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“衡器”觀念的變化之衡器技術的進步
作者：admin 日期：2013/7/17 15:24:35 閱讀：3238 次
一、概述
近來筆者多次參與衡器國家標準與國家檢定規程的起草和審定，在與各行業用戶技術交流過程中，發現往往有不少非衡器行業的廠商甚至衡器業同行與衡器計量技術機構都對衡器配置范圍的界定問題提出了不同的看法，甚至某些非衡器行業的廠商對于衡器產品的國家標準的歸口問題也提出了異議。不少業者認為只有稱重傳感器加承載器再加上稱重儀表才能稱之為衡器管轄范疇，離開了這個標準配置就不能稱其為衡器。本人認為此觀點起碼是不夠完整的。
下面首先談一下，衡器產品國家標準的歸屬問題：
衡器在我國屬于特定的計量儀器，具有特定的檢定方法與判定原則。人類有史以來度量衡的統一管理已經成為無可非議的事實。按照我國國民經濟產業鏈的產品分類，稱量產品屬于衡器類別。根據國家質檢總局、國家標準化管理委員會制定標準、規程的原則，所有稱重產品標準無論是屬于哪個行業，均應由全國衡器標準化技術委員會歸口統一管理，所有稱重相關的計量器具，均由全國衡器計量技術委員會歸口管理。目前我國已經生效的與衡器相關的產品國家標準，全部是由全國衡器標準的上級歸口主管部門——輕工業聯合會提出，這是無可非議的。
事實上，目前所有的衡器產品相關國家標準，跨越了幾乎國民經濟的各個行業。不能說，某個行業應用的有關稱重相關產品國家標準，一定要由該行業的標準化技術委員會歸口。如果一定要照上述說法，只要是該行業用的產品標準就一定要該行業歸口，那么目前幾乎絕大部分的稱重相關產品國家標準均不能由輕工聯合會歸口了，因為按此邏輯推理，除了少量輕工行業自用衡器外，幾乎絕大部分的稱重相關產品都是用于各行各業的，那么絕大部分的稱重相關產品國家標準是否都要劃歸各行各業的標準化技術委員會自行歸口呢？比如：用于鐵路車輛稱重的軌道衡產品國家標準，是否就要由鐵道部標準化技術委員會歸口？用于冶金行業的鋼包在線稱量、鋼卷在線稱重、高爐配料稱重控制設備等產品標準，都要由冶金部標準化技術委員會歸口呢？顯然，這種思路是有悖于我國相關要求的。
以下就幾個不同的方面來闡述隨著社會經濟技術的發展而不斷更新稱重相關產品——“衡器”觀念的變化。
二、衡器觀念的更新——古典衡器到現代衡器的演變
眾所周知傳統意義上的衡器是指通過作用在物體上的重力來確定該物體質量的一種計量儀器。衡器也可以用于確定與被測定的質量相關的其它數量、大小、參數或特性。按照其操作方式，可將衡器分為自動衡器或非自動衡器。衡器同其它設備組合起來的，配以不同的控制或管理軟件，以執行特定稱量過程稱為稱重系統。
人們對于衡器的理解是隨著社會科學技術的發展而變化的。以往人們將單純的一臺具有稱重功能的產品就稱為衡器，例如：最早的配有秤桿、秤砣的單純稱重功能的木桿秤；但是隨著市場的需求和電子技術的發展，出現了具有稱重帶計價功能的電子計價秤；隨著自動化控制技術的發展，又擴展延伸出來除具有稱重、還具有定量控制加料、定量控制放料、自動包裝功能的自動包裝機產品；隨著計算機網絡技術的發展，出現了具有配料控制的、網路遠程操作與控制的稱重系統設備；由于衡器使用的特殊環境如易燃、易爆場合的需要，出現了眾多適應各種不同防爆場合需要的防爆稱重系統設備。
“現代衡器”的產品已經不是數十年前的單純稱重功能的產品。所以，單純以為只有傳感器和稱重儀表才能稱為衡器，其他相關部件與功能不能稱為衡器一部分的觀念，已經是陳舊、過時的觀念了。
目前由于不少部門對于我國衡器行業產品的技術發展和概念了解不夠，可能造成一定的誤解，只能說明目前我國在稱重領域對于計量產品的相關宣傳力度不夠。
三、從“計量衡器”到“控制衡器”——控制功能不屬于衡器的誤區
在眾多的衡器中，特別是自動衡器，隨著技術的進步，除了具有一般的稱重計量功能外，還具備了動態控制功能。在自動控制系統理論中，控制系統的發展已由開環控制向閉環控制系統發展，使得衡器的觀念也得以更新。
現就目前國內對于連續累計自動衡器產品存在的種種理解誤區來舉例說明：
縱觀皮帶類稱重產品的發展也是遵循著社會科學技術的發展規律，剛開始僅僅是單純計量的開環式皮帶稱重系統，再發展到除了計量功能外，還有反饋控制流量的閉環式控制功能的“定量給料機”產品。例如耐壓式計量給煤機產品，第一該產品無需對被稱物料進行細分或者中斷輸送帶的運動，而對輸送帶上的散狀物料進行連續稱量，屬于連續累計自動衡器（皮帶秤）的范疇。第二該產品具有定量控制輸送帶上的輸煤流量并確定其累計質量，屬于連續累計自動定量衡器（“定量給料機”）的范疇。第三由于該產
品的計量裝置處于密封筒體內，煤粉在一定的溫度下易燃易爆，因此在本體結構形式上確定為耐壓防爆型式。
在燃煤發電廠的鍋爐燃料制粉系統的給煤系統中，耐壓式計量給煤機的主要功能有三個：一是可靠連續的為鍋爐給煤；二是稱量當前實際給煤量；三是根據發電機組負荷要求調節給煤量，反饋給鍋爐控制系統，使鍋爐給煤量得以恒定。該產品的最根本目的是為了正確控制和調節鍋爐的給煤量，而實現方法：第一是要用稱重系統測出當前的實際給煤量；第二是要通過稱重系統實測的流量來反饋控制鍋爐的給煤流量，使其恒定。
目前在我國衡器業界包括行業外的人士，至今還有不少人認為通過式計量皮帶秤的計量功能是主要功能，屬于衡器的管理范疇，而錯誤認為定量皮帶秤的控制功能是輔助功能，不屬于衡器的管理范疇。而上述燃煤發電廠的鍋爐燃料制粉系統中定量控制輸送帶上的輸煤流量，恰好驗證了此功能是最主要的功能，不能認為控制和調節鍋爐的給煤量功能為輔助功能。如果認為上述第一功能是衡器，第二功能不屬衡器的話，那么我國目前所有帶反饋控制功能的自動衡器，例如：重力式自動裝料衡器需要控制加料量的大小使裝料量恒定、自動檢重衡器通過動態稱重控制預設定量進行分等分類，如按照上述觀點推理的話，這些產品就不能歸屬于衡器了，此說不是顯得過于牽強了嗎？
如何理解一般發電廠都有皮帶秤的稱重計量設備呢。我們應該知道，普通的通過式計量皮帶秤僅僅是計量統計每條輸煤線路上的實際輸煤流量，而耐壓式計量給煤機的目的是要在最終控制每臺鍋爐的給煤輸送流量，使之恒定。在不同的地方，不同的使用目的，是不能等同的。
四、從“單路計量”到“多路冗余計量”——冗余計量功能不屬于衡器的誤區
再從耐壓式計量給煤機產品來看，有人認為“為了保證鍋爐能安全連續燃燒發電，在異常工況下，去掉稱量功能也要繼續給煤”。這個功能是出于安全連續燃燒發電考慮的產品特定需要的功能。也就是說，給煤機必須要有冗余設計功能。例如：一旦稱重傳感器出現故障不能稱重計量時，應該有自動切換成其他計量方式，例如容積計量的功能，但是不等于沒有計量功能。如果根據產品的這一個規定就認為“給煤機不是一個完整衡器設備。因此給煤機不能視為衡器，不應按衡器來管理和考核”的說法是不能成立的。如果認為上述說法是正確的話，只能說明，以前在給煤機產品的計量管理上做得不夠規范。我國計量法規定凡是涉及稱重計量的產品都應納入計量產品的管理范疇。對于給煤機來說，如果不納入計量產品的管理范疇，稱重系統測出當前的實際給煤量誤差超出規定的范圍、通過稱重系統實測的流量來反饋控制鍋爐的給煤流量不能保證規定的流量，其后果可想而知。
多通道與冗余計量功能是衡器技術進步的必然趨勢。綜觀衡器技術的發展，從設計階段考慮衡器準確度提高的方法，例如：
①動態軌道衡的雙臺面雙通道乃至三秤臺的結構，使得衡器的動態或靜態準確度等
級，有了飛速的提高。
②動態軸重秤雙承載臺、三承載臺的結構，使得動態軸重秤的準確度與穩定性得以大幅度的提高。
③電子皮帶秤從單托輥朝多托輥的結構發展，下置式朝上置式發展拓寬了衡器的發展思路，目前比較式雙秤臺、三秤臺乃至陣列式八秤臺的動態內力補償方案，又突破了傳統意義上的單皮帶秤結構。
④一種具有獨立六稱量通道配以單稱重顯示控制器的車載稱重系統的誕生，使得車輛稱重在各種復雜的路況下的稱重穩定性得到了保證。
五、從“傳統衡器”技術到“邊緣衡器”技術——邊緣技術不屬衡器的誤區
隨著技術的進步，衡器的功能與稱重息息相關。例如從功能安全角度考慮，在十幾年以前，電子衡器僅僅認為是普通的測試儀器。隨著技術的發展，人們對于傳統衡器的理解已開始逐步擺脫普通的單一測試儀器的范疇，開始朝成套稱重控制系統的大范疇靠攏。儀表的功能安全從剛開始的關注耐壓、絕緣、漏電流等一些最為普遍的安全電氣特性考慮，向全面功能安全的體系發展。近幾年來，世界各國開始更多關注有關自動稱重控制系統的功能安全的問題。
1、儀表功能安全不屬于衡器管理范疇的誤區
尋求安全是人類的本能，在安全的環境中工作是當前自動化控制系統的當務之急。目前世界各國自控儀表的許多獨立安全功能均采用了IEC標準，并利用各種技術來實現安全應用所需的“故障安全”和“容錯”功能的組合。故障安全功能可確保當故障發生時，系統以預定的安全方式予以響應，而容錯功能則可以最大限度減少故障阻止系統正常運行的可能性。
歐盟于2006年5月17日通過了最新的機械指導法令（2006/42/EC），并將于2009年12月29日起強制實施。CE安全認證、相關協調標準EN1050、安全控制回路及安全等級EN594-1、EN/ISO 13849-1等標準已風靡世界各工業國。將國際先進安全技術引入到我國生產安全中來，以保障生產過程的持續穩定運行，提高系統的可靠性、可用性，降低系統故障的潛在危害性已成為當務之急。近年來，中國與歐盟標準接軌的各項功能安全的國家標準正在緊鑼密鼓的進行中。
在衡器技術隨著應用領域的不斷擴展，工業衡器的控制與驅動已經與計量密不可分，往往在一套完整的工業稱重控制柜中，可能既有低電壓電氣元件，又可能出現強電流驅動電路。但是遺憾的是，目前我國大部分衡器業界和衡器計量技術機構對于工業控制儀器儀表功能安全的認識普遍不足，始終認為計量是衡器的本分，安全是用戶或其它工業部門考慮的事情。持該觀點者往往忽略了最根本的一條，如果衡器裝置僅考慮弱電安全措施，而忽略強電安全措施，將會帶來什么后果。例如：一臺數十噸的冶金板坯稱重裝置，其承臺支架上有大量的強功率的動力輥筒與其間隔布置；一套橡膠炭黑配料秤
的計量斗上就配有大量的電動螺旋輸送與星型給料機；一臺耐壓式計量給煤機的計量單元上有皮帶驅動、上煤閘門驅動，下有清掃驅動、下煤閘門驅動，這些動力驅動裝置與稱量裝置互相錯落交叉。如果不考慮強電干擾與EMC電磁兼容安全措施，一旦安全措施失效則計量裝置將會癱瘓。
2、防爆功能不屬于衡器管理范疇的誤區
眾所周知，衡器產品在易燃易爆等特殊使用環境條件變化的影響將采取相應的設計措施。近幾年，國際電工委員會出臺了關于爆炸性環境用電氣設備安全標準認證體系（簡稱IECEx體系）Ex／OD 005制造商質量體系要求，中國在2003年也出臺了《防爆電氣產品認證工廠質量保證能力要求》（等同采用IECEx的 Ex/OD 005）認證，要求在國內的防爆設備生產企業凡已取得IECEx防爆產品制造許可證的，每年必須通過防爆電氣產品工廠質量保證體系的認證審核。目前國內衡器行業已有上海大和公司首家取得了該體系的認證。
隨著工業控制技術的發展，當工業現場FF總線或Profibus-PA技術應用在危險環境過程中，連接在一起的設備的數量使總線不同于傳統的電子儀器接線。一種現場總線本質安全概念（Fieldbus Intrinsically Safe Concept，FISCO）誕生了，通過增加允許的符合本質安全設計標準的電流界線，通過典型系統組態的爆炸測試驗證安全性能。這部分的所有元件必須得到FISCO認證，這要求對許多供應商的現有防爆設備進行重新驗證。
我們可以設想一下，如果防爆電子衡器或成套工業防爆稱重裝置的工業現場總線，如果在衡器的系統設計方案中不考慮防爆因素，將會有何等的危險。比如：目前國內電力行業普遍使用的耐壓式計量給煤機產品，其中耐壓密封本體中的稱重傳感器即便其工作狀態屬低電壓，如果不采用粉塵防爆型的稱重傳感器，一旦煤粉達到引燃溫度，或粉塵積聚到一定的程度，同樣會使稱重系統產生火花而造成短路癱瘓。
3、傳統衡器到邊緣衡器技術的演變
我們從電子衡器技術的發展可以看出，衡器載荷傳遞機理變化發展是由最初的電阻應變式傳感器開始的，但是隨著衡器應用技術各個發展階段的創新與發展，各種載荷傳遞機理型式，如：電容式傳感技術應用于吊秤；振弦式技術、音叉技術應用于電子臺案秤；液壓式傳感器應用于轉載機電子秤；激光、超聲技術應用于電子皮帶秤；激光技術應用于稱重體積測量的物流傳送測量系統；石英晶體技術、光纖技術應用于動態軸重秤等創新產品，開創了與傳統應變式機理截然不同的所謂“邊緣衡器”技術的發展。
從稱重原理推理出的各種特殊工業應用，如日本大和株式會社近幾年推出的一系列產品：一種采用稱重傳感技術的大型汽車風洞天平；一種利用稱重傳感技術的在線輪胎平衡試驗裝置；一種利用模糊數學理論的可測定行進中汽車偏載與重心的智能動態汽車稱重系統，均屬于“邊緣衡器”技術的縱深發展的例子。
再從衡器數據傳送通訊技術的發展過程來看，現代衡器稱重數據通訊傳送已經從有線網路到無線遠程診斷技術的發展階段。稱重數據傳送與ERP企業管理、與GPS定位系統結合。
例如：一種城市環衛車輛稱重與管理系統，從傳統意義上理解，已經超出了衡器本身配置結構的界限，其稱重車輛管理站與主控中心的數據傳送，采用了以下的通訊方式：
①通過以太網通訊，符合協議標準 IEEE 802.3（2000年）TCP/IP以太網接口標準的標準化文件，包括10兆，100兆，1000兆以太網的協議標準和硬件的定義，或采用2G、2.5G、3G、3.5G蜂窩系統標準技術；
②車輛運行狀況與運行軌跡的實時定位與主控中心的車輛信息監控，通過全球定位系統（Global Positicming Syslem，GPS）系統完成。系統軟件功能等級可分為基本、限制與管理員的權限等級。
從上述種種的事例已經充分領略了，衡器的發展隨著功能的擴展和使用領域拓寬，使古老的衡器煥發出青春。衡器的觀念已經不僅僅指某個局部的計量稱重裝置。現代衡器系統是隨著“小衡器”概念到“大衡器”概念的發展，從“古老衡器”到“現代衡器”的發展，走出了“傳統衡器”的胡同界限，開創了本不屬于正宗衡器的所謂“邊緣衡器”技術的衡器系統新概念、新天地。
總之，從上述各類舉例說明可以看出衡器觀念的變化，是隨著時代的進步，衡器技術的發展，不斷賦予了“衡器”概念的新含義。從“計量衡器”發展到“控制衡器”，從“單路計量”發展到“多路冗余計量”，從“傳統衡器”技術發展到“邊緣衡器”技術，從而引出了“現代衡器”的系統概念。驗證了衡器技術的進步。
