斷；當然，通過對稱重傳感器輸出m號的監測，例如m號過大或過小也可能診斷出秤架卡死、嚴重超載等極限“硬”故障，而對一般僅僅是測量準確度稍稍降低、秤架積灰等“軟”故障則無能為力。雙秤架法就是在一條皮帶輸送機上安裝兩臺電子皮帶秤的秤架，一旦兩臺秤計量數據差值超過預先規定的值并得到確認的話，至少兩臺秤中的一臺存在故障，因為預先規定的值通常比較?。ㄈ?.25%、0.5%或1.0%），所以故障存續的時間應該很短，即故障剛出現，或者說，故障的苗頭剛出現，我們就可以判斷出來。雙秤架的使用為皮帶秤全面在線自診斷創造了條件，因為它比較的是每個秤架所代表的計量系統zui終數據，而這個數據是綜合反映了秤架、稱重傳感器、速度傳感器、二次儀表及電氣線路等各個部件的狀況，這五個部件不論哪個環節出現一點問題，都會在計量系統zui終數據上有所反應。比如說，因計量皮帶秤系統中某個稱重傳感器零點漂移導致兩臺計量皮帶秤稱重結果的偏差超過±0.25%時，即判定系統出現計量準確度不合格故障，就需要停機進行檢查或調整以處理故障。雙秤架技術是一種冗余技術，它對秤架部件作了雙重化配置，一個秤架損壞，另一個秤架還可以使用，因此也可以減少系統的故障處理時間，保證系統的正常運行；雙秤架冗余采用的是“熱備用”技術，即用兩套*一樣的秤架，都處于通電并運行的狀態，同時進行數據采集、數據處理和計算，只是主秤架擔任輸出信息的任務。兩臺秤架同時投入運行，可互相監視，以便及時發現可能出現的故障。但雙秤架的作用還不只是冗余，它還有運行誤差實時監測的故障診斷功能及可在實際物料輸送時進行棒碼疊加校驗或標準物料疊加校驗的功能。現有資料中能查到的國外zui早出現雙秤架的是1984年建成的挪威納爾維克海港高度電子皮帶秤貿易計量系統，在該港口大噸位皮帶輸送機上，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立的秤架、信號通道、記錄指示儀表和操作選擇器等，而在兩臺秤之間還有一臺差分計數器，可對兩臺計量電子皮帶秤的稱重結果隨時進行比較。在1982~1984年，幾乎是在挪威納爾維克海港1984年建成高度電子皮帶秤計量系統的同時，當時的上海港七區（現為上海港煤炭裝卸公司）進行了一場兩個廠家電子皮帶秤產品的“比拼”，一家是上海衡器廠生產的DBC-Ⅱ型單托輥秤，一家是上海工業自動化儀表研究所研制的GGP-50型多托輥雙杠桿秤，兩家的產品裝在同一條皮帶輸送機上，以求客觀條件大體相同，這樣做的目的是爭誰的產品質量好、穩定性好、精度高。作為業主的上海港七區的技術人員，一方面從兩個產品的“比拼”中學到了很多東西，悟出了很多道理，另一方面又發覺如果只有一臺秤，很多電子皮帶秤初期出現的問題可能遲遲難以發現，往往要等到問題嚴重時才能察覺出來，而兩臺秤裝在一起的優點是稱量得到的數據有個比較，有個參照物，可以及時發現秤的運行狀況是否良好。在此之后的三十多年里，上海港煤炭裝卸公司就一直采用雙秤架的技術用于港口煤炭的商業貿易計量（見圖3），與早期產品“比拼”不同的是，兩臺秤架的結構形式、托輥組數都是一樣的。上海港目前采用的比較方式是對每一條船裝載完成后的兩個累計數值進行比較，在港區控制室的操作員站上隨時可以查到這些數據。當兩個累計值之間的誤差百分比值超過規定值（如1.0%）時，要對稱量系統進行檢查或校驗。1-秤架1；2-秤架2圖3在上海港煤炭裝卸公司碼頭使用的雙秤架技術1998年山西新元自動化儀表有限公司研制出ICS-SXF系列雙秤架電子皮帶秤[3]，2002年前后，安徽銅陵三愛思電子有限公司在“工藝計量/校驗集成系統”和“貿易計量/校驗集成系統”中都采用了雙秤架[4]，與此同時，江蘇賽摩電氣股份有限公司在“三橋物料自校準電子皮帶秤”中采用了雙秤架，南京三埃工控股份有限公司在“陣列式皮帶秤”中采用了多達8秤架的秤架系統，而且這些產品都帶雙臺秤計量數據差值超過預先規定值的故障診斷功能。圖4所示為銅陵三愛思公司“貿易計量/校驗集成系統”的雙秤架示意圖，由于是貿易計量，對計量準確度要求很高，所以采用了2臺6托輥懸浮式秤架。圖5所示為銅陵三愛思公司“工藝計量/校驗集成系統”的雙秤架示意圖，由于是工藝用秤，對計量準確度要求不是很高，所以采用了2臺單托輥秤架，仍然具有計量數據差值超過預先規定值的故障診斷功能。圖4銅陵三愛思公司“貿易計量/校驗集成系統”的雙秤架圖5銅陵三愛思公司“工藝計量/校驗集成系統”的雙秤架像上海港煤炭裝卸公司一樣，用戶也有很早就認識到雙秤架*性的，比如天津天焦公司生產的焦炭要運往天鋼公司，他們的技術人員在2004年初建成的貿易結算計量系統中，就在同一條皮帶機上安裝2臺秤架并送入相應的帶RS-485接口二次儀表，計量信息同時傳送到計算機上顯示和數據處理[5]。