CK6E系列電子皮帶秤秤臺故障自動切換方法的研究

［摘 要］ 對電子皮帶秤壓力傳感器故障、兩個應急秤秤臺故障產生的原因進行研究，通過在電控PLC 程序編寫中增加秤臺切換功能，解決秤臺在壓力傳感器故障、秤體水平和垂直故障時的無縫切換，確保電子秤計量的準確性和物料運行的流暢性。試驗結果表明，在使用秤臺故障自動切換方法后，車間生產過程中再沒有出現因電子秤故障引起的物料中斷、停機現象。

［關鍵詞］電子皮帶秤；壓力傳感器；秤臺切換；流量控制

［中圖分類號］TH715 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0135–03

CK6E 型電子皮帶秤包括兩個獨立稱重的應急秤和1 個綜合雙應急秤稱重的運行秤。這些秤底層包含有壓力傳感器，通過壓力傳感器獲取數據上傳到PLC系統就能夠獲取到秤的實時流量和累計量。本研究結合以上數據結構基于模塊化設計，冗余部署和負載均衡，構建了一套電子皮帶秤壓力傳感器故障切換方法，通過結合雙應急秤和綜合秤實時數據的反饋，可在生產過程中出現傳感器故障問題時，做到自動無縫切換，將任務轉移到單個子系統進行運行和計量，進而規避物料中斷問題，保證批次完整性和實時數據同步與一致性。

1 主要結構與工作原理

CK6E 系列電子皮帶秤主要由電子秤輸送機和PC 控制柜組成，其是一種動態稱重裝置，在制絲線及打葉復烤線中廣泛用于煙絲、煙葉、葉片、煙梗等各種煙草物料的流量控制、累計重量的顯示及不同物料的配比控制。

1.1 主要結構

CK6E 系列電子皮帶秤由控制柜/ 箱、電子皮帶秤輸送機兩個部分組成（圖1）。

1.1.1 PLC控制柜

控制柜為1 個單開門柜體或箱體，柜/ 箱內包括以下主要器件：①可編程控器；②操作員終端；③現場總線根據不同的控制器可配置不同的網絡功能；④變頻器（箱式控制柜變頻器為外掛）。

1.1.2 電子皮帶秤輸送機

電子皮帶秤輸送機主要由機架、皮帶張緊裝置、輸送帶、輸送裝置、自動糾偏裝置、可調支撐組合、過渡托輥、稱重裝置、手動糾偏裝置、支架、驅動及測速裝置、皮帶清掃裝置等組成。

1.2 工作原理

控制柜中PC 裝置在接受由稱重傳感器傳來的重量信號和測速機構的速度信號后，通過CPU 模塊運算，得出物料的瞬時流量、累計重量及電機控制等信號，從而完成電子秤的自動稱重和控制等功能。

1.3 計量原理

當物料通過皮帶秤輸送機計量段時，該區段上的物料重量對稱重托輥產生壓力，稱重托輥將這個力作用到負荷傳感器上，此時傳感器輸出0～20 mV 正比于物料重量的電壓信號，該信號經放大成0～10 V電壓（或0～20 mA 電流）后送入輸入模塊，經A/D 轉換后再送至CPU 模塊進行運算。同時隨著輸送機的不斷運轉，裝于驅動電機上的光電脈沖編碼器發出脈沖，每一個脈沖代表皮帶走過的距離。每當皮帶走過一個固定的距離ΔL，PC 裝置完成一次重量、速度采樣工作。當物料通過皮帶秤后，PC 裝置已采樣多次，PC 將各次采樣值累計即可得到累計重量W。稱重原理如圖2所示。

累計重量W 計算如下：

式中，i為采樣脈沖，Pi為計量段上物料重量，L為計量段長，ΔL為采樣間隔距離。

從式（1）中可以看出P/L 即為皮帶每米上物料的重量，n 為皮帶走過ΔL 的段數，P/L · ΔL 即為走過ΔL 長度的重量，對n 段重量求和即得累計重量W。

電子秤皮帶速度V 可由下式求得：

V=△L/T（2）

式中，T為走過ΔL長度所需的時間。

2 稱重秤臺切換

2.1 稱重秤臺分布

稱重秤臺分布示意如圖3 所示。料口方向的兩只傳感器SP1 和SP2 組成秤臺1 即應急秤1（CT1），出料口方向的兩只傳感器SP3 和SP4 組成秤臺2，即應急秤2（CT2），秤臺1 和秤臺2 合起來共同組成秤臺3（CT3）。秤臺3 為常規缺省秤即運行秤。物料進來先經過秤臺1，再經過秤臺2。物料經過電子皮帶秤，3個秤臺會分別對其進行稱重并累計。

2.2 稱重秤臺切換

物料經過秤臺1 的傳感器SP1 和SP2 上的重量信號經過延時處理后，分別對應與秤臺２上同一位置的傳感器SP4 和SP3 進行比較。同時，同一秤臺上的兩只傳感器SP1 和SP2（秤臺2 的SP4 和SP3）也在時刻進行比較，若重量信號超過水平超差報警值或重量信號超過垂直超差報警值，則會產生報警，報告是哪一只傳感器有問題，哪一個秤臺有問題。若秤臺選擇方式為自動，則在報警的同時自動切換到沒有問題的秤臺上。重量信號無異常時，一般在運行秤上，使用兩組稱重托輥進行稱重。

3 電子皮帶秤的秤臺切換選擇

3.1 電子秤秤臺切換的選擇

電子秤秤臺切換選擇包括手動切換和自動切換。目前使用的CK 型電子皮帶秤有3 個稱臺運行秤CT3，應急秤1 由傳感器SP1，傳感器2 由SP2 組成。應急秤2 由傳感器SP3，傳感器SP4 組成，運行稱同時包含傳感器SP1、SP2、SP3、SP4 4 只傳感器，分布情況為物料方向應急秤1，應急秤2，合起來運行秤CT3。

3.1.1 手動切換秤臺

在電子秤內部參數里，選擇手動切換稱臺時，只需在查看調零結果，傳感器碼值后確定所選秤臺，然后選擇相應秤臺來滿足生產需求。此方法需人工到電子皮帶秤人機操作屏手動選擇相應秤臺。

3.1.2 自動切換秤臺

自動切換稱臺同樣需要在電子皮帶秤內參里將秤臺切換方式選擇自動，這樣就可以實現秤臺的自動切換，保證生產運行。

3.2 電子秤秤臺切換條件

無論手動切換稱臺還是自動切換稱臺都有相應的條件限制及判斷，并需及時作出選擇。以下對秤臺選擇的方法和切換滿足條件進行分析。

3.2.1 傳感器故障切換

1 臺電子皮帶秤由4 只稱重傳感器組成，分別為SP1、SP2、SP3、SP4，當SP1 或SP2 故障報警表示秤臺1 故障，這時需要切換到CT2 使用，當SP3 或SP4 故障報警表示秤臺2 有故障，這時需要切換到CT1 使用，當所有傳感器沒有故障時選擇CT3。

3.2.2 傳感器故障判斷及條件

每只傳感器的碼值范圍均為0～27648，觸發傳感器報警的條件有3 個，即碼值大于等于27648、碼值小于等于200 以及水平垂直超差報警。以SP1 為例，用PIW280，PIW282，PIW284，PIW286 分別表示傳感器1，2，3，4 的輸入碼值，OUT13，OUT14，OUT15，OUT16 分別表示各個傳感器通道的故障輸出。每個報警點分別用M5.1，M5.2，M5.3，M5.4表示，IN0，IN1，IN2，IN3 分別表示每個傳感器的重量輸出。

當SP1 的PIW280 ≥ 27 648 時，則傳感器SP1 延時5 s 輸出故障點M5.1，此時秤臺CT1 故障，程序里自動切換到CT2 使用。

當SP1 的PIW280 ≤ 200 時，則傳感器SP1 延時5 s 輸出故障點M5.1，此時秤臺CT1 故障，程序里自動切換到CT2 使用。

當SP2 的PIW282 ≥ 27 648 時，則傳感器SP2 延時5 s 輸出故障點M5.2，此時秤臺CT1 故障，程序里自動切換到CT2 使用。

當SP2 的PIW282 ≤ 200 時，則傳感器SP2 延時5 s 輸出故障點M5.2，此時秤臺CT1 故障，程序里自動切換到CT2 使用。

當SP3 的PIW284 ≥ 27 648 時，則傳感器SP3 延時5 s 輸出故障點M5.3，此時秤臺CT2 故障，程序里自動切換到CT1 使用。

當SP3 的PIW282 ≤ 200 時，則傳感器SP3 延時5 s 輸出故障點M5.3，此時秤臺CT2 故障，程序里自動切換到CT1 使用。

當SP4 的PIW284 ≥ 27 648 時，則傳感器SP4 延時5 s 輸出故障點M5.4，此時秤臺CT2 故障，程序里自動切換到CT1 使用。

當SP4 的PIW282 ≤ 200 時，則傳感器SP4 延時5 s 輸出故障點M5.4，此時秤臺CT2 故障，程序里自動切換到CT1 使用。

反之沒有故障報警輸出自動默認秤臺CT3。

3.3 水平垂直報警輸出故障報警切換秤臺

每個傳感器都跟相鄰上平和垂直方向的傳感器進行比較。IN0 － IN3=TEMP20 垂直差值；IN1 －IN2=TEMP21 垂直差值；IN0 － IN1=TEMP22 水平差值；IN3 － IN2=TEMP23水平差值；IN4為水平報警值，IN5 為垂直報警值。

當TEMP20 ≥ IN4 且TEMP21 ＜ IN4、TEMP22 ≥ IN5，則傳感器1 通道OUT13 輸出有故障。

當TEMP20 ≥ IN4 且TEMP21 ＜ IN4、TEMP23 ≥ IN5，則傳感器4 通道OUT16 輸出有故障。

當TEMP21 ≥ IN4 且TEMP20 ＜ IN4、TEMP22 ≥ IN5，則傳感器2 通道OUT14 輸出有故障。

當TEMP21 ≥ IN4 且TEMP21 ＜ IN4、TEMP23 ≥ N5，則傳感器3 通道OUT15 輸出有故障。

所以當OUT13或者OUT14有故障輸出且OUT15和OUT16 沒有故障輸出切換成秤臺CT2。

當OUT14 或OUT15 有故障輸出且OUT13 和OUT14 沒有故障輸出時，切換成秤臺CT1。

當OUT13、OUT14、OUT15、OUT16 均沒有故障輸出，則默認為秤臺CT3。

反之切換到CT1 說明CT2 有故障，切換到CT2說明CT1 有故障。

4 秤臺切換時運行累計值處理

秤臺切換時將運行秤的累計值傳輸至應急秤1 或應急秤2。

秤臺CT1、CT2 均正常時，秤的累計計量值讀取數據為CT3 秤臺的計量值。

秤臺CT1 故障時，秤的累計計量值讀取數據為CT2 秤臺的計量值，CT2 計量初始值為CT3 的實時累計值。

秤臺CT2 故障時，秤的累計計量值讀取數據為CT1 秤臺的計量值，CT1 計量初始值為CT3 的實時累計值。

5 結束語

電子皮帶秤秤臺切換及選擇，根據不同的故障報警來判斷具體傳感器的問題，確定故障秤臺，選擇對應秤臺以保障生產的連續性，無論是手動還是自動，對秤臺的選擇都應做到準確的選擇。切換后的累計和流量同時轉換到相應秤臺，上傳至上位，這時上位收到的數據就是當前秤臺所產生的數據，為保證數據的準確性，平時的調校必須保證每個秤臺，每個傳感器都精確，掛碼標定、調零、水平、過碼修正必須滿足秤臺1，秤臺2，秤臺3 需求，這樣在生產中遇到問題就可以隨時進行秤臺切換以滿足生產需求。

參考文獻

[1] 徐鴻飛. 電子皮帶秤的安裝與調試[J]. 湖南農機，2011，38（3）：96-98.

[2] 蘭濱杰. 提高在線電子皮帶秤參配精度[J]. 計量與測試技術，2012，39（8）：41-42，44.

[3] 王海英. 淺談電子皮帶秤在制絲線上的應用[J]. 安徽煙草科技，1999（4）：17.