本文介绍如何利用 PLC 的逻辑计算，实现皮带秤的瞬时量计算与显示、累积量计算与清零、实物校称、零点标定等功能。既减少了硬件投资，又减少了维护量，同时替代皮带秤积算仪在上位机上实现其所有功能。
1.背景技术
目前在用的动态皮带秤大多利用皮带秤积算仪实现一切功能，其配置情况一般是：称重传感器、速度传感器、流量积算仪。秤的所有功能：瞬时量计算与显示、累积量功能、校间隔、校零、清零等都在积算仪完成。日常维护量和校秤工作量重，流量积算仪的投资较大。随着 PLC 的普及，积算仪的瞬时量和累积量必须送到 PLC 再由 PLC 根据瞬时量和累积量调节给料设备控制下料量在设定的范围之内。这种设计方法，在有 PLC 应用的场合既繁琐，又增加故障点，不利于控制精度的掌握。
2.设计原理
在有 PLC 应用的地方对皮带秤（皮带）做简化设计：去掉积算仪，把其功能全部移植到 PLC 内部，去掉速度传感器（皮带），只保留称重传感器，将称重信号通过集线盒直接送到 PLC 的 AI 模板（流程示意图见下图 1），秤的所有功能：瞬时量计算与显示、累积量功能、校间隔、校零、清零等都在 PLC 或 DCS 完成。
2.1 皮带秤流量计算
皮带运转时，称重传感器将重量转换为电信号（常为0-10mV），利用直流毫伏转换器将毫伏值转换为 4-20mA 标准信号，送入 PLC/DCS；皮带的转速ｖ根据电机转速与滚筒直径计算得出（可根据现场实际测算得出），PLC 只需要重量信号这一变量进行运算，瞬时流量计算公式：F＝ｋ1ｖf。其中， F 为瞬时流量ｋｇ／ｓ；ｋ1 为流量（速度）系数;ｖ为皮带速度，ｍ／ｓ；f。为瞬时重量负荷ｋｇ／ｍ皮带秤自身的实时重量 m0 , 瞬时重量为 mi（实时皮带重量与物料重量之和），在速度一定下，重量负荷ｋｇ／ｍ与重量 m 呈正比例关系，为方便计算，通过模板读取的 4-20mA 的标准信号可直接表示为重量（即为 mi），负荷可表示为 f。 =k2(mi- m0),其中 k2 为称重系数，流量计算公式可写为：F＝ｋ1k2v( mi- m0), ｋ1、k2 均为其函数的正比例系数，ｋ1× k2 为 F 的正比例系数，可令 k=ｋ1× k2,得出：F＝kv( mi- m0) k 称为流量系数，在实物标定时得出；m0 可在下面介绍的零点
的运算中得出。瞬时量(t/h)积分得到累积值: ∑M=Fdt ，实际运算中,根据程序运算周期，确定系数，例如 PLC 一个计算周期为 1s, 若瞬时量为 t/h，则系数为 1/3600，将每个周期得出的瞬时量相加乘以系数得出累积值。
2.2 皮带秤调零
皮带秤的称重传感器测得的重量包括物料的重量和皮带自身的重量，皮带秤零点的标定即为确定皮带自身的重量，由于皮带称连续运转，称体上的皮带始终处于变化中，使得皮带实时的重量处于变化之中。通过计算一段时间 t（皮带运转一周时间的倍数）的累积值，使累积值等于零，得到皮带自身的重量，即为零点。
根据 F＝kv( mi- m0)，初始状态下 k, m0 均为默认常数，通过计算一m段时间（t）累积量使它为零来校准 m0，累积量 M 为零，即 i - m0 为零，得出零点计算公式：m0=∑mi/t,t 为 m0 累加周期（即调零时皮带运行时间）。
实际操作中,根据计算误差大小决定是否继续标定零点，误差的计算为：δ1=（m0-m′)/100 m′其中 m′为原零点， m0 为本次校准的零点，若误差较大，设定本次校准零点为新零点，可通过多次调零，直到误差稳定在规定的范围内。
2.3 皮带秤校准
皮带秤经过调零点标定后，通过实物校称来标定流量系数，称重系数的计算公式：ｋ/M＝ｋ０／M０。其中ｋ为当前标定计算出来的流量系数，ｋ０为旧的流量系数（初始状态下为默认经验常数），M０为 PLC/ＤＣＳ计算得出的累计值，M实际重量。与调零一样根据误差的大小判断是否继续标定，误差的计算公式为：δ2=(M０-M)/100/M[2]。若误差较大，设定本次校准 K 值为新 K 值，可通过多次校准，直到误差稳定在规定的范围内。
3.具体实施
某一恒速物料皮带称，利用 PLC 实现在上位机显示皮带物料瞬时量、累积值、清零等功能，并且能够实现零点标定，和实物标定。
3.1 控制系统:
采用施耐德昆腾系列 PLC，CPU:140 CPU 534 14，模拟量输入模板: ACI 04000；编程软件为 Unity Pro，监控软件ifix4.5。
3.2称重传感器及变送组件：
传感器选用电阻应变式称重传感器，0～500kg，精度为 0.05 ‰，输出为：0～10 mV;变送单元采用流毫伏转换器将0～10 mV 转换为 4～20 mA 电流信号。程序实现：
零点的计算:将零点标定的程序制作为一个功能块 zero，在皮带秤的主程序中调用.
当皮带正在运行时，监控画面按下零点校准按钮时，校零开始，运行 163 秒为一个校零周期（经现场测得 163 秒为皮带运转一周的时间），在校零运行中，通过一秒脉冲计算累计值，并利用下降沿脉冲计算出当前零点，在监控画面按下自动校零时，根据公式 δ1=（zero-zero1)/100 zero1，比较积算当前零点与旧零点误差，当误差大于 0.01%或者小于-0.01%时，自动设定当前零点为新零点，反之误差小，原零点相对准确，不必要改变零点。当监控画面设定为手动校零时，根据实际需求手动改变零点。
实物校准（流量系数 K 的确定）：将实物校准的程序制作为一个功能块，在皮带秤的主程序中调用，原理与零点计算相同。
瞬时流量计算，累积量的计算与清零：将瞬时量、累积量等程序制作为一个功能块，在皮带秤的主程序中调用，原理与零点计算相同。
利用此技术开发的皮带秤，经长时间运行能够准确反映皮带瞬时流量与累积量，零点标定和实物校准更加方便快捷，总体运行稳定、准确。在有 PLC 的场所完全可以替代皮带秤积算仪，减少投资、增加设备稳定性，值得推广。