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本文介紹如何利用 PLC 的邏輯計算，實現(xiàn)皮帶秤的瞬時量計算與顯示、累積量計算與清零、實物校稱、零點標定等功能。既減少了硬件投資，又減少了維護量，同時替代皮帶秤積算儀在上位機上實現(xiàn)其所有功能。
1.背景技術(shù)
目前在用的動態(tài)皮帶秤大多利用皮帶秤積算儀實現(xiàn)一切功能，其配置情況一般是：稱重傳感器、速度傳感器、流量積算儀。秤的所有功能：瞬時量計算與顯示、累積量功能、校間隔、校零、清零等都在積算儀完成。日常維護量和校秤工作量重，流量積算儀的投資較大。隨著 PLC 的普及，積算儀的瞬時量和累積量必須送到 PLC 再由 PLC 根據(jù)瞬時量和累積量調(diào)節(jié)給料設(shè)備控制下料量在設(shè)定的范圍之內(nèi)。這種設(shè)計方法，在有 PLC 應(yīng)用的場合既繁瑣，又增加故障點，不利于控制精度的掌握。
2.設(shè)計原理
在有 PLC 應(yīng)用的地方對皮帶秤（皮帶）做簡化設(shè)計：去掉積算儀，把其功能全部移植到 PLC 內(nèi)部，去掉速度傳感器（皮帶），只保留稱重傳感器，將稱重信號通過集線盒直接送到 PLC 的 AI 模板（流程示意圖見下圖 1），秤的所有功能：瞬時量計算與顯示、累積量功能、校間隔、校零、清零等都在 PLC 或 DCS 完成。
2.1 皮帶秤流量計算
皮帶運轉(zhuǎn)時，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為電信號（常為0-10mV），利用直流毫伏轉(zhuǎn)換器將毫伏值轉(zhuǎn)換為 4-20mA 標準信號，送入 PLC/DCS；皮帶的轉(zhuǎn)速ｖ根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與滾筒直徑計算得出（可根據(jù)現(xiàn)場實際測算得出），PLC 只需要重量信號這一變量進行運算，瞬時流量計算公式：F＝ｋ1ｖf。其中， F 為瞬時流量ｋｇ／ｓ；ｋ1 為流量（速度）系數(shù);ｖ為皮帶速度，ｍ／ｓ；f。為瞬時重量負荷ｋｇ／ｍ皮帶秤自身的實時重量 m0 , 瞬時重量為 mi（實時皮帶重量與物料重量之和），在速度一定下，重量負荷ｋｇ／ｍ與重量 m 呈正比例關(guān)系，為方便計算，通過模板讀取的 4-20mA 的標準信號可直接表示為重量（即為 mi），負荷可表示為 f。 =k2(mi- m0),其中 k2 為稱重系數(shù)，流量計算公式可寫為：F＝ｋ1k2v( mi- m0), ｋ1、k2 均為其函數(shù)的正比例系數(shù)，ｋ1× k2 為 F 的正比例系數(shù)，可令 k=ｋ1× k2,得出：F＝kv( mi- m0) k 稱為流量系數(shù)，在實物標定時得出；m0 可在下面介紹的零點
的運算中得出。瞬時量(t/h)積分得到累積值: ∑M=Fdt ，實際運算中,根據(jù)程序運算周期，確定系數(shù)，例如 PLC 一個計算周期為 1s, 若瞬時量為 t/h，則系數(shù)為 1/3600，將每個周期得出的瞬時量相加乘以系數(shù)得出累積值。
2.2 皮帶秤調(diào)零
皮帶秤的稱重傳感器測得的重量包括物料的重量和皮帶自身的重量，皮帶秤零點的標定即為確定皮帶自身的重量，由于皮帶稱連續(xù)運轉(zhuǎn)，稱體上的皮帶始終處于變化中，使得皮帶實時的重量處于變化之中。通過計算一段時間 t（皮帶運轉(zhuǎn)一周時間的倍數(shù)）的累積值，使累積值等于零，得到皮帶自身的重量，即為零點。
根據(jù) F＝kv( mi- m0)，初始狀態(tài)下 k, m0 均為默認常數(shù)，通過計算一m段時間（t）累積量使它為零來校準 m0，累積量 M 為零，即 i - m0 為零，得出零點計算公式：m0=∑mi/t,t 為 m0 累加周期（即調(diào)零時皮帶運行時間）。
實際操作中,根據(jù)計算誤差大小決定是否繼續(xù)標定零點，誤差的計算為：δ1=（m0-m′)/100 m′其中 m′為原零點， m0 為本次校準的零點，若誤差較大，設(shè)定本次校準零點為新零點，可通過多次調(diào)零，直到誤差穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.3 皮帶秤校準
皮帶秤經(jīng)過調(diào)零點標定后，通過實物校稱來標定流量系數(shù)，稱重系數(shù)的計算公式：ｋ/M＝ｋ０／M０。其中ｋ為當前標定計算出來的流量系數(shù)，ｋ０為舊的流量系數(shù)（初始狀態(tài)下為默認經(jīng)驗常數(shù)），M０為 PLC/ＤＣＳ計算得出的累計值，M實際重量。與調(diào)零一樣根據(jù)誤差的大小判斷是否繼續(xù)標定，誤差的計算公式為：δ2=(M０-M)/100/M[2]。若誤差較大，設(shè)定本次校準 K 值為新 K 值，可通過多次校準，直到誤差穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。
3.具體實施
某一恒速物料皮帶稱，利用 PLC 實現(xiàn)在上位機顯示皮帶物料瞬時量、累積值、清零等功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零點標定，和實物標定。
3.1 控制系統(tǒng):
采用施耐德昆騰系列 PLC，CPU:140 CPU 534 14，模擬量輸入模板: ACI 04000；編程軟件為 Unity Pro，監(jiān)控軟件ifix4.5。
3.2稱重傳感器及變送組件：
傳感器選用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，0～500kg，精度為 0.05 ‰，輸出為：0～10 mV;變送單元采用流毫伏轉(zhuǎn)換器將0～10 mV 轉(zhuǎn)換為 4～20 mA 電流信號。程序?qū)崿F(xiàn)：
零點的計算:將零點標定的程序制作為一個功能塊 zero，在皮帶秤的主程序中調(diào)用.
當皮帶正在運行時，監(jiān)控畫面按下零點校準按鈕時，校零開始，運行 163 秒為一個校零周期（經(jīng)現(xiàn)場測得 163 秒為皮帶運轉(zhuǎn)一周的時間），在校零運行中，通過一秒脈沖計算累計值，并利用下降沿脈沖計算出當前零點，在監(jiān)控畫面按下自動校零時，根據(jù)公式 δ1=（zero-zero1)/100 zero1，比較積算當前零點與舊零點誤差，當誤差大于 0.01%或者小于-0.01%時，自動設(shè)定當前零點為新零點，反之誤差小，原零點相對準確，不必要改變零點。當監(jiān)控畫面設(shè)定為手動校零時，根據(jù)實際需求手動改變零點。
實物校準（流量系數(shù) K 的確定）：將實物校準的程序制作為一個功能塊，在皮帶秤的主程序中調(diào)用，原理與零點計算相同。
瞬時流量計算，累積量的計算與清零：將瞬時量、累積量等程序制作為一個功能塊，在皮帶秤的主程序中調(diào)用，原理與零點計算相同。
利用此技術(shù)開發(fā)的皮帶秤，經(jīng)長時間運行能夠準確反映皮帶瞬時流量與累積量，零點標定和實物校準更加方便快捷，總體運行穩(wěn)定、準確。在有 PLC 的場所完全可以替代皮帶秤積算儀，減少投資、增加設(shè)備穩(wěn)定性，值得推廣。