一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种皮带秤控制设备，具体本的说是一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统，属于皮带秤调校装备技术领域。

背景技术：

在散状物料输送过程中，常需要对所输送物料进行计量，而在有些使用场合中，受限于现场工艺条件，常常是使用工况恶劣，设备空间狭窄，无法安装大型计量装置，也不具备计量装置的稳定使用条件。

现代煤矿为了节能，常对井下主输煤皮带采用变频控制，以便根据所输送的煤炭多少来控制皮带运行速度。由于该皮带机驱动电机容量大，常达数千kw，减少空带或小煤量时的皮带高速运行，对节能和减少皮带机磨损具有重大的经济意义。此项技术的关键要求就是提前预知各采煤掘进点的来煤量多少，以便及时调整皮带速度，保证将全部来煤及时送走，防止因调整速度过迟导致皮带机被埋事故发生，又要以合理的速度来进行运行，以达到节能的目标。

而在各采掘点上，掘进机不断运动，跟随着的输送皮带机采用简易结构，没有固定基础，工作面场地狭窄。受到现场条件限制，目前较为可行的方法是在这条皮带机上安装皮带秤进行计量。但因场地狭窄，只能安装简易型皮带秤。在此恶劣工况下，该皮带秤无法进行正常使用，更无法保证检测精度。因此，这个点的输煤量始终无法进行计量，导致煤矿主皮带机只能运行在最高速度，以适应最大的来煤输送，导致巨大的浪费。

类似以上状况的散状物料输送还有很多场合，都存在需要进行准确计量，而又受到条件限制无法安装计量设备。这类场合的共同特点是：需要就近获得计量数据，但条件限制无法安装计量设备。

目前检测技术的现状是在散状物料连续运行中检测重量方法常见于以下几种：

⑴核子秤:在皮带物料通过的地方安装放射源与接受器，通过检测物料吸收导致的放射剂量的衰减率来计算通过的物料质量多少。这一装置需要用到放射源，且本身检测精度与物料的物质成分有关联，需要进行经常的检定、校准，很麻烦，所以用在这些场合很不安全，也不方便，准确度不高，也没有见到此方面的应用报道。

⑵冲击秤：设置一个料斗，通过检测物料进入料斗时产生的冲击力，来推导出物料量的大小。这一方法要求所计量的物料物理特性必须稳定，如粒度、速度必须一致，且该装置需要精密安装与校准，否则准确度无法保证，实际应用的案例未见报道。

⑶皮带秤：在来料点附近的皮带机上安装皮带秤，对通过皮带秤的物料进行计量。这一方案为相对实用的，且有用户使用过。但皮带秤对使用环境要求较高，尤其是要求皮带机本身的工作状况良好；受到使用环境恶劣的影响，需要经常对皮带秤进行维护与校准，方能保证正常使用；由于现场条件恶劣，这一要求很难保证，限制了皮带秤在此条件下的使用。

综上，在类似于煤矿掘进点附近的物料输送计量存在很大难度，使用皮带秤从技术上看最有可能，并有不少实施的案例，但如何能在这种恶劣工况下保持计量精度，则是问题的关键。

技术实现要素：

本发明针对上述提出的技术问题，提出一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统，采用了双秤和自主学习的模式构成一个全新的皮带秤称重系统，可以有效的解决恶劣工况下皮带秤准确称重的难题。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统，包括掘进点皮带秤、主皮带秤以及中心控制器；

掘进点皮带秤安装在掘进点处的掘进输送皮带上，就近采集输送物料的重量信号，并将该信号及对应的速度信号一同传输至中心控制器；

主皮带秤安装在掘进输送皮带后续的主输送皮带上，准确采集所输送物料的重量，将准确的流量信号和对应的速度信号一同传输至中心控制器；

中心控制器为独立的计算机或者其功能合并皮带秤的仪表中，采集掘进点皮带秤和主皮带秤送来的重量、流量与速度信号，并根据中心控制器中的学习模型进行计算，得到掘进点皮带秤校正后的流量信号，并送往上级控制计算机，实现即时的掘进点皮带秤准确流量数值的输出。

本发明的进一步限定技术方案，前述的提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统，掘进点皮带秤采用阵列式皮带秤中的单点悬浮式称重单元；主皮带秤采用阵列式皮带秤。

掘进点皮带秤采用阵列式皮带秤中的单点悬浮式称重单元，可以获得相对稳定的信号，这个信号在短时间内具有相对的稳定性，变动在允许范围内。通常物料从掘进点到达主皮带秤的滞后时间为数十秒到数分钟，通过这一延迟的学习过程，可以对原存于掘进点皮带秤中的“电压—流量”曲线进行及时的修正，使得掘进点皮带秤的称重准确度不断逼近及跟随主皮带秤的准确度，从而实现了在恶劣环境下的简易皮带秤实现高精度称重的效果。

掘进点皮带秤的工作环境限制了其不能具有皮带秤基本的工作条件，如不可能校准皮带秤的皮重、皮带机基础浮动等；此时的掘进点皮带秤就成为一个重量信号检测器，只负责根据重量信号电压值查找对应的流量数值并输出至中心控制计算机。而重量的准确性依赖于主皮带秤的准确计量与曲线的学习。即掘进点皮带秤的工作模式已经发生了本质的改变，而包括掘进点皮带秤、主皮带秤以及整个闭环学习系统在内形成了一个全新的以提高恶劣环境下皮带秤称重精度为目标的的智能称重系统。

一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

⑴在掘进点的皮带上安装掘进点皮带秤，由掘进点皮带秤检测到物料经过瞬间点的重量信号电压；

⑵掘进点皮带秤中预设“电压—流量”曲线，根据掘进点皮带秤检测到的重量信号电压直接通过查找曲线匹配，就可以得到相应的流量数值，将匹配到的流量数值送往中心控制器，用于对主皮带进行变频控制；

⑶掘进点皮带秤检测到物料经过瞬间点的重量信号电压同时推入中心控制器的系统堆栈；

⑷前述瞬间点上的物料通过输送皮带并经过一段时间的延迟后进入主皮带秤，即可获得该瞬间点的准确重量与相应的流量值，此时再从系统堆栈中找出在掘进点皮带秤检测到对应的瞬间点的重量信号电压值进行比对，就可以得到瞬间点的正确“电压—流量”比值曲线；

⑸对掘进点皮带秤中已存在的预设“电压—流量”曲线进行修正，将修正后的“电压—流量”曲线重新注入进掘进点皮带秤中；

⑹通过对不同点的检测与修正，就可以对掘进点皮带秤中预设“电压—流量”曲线进行不断修正，从而实现了系统的学习循环。

前述的提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统的控制方法，“电压—流量”曲线在初始建立曲线只有一个瞬间点时，曲线上其它的各点均可以采用相同的数值作为初始值。在系统运行中再次出现与某点数值相同（或接近值）时，可以进行更新，而二点之间的空档可以用直线相连或采用圆滑过渡的算法，形成完整的曲线，由于皮带秤在一定范围内，称重斜率是接近线性的，此种方法造成的误差较小。

进一步的，前述的提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统的控制方法，首次使用“电压—流量”曲线时，对输出结果采取初始输出最大流量信号，以使主皮带进入高速模式，再通过随后的学习循环，很快的找到正确的输出结果，再输出正确的数值，使主皮带进入正确的控制流程。

本发明有益效果是：本发明前置掘进点皮带秤采用阵列式皮带秤中的单点悬浮式称重单元，后续的主皮带秤采用阵列式皮带秤，再根据本系统方的学习、校正“电压—流量”曲线功能，可以使前置简易皮带秤的计量准确度达到称重准确度小于0.5%；运用此套方案可以有效的填补这一类场合的准确计量问题的空白；可以有效的解决恶劣工况下皮带秤准确称重的难题，颠覆了长期以来皮带秤仅依靠单机完成称重的传统模式，实现了皮带秤智能化称重的新突破，并且这一原理可以运用在更多类似的场合，提高皮带秤整体称重技术水平的进步。

附图说明

图1为本发明系统简图。

图2为本发明工作原理框图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统，结构如图1和图2所示，包括掘进点皮带秤j、中间运输皮带2、主皮带秤z以及中心控制器；掘进点皮带秤采用阵列式皮带秤中的单点悬浮式称重单元，主皮带秤采用阵列式皮带秤；掘进输送皮带1通过中间运输皮带2连接主输送皮带3；掘进点皮带秤安装在掘进点处的掘进输送皮带1上，就近采集输送物料的重量信号，并将该信号及对应的速度信号一同传输至中心控制器；主皮带秤安装在掘进输送皮带后续的主输送皮带3上，准确采集输送物料的重量，将准确的流量信号和对应的速度信号一同传输至中心控制器；中心控制器为独立的计算机，采集掘进点皮带秤和主皮带秤送来的重量、流量与速度信号，并根据中心控制器中的学习模型进行计算，得到掘进点皮带秤校正后的流量信号，并送往上级控制计算机，实现即时的掘进点皮带秤准确流量数值的输出。

本实施例的提高恶劣工况下皮带秤精度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

⑴在掘进点的皮带上安装掘进点皮带秤，由掘进点皮带秤检测到物料经过瞬间点的重量信号电压；

⑵掘进点皮带秤中预设“电压—流量”曲线，根据掘进点皮带秤检测到的重量信号电压直接通过查找曲线匹配，就可以得到相应的流量数值，将匹配到的流量数值送往中心控制器，用于对主皮带进行变频控制；

⑶掘进点皮带秤检测到物料经过瞬间点的重量信号电压同时推入中心控制器的系统堆栈；

⑷前述瞬间点上的物料通过输送皮带并经过一段时间的延迟后进入主皮带秤，即可获得该瞬间点的准确重量与相应的流量值，此时再从系统堆栈中找出在掘进点皮带秤检测到对应的瞬间点的重量信号电压值进行比对，就可以得到瞬间点的正确“电压—流量”比值曲线；

⑸对掘进点皮带秤中已存在的预设“电压—流量”曲线进行修正，将修正后的“电压—流量”曲线重新注入进掘进点皮带秤中；

⑹通过对不同点的检测与修正，就可以对掘进点皮带秤中预设“电压—流量”曲线进行不断修正，从而实现了系统的学习循环。

本实施例中的电压—流量”曲线在初始建立曲线只有一个瞬间点时，曲线上其它的各点均可以采用相同的数值作为初始值；首次使用“电压—流量”曲线时，对输出结果采取初始输出最大流量信号，以使主皮带进入高速模式，再通过随后的学习循环，很快的找到正确的输出结果，再输出正确的数值，使主皮带进入正确的控制流程。

本实施例在使用时，在煤矿掘进点附近皮带机上安装一台掘进点皮带秤j，及时取得掘进煤的重量信号，主输送皮带安装在掘进点的掘进输送皮带和中间运输皮带流程的后部，在主输送皮带上合适的位置，安装一台高精度的主皮带秤z；由于主输送皮带是一条大型皮带，结构好，工况条件好，可能实现皮带秤的高准确度计量。

在掘进点皮带秤j中预设一条“电压—流量”曲线，即根据皮带秤检测到的重量信号电压直接通过查找曲线，就可以得到相应的流量数值。当我们研究的a点（某个时刻掘进点皮带秤j上的那一段煤炭）的煤经过掘进点皮带秤j时，掘进点皮带秤j通过检测到的重量信号电压，并查找存储的“电压—流量”曲线，得到此时的流量数值，并将这一流量数值送往井下中心控制计算机，用于对主皮带进行变频控制。同时将a点的重量信号电压值推入系统堆栈。由于掘进点皮带秤j是简易皮带秤，工况条件不好，计量精度较低，该a点的流量数据可能并不准确。

当a点的物料通过输送皮带并经过一段时间的延迟后进入主皮带秤z，即可以获得a点的准确重量与相应的流量值，此时再从堆栈中取出对应的a点的重量信号电压值，进行比对，就可以得到正确的a点“电压—流量”比值，也就是“电压—流量”曲线的某一个点，该点在称重模型中称为“斜率”。在取得该点“斜率”后，将该点数值用于修正存储于掘进点皮带秤j的“电压—流量”曲线，形成新的曲线。以上过程用下列公式表示：

zaq/jav=ja（斜率）公式1

式中：zaq—主皮带秤a点对应的流量值t/h，

jav—掘进点皮带秤a点对应的重量信号电压值v，

ja—对应与a点重量信号电压值的称重斜率t/hv。

在掘进点皮带秤j中，当检测到有物料通过时，采用下述公式计算得到此时的物料流量值jxq，并送往中心计算机，进行主皮带速度控制。

jxvxjx=jxq公式2

式中：jxv—皮带秤检测到的x点重量信号电压值，

jx—“电压—流量”曲线中的对应x点斜率值，

jxq—皮带秤上该x点的流量值。

以上内容描述了a（x）点的前道检测（掘进点皮带秤计量）与后道检测（主皮带秤计量）的比对与修正过程，以及掘进点皮带秤j正常工作时计算流量的过程，而通过对不同点的检测与修正，就可以对原存储于掘进点皮带秤j的曲线进行不断修正，从而实现了系统的学习循环。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。