皮带秤故障自诊断和自适应技术的发展
时间：2015-08-20 阅读：1215
随着生产过程自动化水平的提高，过程仪表的维护和故障诊断技术发展到了一个新的阶段，如何在线对皮带秤进行诊断，做到故障发现、故障定位、故障隔离和故障自适应，是皮带秤需要解决的一个重要问题。本文简述了在这方面目前已经有实际应用的几项新技术：传感器常规诊断、称重传感器分路输出、冗余技术、故障自适应技术和远程诊断技术。
【关键词】皮带秤故障自诊断故障自适应
一、概述
随着智能仪表在生产过程中的应用越来越普及，过程仪表的维护和故障诊断技术发展到了一个新的阶段。以往的仪表维护工作是仪表出了故障才维修或定期维修，从而影响生产过程正常运行，甚至已经造成巨大的损失，定期维修则往往是不需维修的设备也要停工维修，费时费力，甚至影响设备的寿命。因此如何在线对过程仪表进行故障检测、故障诊断并采取应对故障的措施，以减少甚至防止事故的产生是仪器仪表智能化要解决的一个重要问题。电子皮带秤的大多数故障，例如计量不准、称重传感器性能变差等故障往往因一时难以察觉，通常要经过一段较长时间因计量数据出入太大或重新校准时才能发现，但为时已晚，错误已经存在一段时间，损失已经造成且无法挽救。皮带秤主要由秤架、称重传感器、测速传感器、二次仪表及电气线路组成，皮带秤的在线故障自诊断内容应该包括以上5个部分。而涉及到后面4个部分的在线自诊断与其它自动化仪表大同小异，如涉及二次仪表及电气线路的接线自诊断功能主要是相关接线的开路、短路诊断等，涉及传感器自诊断功能主要是一些电气参数的测定，在线自诊断的难度不大。秤架部分自诊断功能以往非常困难，近期因实际双秤架、三计皮带秤技术和多计功能二次仪表的应用，在线自诊断功能得以较好地实现。故障自诊断固然重要，但仅仅停留在这一步还是不能满足很多生产过程的要求，比如对要求连续生产的工艺过程，当已经诊断出来某个称重传感器出现故障，使物料的自动称量过程不能进行或不能准确进行时，如停工将造成重大损失，不停工又无法计量或计量不准，此时迫切需要有故障自适应措施，在保证皮带秤正常运行的基础上，使生产过程得以持续运行。本文将就作者了解的信息对皮带秤故障自诊断、自适应技术的发展作一综述，希望能引起更多厂家和用户的关注，以进一步推动皮带秤故障自诊断自适应技术的发展。
二、传感器常规诊断
传感器自诊断本身技术比较成熟，如称重传感器自诊断功能主要是阻抗测定、供桥电压测定、灵敏度测定、响应时间测定、输出mV范围值测定等，涉及测速传感器自诊断功能主要是阻抗的测定、脉冲频率范围值的测定等。美国哈帝（Hardy）公司是工艺过程称重的主流厂家，其称重控制器具有故障智能诊断功能，由于采用的IT芯片是直接安装在接线盒里，可读出每只称重传感器的电压信号，可以对系统中任何一个称重传感器进行诊断，当需要进行诊断时，芯片会发指令对每个称重传感器进行一一查看，并发出m号对仪表进行系统诊断。通过持续监视称重系统，对称重系统进行诊断，如果发现故障可给出故障信息及其发生的部位，从而节省了故障查找和检修的时间。江苏赛摩电气股份有限公司6000系列皮带秤二次仪表带有较完善的故障自诊断功能，可对称重传感器故障、测速传感器故障等进行自诊断[1]。江苏赛摩电气股份有限公司在物料连续称重的定量皮带秤上开发了一种双桥称重装置，该装置由连接皮带秤秤架的多组双路信号输出称重传感器模块、两路测速传感器和二次仪表组成，二次仪表与多组双路信号输出称重传感器模块、两路测速传感器相连接。双桥皮带秤实际只有一个秤架，但称重传感器可输出两组独立的称重信号，在物料输送过程中，通过二次仪表对两组输出信号分别进行实时在线比对，当其中一组出现异常时，二次仪表会及时判断并显示正常的输送量，系统不需要停机，输送过程也不中断。两路速度信号也进行类似的处理，剔除其中的异常信号并报警，输送过程也不中断[1]。这种方式相当于采用一种特殊手段对称重传感器、测速传感器进行诊断。
三、称重传感器分路输出
如果一个称量系统使用了多个称重传感器，以往称重传感器的输出信号是通过接线盒将多个称重传感器的输出信号综合后并接成为一路信号（见图1）送到二次仪表，每个传感器的信号就不再是可独立辨别的，一旦某个称重传感器发生故障，只能知道称量系统中有称重传感器故障，但无法进行故障定位，就很难满足连续生产中高可靠性的要求。图1多个称重传感器的输出信号经现场接线盒并接成一路信号称重传感器分路输出则将每个称重传感器的输出直接接入二次仪表（见图2），或通过现场数字转换器各自独立的A/D转换通道接入二次仪表，这样输入到二次仪表的称重传感器的信号是独立的，可随时在二次仪表对每一个称重传感器的输出进行监视，从而有利于对每一个称重传感器的故障进行诊断。图2多个称重传感器经现场接线盒后仍保留各自独立的输出信号西门子公司的MSI、MMI皮带秤就采用了如图2所示的称重传感器分路输入方法。江苏赛摩电气股份有限公司6301D数字转换器是由多路A/D转换器构成的微处理控制器，它安装在现场，替换现场接线盒。称重传感器以单路形式进入6301D，6301D把进入的多路称重传感器信号进行A/D转换变为数字信号后送入二次仪表[2]。
四、冗余技术
在智能化仪器仪表和控制系统的应用技术中，提高仪器仪表和系统可靠性的重要方法是采用冗余技术，即同一部件双重化配置甚至多重化配置，这通常是为了保障重要系统设备不停止运转而采取的一种技术措施。当正常运行时，一个部件投入运行，而冗余配置的部件处于热备用状态；当该部件发生故障时，冗余配置的部件自动接入并承担故障部件的工作，由此可减少系统的故障时间。
皮带秤故障自诊断和自适应技术的很多内容用到了冗余技术，比如：双秤架、三计皮带秤、多计功能二次仪表。1．双秤架秤架部分主要是机械部件，目前还难以直接进行自诊断；当然，通过对称重传感器输出m号的监测，例如m号过大或过小也可能诊断出秤架卡死、严重超载等极限“硬”故障，而对一般仅仅是测量准确度稍稍降低、秤架积灰等“软”故障则无能为力。双秤架法就是在一条皮带输送机上安装两台电子皮带秤的秤架，一旦两台秤计量数据差值超过预先规定的值并得到确认的话，至少两台秤中的一台存在故障，因为预先规定的值通常比较小（如0.25%、0.5%或1.0%），所以故障存续的时间应该很短，即故障刚出现，或者说，故障的苗头刚出现，我们就可以判断出来。双秤架的使用为皮带秤全面在线自诊断创造了条件，因为它比较的是每个秤架所代表的计量系统zui终数据，而这个数据是综合反映了秤架、称重传感器、速度传感器、二次仪表及电气线路等各个部件的状况，这五个部件不论哪个环节出现一点问题，都会在计量系统zui终数据上有所反应。比如说，因计量皮带秤系统中某个称重传感器零点漂移导致两台计量皮带秤称重结果的偏差超过±0.25%时，即判定系统出现计量准确度不合格故障，就需要停机进行检查或调整以处理故障。双秤架技术是一种冗余技术，它对秤架部件作了双重化配置，一个秤架损坏，另一个秤架还可以使用，因此也可以减少系统的故障处理时间，保证系统的正常运行；双秤架冗余采用的是“热备用”技术，即用两套*一样的秤架，都处于通电并运行的状态，同时进行数据采集、数据处理和计算，只是主秤架担任输出信息的任务。两台秤架同时投入运行，可互相监视，以便及时发现可能出现的故障。但双秤架的作用还不只是冗余，它还有运行误差实时监测的故障诊断功能及可在实际物料输送时进行棒码叠加校验或标准物料叠加校验的功能。现有资料中能查到的国外zui早出现双秤架的是1984年建成的挪威纳尔维克海港高度电子皮带秤贸易计量系统，在该港口大吨位皮带输送机上，同时装有两台8组称重托辊的计量电子皮带秤，皮带宽度2000mm，长度60m，额定输送量是11000t/h。这两台计量电子皮带秤有各自独立的秤架、信号通道、记录指示仪表和操作选择器等，而在两台秤之间还有一台差分计数器，可对两台计量电子皮带秤的称重结果随时进行比较。在1982~1984年，几乎是在挪威纳尔维克海港1984年建成高度电子皮带秤计量系统的同时，当时的上海港七区（现为上海港煤炭装卸公司）进行了一场两个厂家电子皮带秤产品的“比拼”，一家是上海衡器厂生产的DBC-Ⅱ型单托辊秤，一家是上海工业自动化仪表研究所研制的GGP-50型多托辊双杠杆秤，两家的产品装在同一条皮带输送机上，以求客观条件大体相同，这样做的目的是争谁的产品质量好、稳定性好、精度高。作为业主的上海港七区的技术人员，一方面从两个产品的“比拼”中学到了很多东西，悟出了很多道理，另一方面又发觉如果只有一台秤，很多电子皮带秤初期出现的问题可能迟迟难以发现，往往要等到问题严重时才能察觉出来，而两台秤装在一起的优点是称量得到的数据有个比较，有个参照物，可以及时发现秤的运行状况是否良好。在此之后的三十多年里，上海港煤炭装卸公司就一直采用双秤架的技术用于港口煤炭的商业贸易计量（见图3），与早期产品“比拼”不同的是，两台秤架的结构形式、托辊组数都是一样的。上海港目前采用的比较方式是对每一条船装载完成后的两个累计数值进行比较，在港区控制室的操作员站上随时可以查到这些数据。当两个累计值之间的误差百分比值超过规定值（如1.0%）时，要对称量系统进行检查或校验。1-秤架1；2-秤架2图3在上海港煤炭装卸公司码头使用的双秤架技术1998年山西新元自动化仪表有限公司研制出ICS-SXF系列双秤架电子皮带秤[3]，2002年前后，安徽铜陵三爱思电子有限公司在“工艺计量/校验集成系统”和“贸易计量/校验集成系统”中都采用了双秤架[4]，与此同时，江苏赛摩电气股份有限公司在“三桥物料自校准电子皮带秤”中采用了双秤架，南京三埃工控股份有限公司在“阵列式皮带秤”中采用了多达8秤架的秤架系统，而且这些产品都带双台秤计量数据差值超过预先规定值的故障诊断功能。图4所示为铜陵三爱思公司“贸易计量/校验集成系统”的双秤架示意图，由于是贸易计量，对计量准确度要求很高，所以采用了2台6托辊悬浮式秤架。图5所示为铜陵三爱思公司“工艺计量/校验集成系统”的双秤架示意图，由于是工艺用秤，对计量准确度要求不是很高，所以采用了2台单托辊秤架，仍然具有计量数据差值超过预先规定值的故障诊断功能。图4铜陵三爱思公司“贸易计量/校验集成系统”的双秤架图5铜陵三爱思公司“工艺计量/校验集成系统”的双秤架像上海港煤炭装卸公司一样，用户也有很早就认识到双秤架*性的，比如天津天焦公司生产的焦炭要运往天钢公司，他们的技术人员在2004年初建成的贸易结算计量系统中，就在同一条皮带机上安装2台秤架并送入相应的带RS-485接口二次仪表，计量信息同时传送到计算机上显示和数据处理[5]。