皮带秤的称重仪表应用特点和要求

一、概述
皮带秤称重仪表是一种将来自称重秤架上称重传感器的重量信号和位移传感器的长度信号进行处理得到输送物料累计重量的电子设备。当今电子技术基础平台的发展为皮带秤仪表的设计迎来了广阔的空间，CPU 技术已经从8 位发展到32 位，系统主频也由十几兆达到几十兆甚至上百兆，AD 模数转换器也从10 位上升到24 位。SOC （片上系统）、DSP （数字信号处理）、CPLD （可编程逻辑器件） 等新技术正逐步应用到皮带秤的仪表中。
软件是仪表的核心技术，由于仪表硬件平台的发展，实时嵌入式操作系统已经越来越多的应用到皮带秤仪表当中，彻底改变了过去简单的软件系统框架结构，大大提高了仪表系统功能和可靠性。数字滤波技术的采用消除皮带秤被测物料的冲击运动所产生的干扰，保证了皮带秤的称量精度。
二、特点和要求
皮带秤仪表是皮带秤的核心组成部件，皮带秤的所有应用特点和要求也大部分通过仪表的各种功能反映出来。
（一） 机壳
皮带秤仪表的机壳一般可分为壁挂式和盘装式两种，如图1 所示。
壁挂式仪表一般安装在皮带秤现场，环境比较差，要求机壳的防护等级至少达到IP54，甚至IP56。盘装式仪表安装在电气控制柜中，环境较好，对机壳的防护等级没有什么特别的要求。无论什么型式的机壳，都应该通过电磁兼容试验，尤其是抗电磁场辐射。现行的皮带秤国家标准和检定规程中的抗电磁场辐射的试验场强为3V/m,但从今后的发展趋势看，试验场强将达到10V/m，因此仪表的机壳材料和设计应立足于抗10V/m 的电磁场辐射。
（二） 型式试验
按照皮带秤国家标准和检定规程对皮带秤做型式试验时，模拟试验的试验装置应配备“能够对由位移传感器测量的整个皮带长度和操作者预设的等量皮带长度与恒定载荷积分结果进行比较的运行检查装置”。如果试验室不能提供这样一个装置，那么这个装置应由皮带秤的仪表来替代。
这就需要皮带秤仪表具有预设等量脉冲数的功能，能够接受外部脉冲信号用以等效皮带长度，这通常是通过建立测试周期的方法来获得的。
（三） 置零
皮带秤仪表的置零可分为手动置零、半自动置零和自动置零等三种形式。手动置零是通过手动输入零点值来完成的，一般很少使用。半自动置零是通过手动输入置零命令，由仪表自动完成置零。自动置零是无需通过手动输入置零命令，仪表自动完成置零。皮带秤仪表没有初始置零，仪表在初次安装时，置零操作是没有限制的，在初次安装完成后，置零范围应不超过最大秤量(Max)的4%。皮带秤仪表可以具有一个自动置零装置，其条件是必须配备一个连锁装置，在给料装置往皮带输送机上给料时使自动置零作用失效。皮带秤的自动置零和自动零点跟踪可以认为是同一个功能，自动置零也可以通过设定仪表自动零点跟踪参数来实现。
（四） 校准
皮带秤仪表必须具备实物校准和模拟校准两种模式，模拟校准又分为电子校准、挂码校准和链码校准等三种，仪表至少要有其中的一种模拟校准模式。模拟校准常数可由仪表自动计算出（根据用户输入的运行参数），也可由人工计算好后手动输入。模拟校准和实物校准之间的差别可通过系数“物料因子”来修正，“物料因子”可由仪表自动计算出（根据实物校准和模拟校准的两个结果），也可由人工计算好后手动输入。
（五） 数字量输入输出
皮带秤仪表可具有数字量输入输出功能，来实现皮带秤和外部设备的接口。输入功能主要有：置零操作、报警复位、系统运行、远程累计清零、远程打印等。
置零操作就是通过端口的一个开关量命令，来实现仪表远程半自动置零。报警复位可实现远程复位报警。系统运行就是给仪表一个运行命令，仪表只有在收到这个命令后才进行累计。远程累计清零命令只能清除仪表的批累计量，而仪表的总累积量一般要通过口令密码来清除。输出功能主要有：累计脉冲、报警、称量就绪、称量故障等。累计脉冲是将仪表的累计量转化为一个个脉冲量进行输出，一个脉冲量对应的累计量大小可由仪表的参数进行任意设定，脉冲的宽度也可设定。
仪表正常工作状态下输出称量就绪信号，故障状态下输出称量故障信号，还可对各种报警信号进行输出。
（六） 模拟量输入输出
皮带秤仪表输入输出的模拟量一般是4mA~20mA 或0mA~20mA。模拟量输入可以是设定流量，通过远程对仪表进行流量设定达到定量给料的目的。模拟量输出可以是流量、载荷、皮带速度，也可以是PID 信号，用以控制流量调节装置。
（七） 通讯
为了及时准确地和上位机联系，皮带秤仪表应配备通讯接口， 通讯协议多采用MODBUS，Profibus、工业以太网等现场总线也越来越多的应用在仪表中。
（八） 自动补偿功能
皮带秤仪表壳可具有流量非线性自动补偿、皮带倾角变化自动补偿、通过输入物料的水分值进行水分补偿等功能。由于皮带效应的影响，皮带秤的流量和称重信号呈非线性关系，这就需要仪表具有非线性修正功能，至少可对大中小三种流量进行非线性修正，有的仪表非线性修正可达十种流量。安装在角度不断变化的皮带输送机上的皮带秤应具有皮带倾角变化自动补偿功能，仪表根据接收的角度变送器的信号，不断对流量进行修正，以达到变角度环境下精确称量的目的。有时为了消除物料中水分的影响，仪表可和在线物料水分测试仪同时使用，仪表根据接收的水分测试仪的信号来消除物料的含水量，得到物料的干重。
（九） 故障自诊断
仪表可对多路称重传感器的故障、速度传感器的故障、系统内部（CPU、存储器、显示器等）故障等进行自诊断。
（十） 可编程特点
仪表的输入输出端口可以是可编程的，也就说仪表的输入输出功能是可选择的，这样可满足不同用户的要求，方便使用。
（十一） 零点死区
仪表通过零点死区的设置消除小流量的干扰，在零点死区范围内，仪表不进行累计运算。
（十二） 滤波选择
仪表应具有多种滤波方式，用户可根据现场使用的情况进行选择，以达到最佳计量效果。
（十三） 速度输入选择
仪表应可选择内部和外部两种速度输入方式，当选用外部速度输入模式时，仪表接收的是速度传感器的信号，这是正常的工作状态。当选用内部速度输入模式时，仪表内部自身产生一个速度信号，无需外接速度传感器，这种情况一般用于自身检测。
（十四） 密码保护
仪表应具有密码保护功能，保护参数，防止人为修改。密码可分为两级密码，即系统密码和操作密码。系统密码保护所有的参数，禁止随意修改，但可进行日常的操作（如半自动置零等）。操作密码则禁止对仪表的任何操作，包括日常的操作。
（十五） 报表
仪表可具有报表功能，进行班报、日报等数据报表的处理，便于查询物料输送信息。
（十六） 批称量
仪表可具备批称量功能，可通过预设的物料量，达到定量装料的目的。
（十七） 信息输入
仪表应具有时间、测量单位、显示方式、打印格式等信息输入功能。
（十八） 报警
仪表应具有各种报警功能，主要报警有：高低流量、高低速度、高低载荷等。
三、新的国际建议R50 对仪表的要求
我国现行的皮带秤国家标准和检定规程是修改采用OIML R50 （1997E 版） 国际建议《连续累计自动衡器（皮带秤）》而成的，如今OIML R50（2011 版） 4CD 版已在修订中，在新的国际建议中对皮带秤仪表提出了一些新的要求。
（一） 模块
称重仪表可作为一个单独的模块进行试验，其误差极限应等于整台皮带秤的最大允许误差的一个系数Pi 倍，Pi 一般取0.5。
（二） 软件
仪表中软件包括法定相关软件、法定相关参数、软件标识、软件的分割等。法定相关数据包括测量的最终结果，包括小数点符号和单位，称量范围标识，承载器标识、软件标识和配置信息。法定相关参数的类型可分为型式特定参数和装置特定参数。型式特定参数包括用于重量计算的参数、稳定性分析、价格计算和化整，软件标识。装置特定参数包含校正参数（如量程调整、其他调整或修正） 和配置参数（如最大净秤量、最小净秤量、计量单位等）。
软件标识指的是一个易读的软件序列号且与该软件或软件模块有不可分割的对应关系（如版本号、校验和），可随时检查使用中衡器的软件标识。软件分割指的是测量仪器，电子装置，或组件的软件可以分割为法定相关和非法定相关软件，这些部分通过软件界面交互通讯。仪表法定相关的软件应由制造厂方确定，即对计量特性、计量数据和计量重要参数起关键作用的软件，存储或传输软件、以及为探测系统软硬件故障而编写的软件，都被认为是皮带秤的基本组成部分。
法定相关软件要确保足够的安全性，需满足下列要求：
1） 法定相关软件应足以避免意外或无意的数据变化。
2） 应对软件分配相应的软件标识，这种软件标识应适用于可能影响衡器功能和精度的每一次软件修改。
3） 通过所连接的接口来实现的功能，即法定相关软件的传输，应符合国际建议中关于接口的安全要求。
（三） 数据储存装置
仪表的数据储存装置指的是存储测量完成后的数据旨在用于日后法定相关目的的装置。计量数据可以存储在衡器的存储器中或保存
在外部存储器中以便后续使用（如显示、打印、传输等）。在这种情况下，应有充分的防护措施使所保存的数据避免数据传输或存储过程中所产生的有意无意的数据变化，并使所保存的数据包含恢复其早期计量值所必需的全部相关信息。数据储存装置要确保数据有足够的安全性，应满足下列条件：
1） 国际建议中规定的相应安全要求；
2） 外部存储设备的识别和安全属性应能自动校验以确保确保性和真实性；
3） 如果所存储数据通过一个特定的校验和或密钥来做安全保护，存储计量数据所用的可交换存储媒介就不需要铅封保护；
4） 当存储容量用尽时，新的数据可以替代最旧的数据，条件是已被授权可以替代旧数据。
（四） 组件的保护和印封及预设控制国际建议增加了组件的保护和印封及预设控制的要求。
受法制计量管理且不应由用户人为调整或拆除的组件、界面和预设控制，应按装配备保护措施或印封装置。若印封，应将外围印封。任何情况下印封件应易于接触。测量系统中所有对测量准确度有影响的操作组件应提供充分的保护。仪表的保护或密封措施应确保:
1） 限制使用可能对计量属性有影响的功能。如：被印封装置保护的开关、密码、钥匙或识别标签；
2） 软件功能应根据相应的要求进行保护以避免有意、无意或意外的更改；
3） 通过界面的计量数据传输应根据相应的要求进行保护以避免有意、无意或意外的更改；
4） 衡器的可用安全保护措施应可独立操作对设定对象的保护；
5） 存储装置中的测量数据应根据相应的要求进行保护以避免有意、无意或意外的更改。对禁止使用或调整的组件和预设控制进行安全保护的方法包括以下：
1） 实物印封，只有将其破坏才能接触组件或功能；
2） 如有审查跟踪系统，则该系统应自动记录对组件和功能的使用信息，该信息应能被使用和显示。信息中应包含日期和经系统授权的使用者(如果审查跟踪系统中的信息无法确切识别使用者，应有足够可以识别使用组件和功能时所用的密码或识别标签的信息。
3） 在国家法规规定的一段时间（一般是两次定期核查之间的时间） 内，应确保对操作使用的可追溯性（如每当组件或功能被更改时数值便递增的计数器，和该计数器在某一特定时间的一条相关记录值）。操作使用的记录应被存储。记录不应被覆盖，除非记录的存储容量用尽，新的记录在数据所有者提供许可的情况下可以取代老的记录；
4） 印封措施应易于使用。
（五） 干扰
对皮带秤的干扰试验主要也就是对仪表进行干扰试验，新R50 国际建议在抗干扰试验中以前要求要严酷的多。增加了交流供电电源电压暂降和短时中断抗扰度试验、浪涌（冲击） 抗扰度试验、射频场感应传导骚扰抗扰度试验等，对原来的电快速瞬变脉冲群抗扰度和射频电磁场辐射抗扰度试验要求也提高了。在所有衡器的抗干扰试验的项目中，R50 的严酷度等级是最高的。
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