Pentru determinarea debitului sau a cantitatii de material transportat pe benzile rulante, se pot utiliza cantare de greutate cu celule de sarcina care masoara masa unui tronson de banda de lungime fixa, sau cantare volumetrice bazate pe un scanner laser care masoara aria unei sectiuni perpendiculare pe directia de deplasare a covorului de banda. Avand oricare din acesti doi parametri (masa unui tronson sau aria unei sectiuni), cunoscand viteza se poate calcula debitul masic sau volumetric, care integrat pe un interval de timp va da cantitatea (masica respectiv volumetrica) de material transportat in acel interval de timp.

Datorita faptului ca, in general, materialele transportate cu benzi au o anumita granulatie, densitatea lor masurata intr-un recipient poate fi influentata de mai multi factori, cum ar fi inaltimea de cadere in acel vas, deci intre masa si volumul materialului nu va fi o functie liniara. Din aceasta cauza sunt preferate cantarele cu celule de sarcina care returneaza cantitatea in unitati de masura de masa (kg, tone).

Exista situatii in care cantarele cu celule de sarcina nu pot fi montate. Una din aceste situatii este aceea in care structura de sustinere a benzii este supusa la vibratii mecanice mari. Aceste vibratii induc forte perturbatoare pe langa fortele date de greutatea materialului, afectand precizia cantarului. In aceste cazuri un cantar volumetric este mult mai precis.

Cantarul volumetric cu scanner laser

Pentru masurarea debitului volumetric si a volumelor, cantarul volumetric are la baza un scanner laser 2D amplasat deasupra covorului benzii transportoare, cu planul de masura perpendicular pe directia de deplasare a covorului de banda.

Schema scanner laser amplasat deasupra benzii

In figura 1 este prezentat schematic un scanner laser deasupra benzii iar in figura 2 este prezentat un scanner laser real, cu rosu sunt figurate razele laser pentru masura.

Scanner laser cantar banda
Un scanner laser are in compunerea sa un laser care produce un fascicul liniar in impulsuri. Acesta emite un impuls scurt si masoara timpul pana cand este receptionata reflexia pe suprafata unui obiect oarecare. O oglinda rotativa, inclinata la 45 grade fata de fascicul, se roteste si il deviaza la 90 grade, fasciculul descriind acum un plan. Oglinda rotativa are atasat un encoder care masoara pozitia unghiulara a acesteia, deci a fasciculului in plan. Laserul liniar emite un fascicul spre oglinda care se roteste continuu. Aceasta deviaza fasciculul in planul de masura intr-o pozitie unghiulara masurata de encoder. Timpul in care se intoarce reflexia este masurat si scannerul calculeaza distanta pana la punctul de pe suprafata corpului care reflecta raza, deci astfel cunoastem distanta (raza) si pozitia unghiulara a punctului de reflexie, deci pozitia unghiulara raportata la un sistem de referinta polar atasat scannerului.

Scannerul 2D poate masura intregul plan in jurul sau (360 grade) sau numai un unghi (exemplu scanerul din figura 2). La o rotatie completa a oglinzii rotative, scanerul masoara coordonatele polare (raza si unghi) unui sir de puncte egal distantate unghiular. Valorile coordonatelor polare (raza – distanta de la scanerul laser la suprafata obiectului si unghiul – unghiul relativ fata de o dreapta care trece prin originea sistemului de referinta solidar cu scannerul laser) sunt trimise catre un program prin intermediul unei linii de comunicatie seriala sau ethernet care le preia si calculeaza debitul, volumul de material transportat.

Sistem de cantarire volumetrica

In figura alaturata este prezentat modul de calcul al ariei sectiunii materialului transportat. La initializarea sistemului de masura se face o scanare a benzii goale. Prin interpolare se obtine conturul covorului fara material. In timpul functionarii benzii transportoare, se fac zeci de scanari pe secunda si se calculeaza conturul sectiunii benzii si al materialului de pe aceasta. Pentru a calcula aria sectiunii se scade din aria cuprinsa intre conturul benzii goale si limitele de masura, aria cuprinsa intre conturul benzii cu material si limitele de masura ale scanerului. Avand aria sectiunii normale pe viteza de deplasare se poate calcula simplu debitul instaantaneu, care este aria inmultita cu viteza instantanee.

Studiu de caz: cantare volumetrice montate pe benzile transportoare ale excavatoarelor din exploatarile de carbune ale Complexului Energetic Oltenia

Pentru a masura debitul instantaneu de material si volumul excavat, pe fiecare excavator de mare capacitate din CEO am montat cate un cantar volumetric de banda pe cate o banda transportoare. La excavatoarele tip ERC 1300 si ERC 1400 l-am montat pe banda a 2-a dupa roata cu cupe iar la excavatoarele tip ERC 2000 l-am montat pe banda a 3-a dupa roata cu cupe.

Sistem de cantarire volumetrica

Elementele componente ale sistemului de cantarire volumetrica sunt urmatoarele:
- Un Laser de tip LMS 211 folosit ca instrument de cantarire
- Doua calculatoare industriale (PC1 & PC2), folosite pentru a prelucra datele primite de scanner
- Dispozitive de comunicatie pentru a realiza comunicatia cu scanerul, calculatorul, modulul ICP si dispeceratul
- Dispozitive de comunicatie radio (comunicatie wireless)
- Surse de alimentare

Parametrii masurati de cantar (debit volumetric instantaneu, volume excavate in anumite intervale orare) trebuie afisate in cabina de comanda a excavatorului, langa roata cu cupe. S-a ales pozitia scanerului pe benzile 2 sau 3 deoarece prima banda dupa roata cu cupe este supusa unor vibratii puternice provocate de cupe in procesul de excavare, vibratii care pot reduce durata de viata a scannerului. Nici benzile 2 si 3 nu sunt lipsite de vibratii, utilajul este mobil pe senile iar incarcarea unei benzi de catre cea din amonte se face prin cadere libera, materialul de pe banda din amonte cade printr-un buncar pe cea din aval, aceasta determinand vibratii suprapuse peste cele determinate de excavare si mars (deplasarea excavatorului). Din acest motiv pe aceste benzi nu pot fi montate cantare cu celule de sarcina.

Poza cantar banda

Calculatorul PC1 este montat intr-un cofret metalic pe acelasi cadru impreuna cu scannerul laser, pe pozitia in care va masura materialele transportate pe banda. In PC1 ruleaza programe care preiau datele de la scaner si informatia despre starea de miscare a benzii, calculeaza sectiunea materialului, debit instantaneu, volume, transmite prin retea Wi-Fi catre PC2 (afisor) si inregistreaza periodic parametrii intr-o baza de date.

Cantarul propriu-zis il puteti vedea in poza din partea stanga.

PC2 cantar banda

Calculatorul PC2 este montat in cabina utilajului si afiseaza datele transmise de PC1.

O problema la masurarea cu fascicul laser este incarcarea cu particule de praf si ceata a aerului intre scanerul laser si suprafata materialului de cantarit. Particulele de praf si ceata au diametre mult mai mari decat lungimea de unda a radiatiei laser (infrarosu) deci reflecta fasciculul generand in interiorul unghiului de masura al scanerului puncte care nu apartin conturului materialului. Am rezolvat problema adaugand la sistem un senzor ultrasonic care masoara distanta de la scanner la varful gramezii de material de pe banda. Senzorul ultrasonic utilizeaza ultrasunete cu lungime de unda mult mai joasa deci nu va fi perturbat de praf si ceata .Cunoscand distanta de la senzorul ultrasonic la covorul de banda, se poate calcula inaltimea stratului de material. Cunoscand albierea materialului pe banda pentru mai multe debite, cand laserul este pertubat de praf si ceata am realizat o corectie a valorilor dupa inaltimea reala a stratului de material de pe banda.

Cotatie de Pret
Gratuit, fara nici o obligatie
Masurari-Industriale.ro © 2017
Telefon: 0253 214 251 sau Cere GRATUIT o Cotatie de Pret