物联网技术与皮带秤远程专家系统

   提起皮带秤，无论是制造商、还是使用者都有一种纠结的心情，甚至有过痛苦的经历。这是因为皮带秤是散状物料运输过程中计量的选择，它具有成本低的优点；但又因其称重准确度低、耐久性能差——不能长久地保持检定时的性能的缺点，成为使用者心中挥之不去的梦魇。使用者要么放弃、要么必须为此付出艰辛的劳动；制造商鞭长莫及、无可奈何。所以在取与舍上他们都很“纠结” 。

上篇：皮带秤的前世今生 
  皮带秤是固体散状物料输送过程中连续称重的计量设备，它在物料输送过程中同步称重。20世纪初由美国人Herbert . Merrick，50年代传入中国。由于皮带秤无需增加运输成本的优点，得到广泛的应用。但是由于称重原理和使用现场存在的问题，使其计量准确度难以提高且耐久性能差。

一、 皮带秤的制造和使用面临着重重困难：

（一）技术层面的难题

1、 皮带秤的称重过程不是独立的。皮带作为介质处于物料与秤架之间，皮带的状态对称重影响很大；且皮带状态随时间、温度及流量而变化，成为皮带秤耐久性能差的主要影响因素。

2、 每台皮带秤的工艺参数（流量、带宽、带速、安装位置、托辊状况等）及使用环境不同，使每台皮带秤要面对不同的使用条件、无法采用标准化的制作与安装方法。

3、  皮带秤是连续运行的计量设备，一次计量过程可能连续运行数小时、甚至数天，中途无法进行去皮等操作。也就是说，皮带秤需要在连续运行的过程中自身保持系统的性能指标，与非自动衡器相比，难度大大增加。

4、  皮带秤的检定是一个较大的难题，实物检定只能按周期进行，一些场合还无法进行实物检定。缺乏方便有效的校准手段，也是皮带秤的难度之一。

（二）使用层面的难题

1. 用户面临的难题

皮带秤通常用作进出厂物资贸易计量或内部物资流转考核计量，关乎供需双方的经济利益。如皮带秤的准确度难以保证，产生的矛盾往往令用户苦不堪言。因此，保证皮带秤的准确性是用户最为关心的问题。

皮带秤作为一种实时计量器具，要求可靠性高。若输料过程中发生故障，将导致计量数据的丢失。建立一支专业维修队伍对于大多数用户而言，是勉为其难的、也是不现实的。

2. 皮带秤制造商的难题

皮带秤制造商的困境十分明显，成为制约产品售后保障的瓶颈：

1） 随着销售量的增加，售后服务的工作量同步增加、所需要的服务能力也要逐步增加。否则，一旦售后服务力量无法满足，就必然导致降低服务质量。皮带秤的耐久性差，与制造商服务能力弱有很大的关系。

2） 皮带秤故障，从用户报修到售后服务人员到达往往需要1-2天时间、皮带秤的维修过程中有时还需要进行实物检定，整个过程影响用户计量的时间会比较长、耗费的人力财力也很大。

3） 皮带秤的故障现象十分繁杂，判断故障并处理常需要经验丰富、技术专业人才。这样的人才往往需要数年的培养，而人才又极易流动，导致部分制造商售后服务能力差、皮带秤故障多次维修不好现象。

4） 皮带秤的一些故障现象无法复现，维修人员在现场很难获得准确的故障信息，给故障处理增加了难度。

二、如何破解难题

1、生产一种理想的皮带秤

    抛开过去的不愉快，设想一下在科技高速发展的今天，我们该拥有一台什么样的 “理想”的皮带秤：

A．使用准确度高、且能长期保持；

众所周知，之前国际建议、国家标准中皮带秤准确度为0.5%。OIML－R50中，增加了0.2%准确度等级。如果一台皮带秤能在基本不维护的情况下始终应保持在0.2%的准确度，无疑是一台“理想皮带秤” 。

B．适应各种工业现场环境，日常使用免维护；

皮带秤需要面对不同的带宽、带速、流量、倾角、皮带张力及不同的给料条件。显然，只有在大多数的工业现场都可以达到0.2%的准确度、同时不需要依赖于频繁的维护和校准，这样的皮带秤才是“理想皮带秤” 。

上述定义的“理想皮带秤”，我们也可以称之为“皮带秤” 。如何实现这一愿望：

1）突破传统的误差理论

传统的误差理论建立在简单的力学分析之上，是基于单机、独立单元静力平衡模型的。随着技术发展，传统的误差理论有所突破，如南京三埃开发的“阵列式皮带秤”是一个多单元系统，所依据的是 “内力理论”、“张力补偿理论”和“皮带效应优先理论”等新的误差理论。

新的误差理论使得“皮带秤”的愿望可以成为现实。

2）功能强大的补偿修正软件

影响皮带秤准确度和耐久性的因素很多，有：温度、张力、皮带效应、安装与调整状态等等。通过对系统参数的检测，发现或预测其影响并进行修正，是保证皮带秤高准确度、高稳定性的必要手段。如“阵列式皮带秤”正是利用“传感器温度补偿软件”、“张力补偿软件”、“状态跟踪软件”、“拉格朗日线形拟合软件”等补偿修正软件才实现了长期保持0.2%准确度的高性能指标。

3）仪表高度智能化、系统具有自诊断、记忆、查询、遥测、遥讯功能

高度智能化的仪表是构成“理想皮带秤”的重要基础。皮带秤正由单一系统向多单元综合系统方向转化，系统的复杂性提高，自身故障率也高了。采用各种自诊断软件对系统进行定期检查、结合对历史数据的比对分析，对预期出现的故障提出预警，同时具备遥测、遥讯的功能是必不可少的。如对称重传感器的早期指标变差和速度传感器工作失准率的检查并预警等，就是这方面的应用实例。

2、建立皮带秤故障诊断专家系统

影响皮带秤准确度和耐久性的因素很多；皮带秤也从简单的单机检测系统向多单元复杂系统方向转变，其主要特点是：功能强大了、软件的容量增大、检测的内容增多、复杂的程度增加。仅仅依靠经验丰富的维修人员进行售后跟踪服务显然已不能保证服务质量和及时性了。建立一个“皮带秤故障诊断专家系统”，通过该“专家系统”对皮带秤系统的各项参数进行检测、比较并建立相关的故障判断数学模型，通过软件来发现并解决问题，就显得尤为重要。

这样既可以解决一些故障现象无法复现、难以解决的难题，也可以破解皮带秤故障较长时间影响用户计量的难题。

3、依靠“物联网”技术，实现遥测、遥讯、遥控

  破解困扰制造商和用户的售后服务不及时难题的根本办法是：充分利用“皮带秤故障诊断专家系统”、依靠“物联网”技术，通过遥测、遥讯、遥控实现故障早期诊断、预警、排除，实现良性的售后服务。

下篇：物联网技术在皮带秤上的应用

物联网的定义：

物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征[1]。 ——录自《百度百科》

一、 物联网技术可以做什么? 

1、通过物联网，服务方可以及时读取皮带秤的各种工作参数与过程运算参数， 读取信息的过程是在皮带秤工作状态下同步进行，无需用户人工介入、也不影响皮带秤的正常工作。可获取的信息有：

1） 皮带秤即时工作状态：如运行时间、带速、瞬时流量、累积量等；

2） 系统出现过的异常情况：如各种报警及产生的时间、原因等；

3）历史操作记录；

2、专家系统对用户设备实行全天候监控，读取的信息进行分析判断并作出相应的处理： 

1）分析传感器工作状态，对出现的异常现象进行分析并作出相应处理，如：切

除故障传感器、报警、修正因故障产生的误差等；

2）分析人工操作记录，如属非正常的操作，对因此导致的故障分析原因，提出解决办法；

3） 分析多个过程参数的历史值和过程变化规律，从中分析系统产生的各种变化。对于温度变化和皮带状态的变化进行数学模型建立和推演，得出其变化的原因和修正的数值范围，提高皮带秤的耐久性指标；

4） 建立该皮带秤的档案。

通过专家系统的记录、读取、纠错处理等操作，可将皮带秤实时的处于服务商总部服务器的监控之下。此时客户的皮带秤作为整个专家系统的一个终端，只是一个执行平台；而制造商总部的服务器则是系统的智能终端，既是客户信息数据库、也是分析、处理故障及客户咨询、支持平台。客户皮带秤的参数设置、数学模型建立、故障处理等都由总部的专家系统完成。

在物联网技术的支持下，客户端的皮带秤在它的背后，有一个强大的专家系统作为后盾。困扰用户和供应商的皮带秤使用和售后服务的难题得以破解。这个系统也在不断地充实、完善，更加具有强大的逻辑运算和人工智能能力，皮带秤的各种影响因素都可以用软件的方法加以解决，那么，我们的“皮带秤”将成为现实！

二、物联网技术将给我们带来什么?

1． 学习型皮带秤——皮带秤

各种工作环境和不同的工艺条件，导致皮带秤不能采用一个固定的数学模型进行工作。在采用物联网技术后，可以通过对皮带秤运行时各种参数的采集，获得该皮带秤的特性曲线、参数数值等，这一过程我们称之为：“自适应过程” 、也可以成为“学习过程” 。通过学习后的皮带秤，在总部专家系统生成该皮带秤的特定的数学模型及各种参数。在各种影响因素下，该皮带秤都可按照专家系统给出的优化方案工作，实现“皮带秤”的目标。

2. 皮带秤故障早期诊断

   皮带秤的很多故障如：传感器损坏、桥压漂移、机械故障等，均可在早期通过远程专家系统发现并采取纠正措施，有效地防止故障发生导致皮带秤无法工作。

3. 皮带秤故障快速维修

当皮带秤出现故障时，专家系统可以通过物联网进行诊断并提出维修方案。此时，用户或维修人员只需按照维修方案进行处理，即可轻松地排除故障。复杂、长时间的维修变成为 “快速指定维修”，同时对维修人员的技术水平要求也大大降低。故障维修的及时性和准确性得到保证，用户设备的可靠性得以提高。

4、扩展外延服务模式，解决服务瓶颈问题

在皮带秤市场不断扩大时，售后服务能否及时是困扰供需双方的难题。

基于物联网技术的“远程专家系统”可以快速准确地发现问题、解决问题，促进了售后服务新模式的形成，有效地解决了制造商维修人员紧缺、不能提供及时的售后服务的问题，保持对每一个用户的良好的技术支撑。

服务外包是国际通用的一种服务模式。

对用户而言，将皮带秤的售后服务外包，可以省去配备维修人员、储备备件的成本；对供应商而言，以服务、求发展这一新型的服务模式为企业提供了可持续发展空间。

代理维修则是借鉴家用电器售后服务的一种模式。

由于技术层面的复杂和现场工艺环境的多变，维修人员需要一定的技术水平和维修功底，“远程专家系统”为这种服务模式提供了保障。皮带秤制造商在各个区域设置维修代理点，外聘一批皮带秤维修人员。当用户设备发生故障时，专家系统及时地分析故障原因并给出维修对策，指导维修人员快速排除故障、恢复计量。这一社会化的服务模式，为皮带秤的广泛应用打下坚实的基础。

5、防止人为作弊行为

皮带秤用于贸易计量或考核计量时，常发生人为作弊、改变计量结果现象。 

   当此类情况出现时，总部专家系统中设置的相关判别软件，将对因此出现的异常的重量进行甄别、判断、记录并报警。同时系统还可以追溯查询作弊的历史数据。

6、规范管理、数据溯源

   通过物联网，在总部的服务器中，客户的每一台皮带秤都有详细档案和各项记录。所有的皮带秤均纳入系统管理。每一台皮带秤从安装开始到使用的所有数据均有记录。其中一些数据还可以通过软件恢复，实现数据溯源。

7、第三方公证

   在贸易计量的环节，计量数据对供需双方是至关重要的。由第三方对皮带秤进行监管，计量数据同时对双方实时发布，或将可能成为一种公正的方式。

8、用于物流环节统计

  采用物联网技术后，各台秤的计量数据实时传送，可用于公司乃至整个物流系统的数据统计、物流控制与调度。

三、“皮带秤远程专家系统”应用实例

南京三埃公司于2012年正式推出应用于“SA/ICS-ZL型阵列式皮带秤” 的“皮带秤远程专家系统” ，并开始在部分用户中使用。

1. 皮带秤远程专家系统结构

  2. 皮带秤远程专家系统基本功能

      1）记录数百个工作参数和中间过程参数。皮带秤始终处于专家系统监控之下。

      2）记录各种自动执行的程序和人机对话操作时间、内容。为分析皮带秤工作状态提供基础资料。

      3）记录各种故障报警的时间、内容、数据及排除时间等。供专家系统分析用。

      4）记录皮带秤去皮、计量、校准或检定过程的各种参数。为专家系统分析提供数据。

     3. 皮带秤远程专家系统主要特点

      1） 充分利用无线通讯网络，通过无线模块建立数据通道。方便、简单，便于现场安装和使用。

      2） 数据通过公司总部服务器进行管理，可实现定时读取、即时分析、智能判断、及时提供服务。

      3） 安调人员可在异地登录、进入公司的网络后即可了解联接该网络的任一台皮带秤的工作状态，实现移动办公。

      4）所有皮带秤的运行资料均保存在总部服务器中，可以方便的查讯各皮带秤的档案和历史资料，为专家系统故障分析提供基础数据。

       皮带秤远程专家系统自投入运行以来，已发挥了很大的作用。不仅量化的分析、指导了公司安调人员进行调校和查找问题，还能对皮带秤运行当中出现的问题进行分析、判断，进一步完善专家诊断系统。

虽然该系统尚需时间的考验及实践的认可，专家诊断系统的软件还有待完善。但是在短短几个月里已经显现出强大的生命力，为阵列式皮带秤的广泛应用提供了坚实的基础、为实现“皮带秤”的目标带来希望的曙光。

结束语   

    众所周知：皮带秤属于自动衡器、是大型衡器中难度大、问题最多的“老大难”。“物联网技术”与“专家诊断系统”的结合可能改变这一局面：不久的将来，皮带秤的准确度和耐久性可以和汽车衡媲美，真正实现“皮带秤”的理想。

   中国的皮带秤皮带秤制造企业及市场使用和保有量在世界上遥遥，近年来在皮带秤基础研发上也出现了百家争鸣，百花齐放的良好势头。我们应抓住物联网技术应用的难得机遇，实现皮带秤技术的突破，制造出真正的“皮带秤”，实现中国在大型衡器技术的宏伟目标！