1.    概述

ICS-5F(A)型礦用本安型分站是用于皮帶稱重的一款高性能工業儀表,它既可以用于通用的皮帶秤重系統，也可以用于煤礦環境下的皮帶稱重系統,其防爆型式為Exib I,它裝在專用的防爆外殼內,可用于含有瓦斯和煤塵爆炸危險的煤礦井下，由本公司生產的KDW127/5礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源供電，若在普通環境中也可用其他通用的5V電源供電。該儀表以ARM Cortex-M3微控制器為核心構建，操作簡單，是用于廠礦企業皮帶稱重系統的理想設備。其主要功能和性能特點有：
1.        以ARM Cortex-M3微控制器為核心構建，提高儀表運行速度、穩定性，降低了故障率；
2.        采用可靠的隔離技術，使得該儀表能可靠應用于各種干擾嚴重的場合；
3.        一路4～20mA輸出；
4.        全中文操作界面；
5.        紅外遙控按鍵操作；
6.        數據掉電保護；
7.        自動零點跟蹤；
8.        定長調零方式；
9.        定量脈沖輸出；
10.    低功耗；
11.    RS485通訊接口(Modbus協議)；
12.    以太網通訊接口(Modbus協議)；
13.    可顯示重量和速度內碼。

2.    技術特性及原理

2.1. 技術特性

1.        型號：ICS-5F(A)
2.       準確度等級：0.5級
3.        防爆型式：礦用本質安全型
4.        防爆標志：Exib I
5.        額定工作電壓：5VDC，工作電壓范圍(4.75~5.25)VDC。
6.        工作電流：≤500mA
7.        重量信號輸入:
a)        數量：4路
b)        范圍：差模0.1～10mV；共模2.5V
c)        溫度系數：<15ppm/℃
d)       線性度：<0.02%FS
e)        采樣方法：∑-△型
f)         分辨率：16位
g)        靈敏度：優于0.2μV
8.        速度信號輸入：
a)        數量：2路
b)        信號性質：峰峰值介于5～30V的周期波
c)        頻率范圍：10Hz～2000Hz
9.        傳感器連接方式：并聯
10.    時鐘：實時時間、日期
11.    顯示：192×64點陣式液晶顯示，中文界面，LED背光
12.    鍵盤：紅外遙控器
13.    通訊接口：RS485，工業以太網接口
14.    模擬量輸出：4～20mA輸出，負載能力為500Ω，對應當前的流量值。
15.    開關量輸出：兩路繼電器輸出，兩路脈沖輸出
16.    開關量輸入：4路無源觸點開關量信號輸入
17.    RS485通訊接口：
a)        傳輸方式：主從，異步
b)        波特率：可選4800,9600,19200,38400,57600,115200
c)        傳輸距離：10km
18.    工業以太網通訊接口：
a)        傳輸速率：10/100M
b)        與網絡交換機的傳輸距離：100m
c)        通訊信號電壓峰峰值：≤5.8V
19.    紅外遙控接口：
a)        接收信號距離：>2m
b)        接收信號角度：>60°
20.    使用環境：溫度0～40℃，濕度≤95％RH，86kPa~106kPa,含有瓦斯或煤塵爆炸危險的煤礦井下,無劇烈振動和沖擊的場所
21.    貯存條件：-40℃~+60℃
22.    外型尺寸：310×220×77mm
23.    自重：約3.5kg
24.    煤安標志號：MFC100122

2.2. 原理簡述

ICS-5F(A)礦用本安型分站是一款用于皮帶稱重計量的高性能工業儀表。該儀表可安裝含有瓦斯或煤塵爆炸危險的煤礦井下，它具有4路稱重傳感信號輸入通道、2個速度傳感器信號輸入通道、4路開關量輸入通道、2路繼電器開關量輸出通道、2路脈沖輸出通道、RS485通訊接口以及工業以太網通訊接口。處理單元將開關量信號、速度信號與重量信號綜合處理后在顯示屏上進行顯示，并通過RS485或以太網通訊接口傳輸至上一級控制單元。該儀表的原理框圖如下：

3.    安裝連接

3.1. 安裝

分站可以安裝在支架上或掛于墻壁上,由輸入輸出端子接入系統,連接好輸入輸出端子后,將隔爆外殼用螺栓緊固好,確保密閉性。

3.2. 接線端子

儀表的傳感器連接端子、通訊端子、開關量輸入輸出端子、4～20mA電流輸出端子以及電源端子等均位于硬件電路主板。各端子的功能及詳細說明見表3-1。

表3-1 端子功能

端子類別	端子名稱	端子功能及說明
稱重傳感器1	E1+	稱重傳感器激勵電源正	重量信號相對于GND的共模電壓應在2.5V左右，重量信號的范圍為0.1～9.1mV
	E1-	稱重傳感器激勵電源負
	S1+	重量差分信號輸入正
	S1-	重量差分信號輸入負
	PH1	信號電纜屏蔽連接端
稱重傳感器2	E2+	稱重傳感器激勵電源正
	E2-	稱重傳感器激勵電源負
	S2+	重量差分信號輸入正
	S2-	重量差分信號輸入負
	PH2	信號電纜屏蔽連接端
稱重傳感器3	E3+	稱重傳感器激勵電源正
	E3-	稱重傳感器激勵電源負
	S3+	重量差分信號輸入正
	S3-	重量差分信號輸入負
	PH3	信號電纜屏蔽連接端
稱重傳感器4	E4+	稱重傳感器激勵電源正
	E4-	稱重傳感器激勵電源負
	S4+	重量差分信號輸入正
	S4-	重量差分信號輸入負
	PH4	信號電纜屏蔽連接端
以太網接口	RJ45接口	標準以太網接頭
	RX+	數據接收正端
	RX-	數據接收負端
	TX+	數據發送正端
	TX-	數據發送負端
RS485	A	RS485通訊接口
	B
開關量輸出1	常開1	當24號參數和25號參數設為非0值時，定量累計功能啟動。此時，定量累計量每到達24號參數所設定的值時，繼電器開始動作,IO輸出+與IO輸出-之間輸出一個定量脈沖，同時定量累計將清零并重新進行累計。繼電器動作后的保持時間通以及該脈沖的寬度大約為25號參數的值乘以10毫秒。
	公共端1
	常閉1
	IO輸出1+
	IO輸出1-
開關量輸出2	常開2
	公共端2
	常閉2
	IO輸出2+
	IO輸出2-
開關量輸入1	IN1+	IN+與IN-之間無需外部供電,屬無源觸點。IN+與IN-之間接通,相當輸入開關量“1”,IN+與IN-之間斷開，相當于輸入開關量“0”。
	IN1-
開關量輸入2	IN2+
	IN2-
開關量輸入3	IN3+
	IN3-
開關量輸入4	IN4+
	IN4-
4-20mA	mA+	該信號對應當前的流量值。計算公式為： ，負載能力為500Ω。
	mA-
速度傳感器	S1+	速度脈沖信號可以是各種形式的周期波，脈沖的峰峰值應介于5～30V之間。
	S1-
速度傳感器	S2+
	S2-
電源	+5V	電源正端
	0	電源負端

4.    用戶登錄與退出

對儀表進行操作前必須進行登錄，按【登錄】鍵，輸入密碼(默認為12345)后，按確定鍵后完成登錄。
當用戶處于已登錄狀態時，在稱量顯示狀態下，按【退出】鍵退出登錄。

5.    參數設置

5.1. 參數設置方法

儀表在出廠前僅對各參數值進行了預置，實際使用時，應根據情況對有關參數進行調整修改。修改參數請按圖5-1所示的步驟進行。

圖5-1  參數查看和修改操作流程
注：在參數修改狀態下，按【確定】或【修改】鍵保存修改后的參數值，按【菜單上翻】、【菜單下翻】或【退出】鍵放棄本次參數修改。

5.2. 參數

表5-1詳細描述了本儀表的所有參數。

表5-1  參數表

參數號	參數名稱	顯示/設置范圍	修改	說明
1	量程系數	0～65535	允許
2	零點內碼	0～65535	允許
3	重量內碼	0～65535	禁止
4	速度內碼	0～65535	禁止
5	皮帶周長	0～4,294,967,295	允許	單位：毫米
6	重量內給開關	0～1	允許	0:內給 , 1: 實測
7	速度內給開關	0～1	允許	0:內給 , 1: 實測
8	重量內給內碼	0～65535	允許	當#6參數設定為重量信號內給時，該參數為給定的重量內碼。
9	速度內給內碼	0～65535	允許	當#7參數設定為速度信號內給時，該參數為給定的速度內碼。
10	自動調零開關及強度	0～255	允許	設置是否自動調零以及自動調零的范圍，詳見調零一節。
11	班交接時間1		允許	單位：時-分-秒。儀表自動將四個班交接時間從小到大排列。在每天的小班交接時間這個時刻清除一班的班累計量和上一日的日累計量，在其它交接時間對應的時刻清除前一班的班累計量。
12	班交接時間2		允許
13	班交接時間3		允許
14	班交接時間4		允許
15	有效稱量段長度	0～65535	允許	標明皮帶秤有效稱量長度，單位為毫米。在對皮帶秤進行掛碼標定時，使用該值。
16	設備地址	0～255	允許	本機通訊地址，用于RS485通訊
17	調零上限	0～65535	允許	當#3參數大于此值時，將不允許進行調零。
18	時間		允許	關機后正常計時
19	日期		允許
20	通訊方式	0～2	允許	0：RS485 1：UDP 2：RS485/UDP
21	波特率	0～5	允許	0：4800 1：9600 2：19200 3：38400 4：57600 5：115200
22	實物重量	0～4,294,967,295	允許	實物標定時準備使用的實物量，單位為kg。 該參數在實物標定時使用。
23	砝碼重量	0～65535	允許	掛碼標定時準備使用的砝碼量，單位為kg。 該參數在掛碼標定時使用。
24	定量重量	0～4,294,967,295	允許	儀表可在預設的累計值到達時,繼電器開始動作，同時IO輸出+與IO輸出-之間輸出一個脈沖信號。該信號有時被稱為噸脈沖信號。 例如，希望儀表每累計1噸時繼電器開始動作，并發出一個脈沖信號，則應將本參數設為1000。單位為kg。
25	定量脈沖開關及寬度	0～255	允許	該參數設置在定量值到達后，是否繼電器開始動作，并且輸出一個定量脈沖信號，以及脈沖的寬度。繼電器動作的保持時間及脈沖寬度約為該值乘以10ms。
26	量程	0～65535	允許	標明該秤的最大流量。單位：t/h。
27	流量	-2147483648～2147483647	禁止	當前流量值。單位：kg/h。 有符號數。
28	流量顯示的小數點位數	0～2	允許	設定計量顯示狀態下流量值的小數點位數
29	累計量顯示選擇	0～5	允許	設定在正常計量顯示狀態下累計量顯示的類別。設定值及其含義為： 0：顯示班累計  1：顯示日累計  2：顯示月累計 3：顯示年累計 4：顯示總累計 5：顯示定量累計
30	班累計	0～100,000,000,000,000	允許	當班累計量。單位：kg
31	日累計	0～100,000,000,000,000	允許	當日累計量。單位：kg
32	月累計	0～100,000,000,000,000	允許	當月累計量。單位：kg
33	年累計	0～100,000,000,000,000	允許	當年累計量。單位：kg
34	總累計	0～100,000,000,000,000	允許	總累計量。單位：kg
35	皮帶狀態	0～1	禁止	0：停止,1：運轉
36	速度傳感器通道選擇	0～1	允許	0：第一通道 1：第二通道
37	開關量1狀態	0～1	禁止	0：關閉 1：打開
38	開關量2狀態	0～1	禁止
39	開關量3狀態	0～1	禁止
40	開關量4狀態	0～1	禁止
41	測速輪周長	0～65535	允許	單位：毫米
42	測速輪每周脈沖數	0～65535	允許	測速輪每轉一圈，速度傳感器所輸出的脈沖數。
43	調零幅度	0～65535	允許	調零時允許零點內碼波動的幅度。
44	本機IP地址		允許
45	本機端口	0～65535	允許
46	子網掩網		允許
47	網關地址		允許

6.    RS485通訊

儀表可通過RS485通訊接口與計算機或其他上位主機設備進行通訊，使用Modbus協議作為通訊協議。

6.1. RS485通訊規范

表6-1  RS485通訊規范

項目	規范
物理電平	EIA RS485C
傳輸距離	1000米
推薦電纜	2×0.3mm2屏蔽雙絞電纜
可連接臺數	主機1臺，儀表31臺
波特率	4800，9600，19200，38400，57600，115200
傳輸方式	半雙工
字符長	8位
停止位	2位
校驗	無
幀校驗方式	校驗和

 

7.    以太網通訊

儀表可通過LAN口(RJ45)與計算機或其他上位主機設備進行通訊，使用基于TCP/IP的Modbus協議作為通訊協議,傳輸層采用UDP協議。

7.1. TCP/IP上的Modbus 應用數據單元

在TCP/IP上使用一種專用報文頭來識別Modbus應用數據單元。將這種報文頭稱為MBAP報文頭(Modbus應用協議報文頭)。
MBAP報文頭包括下列字段，見表7-1。

字段	長度	描述	客戶機	服務器
事物處理標識符	2字節	Modbus請求/響應事物處理的識別	由客戶機設置	服務器從接收的請求中重新復制
協議標識符	2字節	0=Modbus協議	由客戶機設置	服務器從接收的請求中重新復制
長度	2字節	隨后字節的數量	由客戶機設置(請求)	由服務器設置(響應)
單元標識符	1字節	串行鏈路或其他總線上連接的遠程從站的識別	由客戶機設置	服務器從接收的請求中重新復制

報文頭長度為7個字節：
事物處理標識符：用于事務處理配對。在響應中，Modbus服務器復制請求的事務處理標識符。
協議標識符：用于系統內的多路復用。通過值0識別Modbus協議。
長度：長度字段是連接字段的字節數，包括單元標識符和數據字段。
單元標識符：此字段用于系統內路選擇。典型用于通過TCP-IP以太網和Modbus串行鏈路之間的網關對Modbus+或對Modbus串行鏈路從站的通信。Modbus客戶機在請求中設置這個字段，服務器必須在響應中用相同的值返回這個字段。
儀表支持0x03(讀保持寄存器)、0x06(寫單個寄存器)、0x10(寫多個寄存器)、0x04(讀輸入寄存器)等功能碼。保持寄存器、輸入寄存器分別如表6-2、表6-3所示（高字節在前、低字節在后）。

7.2. TCP/IP上的Modbus協議通訊示例

在使用儀表的以太網功能前，應對“通訊方式”、“本機IP“、“端口”、“子網掩碼”、“網關地址”等參數進行設置。客戶機通過UDP將Modbus/TCP ADU發送至儀表上設置的端口。

7.2.1.讀保持寄存器示例(0x03)

請求儀表的量程系數的值，其ADU如下：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x06 0xFF 0x03 0x00 0x00 0x00 0x01 
其響應為：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x05 0xFF 0x03 0x02 0x27 0x10 

7.2.2.寫多個寄存器示例(0x10)

將儀表的量程系數的值改為11000，零點內碼改為5100，其ADU如下：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x0B 0xFF 0x10 0x00 0x00 0x00 0x02 0x04 0x2A 0xF8 0x13 0xEC 
其響應為：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x06 0xFF 0x10 0x00 0x00 0x00 0x02 

7.2.3.寫單個寄存器示例(0x06)

將儀表的量程系數的值改為11000，其ADU如下：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x06 0xFF 0x06 0x00 0x00 0x2A 0xF8 
其響應為：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x06 0xFF 0x06 0x00 0x00 0x2A 0xF8 

7.2.4.讀輸入寄存器示例(0x04)

請求儀表的重量內碼的值，其ADU如下：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x06 0xFF 0x04 0x00 0x00 0x00 0x01 
其響應為：
0x15 0x01 0x00 0x00 0x00 0x05 0xFF 0x04 0x02 0xFF 0xFF

8.    調零

調零方法有鍵控調零（手動調零）和零點跟蹤（自動調零）兩種。

8.1. 鍵控調零（手動調零）

8.1.1.鍵控調零前的準備工作

鍵控調零時應保證以下條件：
◎皮帶運行穩定；
◎皮帶上無物料；
◎#5參數值已設為皮帶周長值（毫米）的整數倍；
◎#41參數值已設為測速輪的周長值（毫米）；
◎#42參數值已設為測速輪每轉一周產生的脈沖數；
◎#17參數值已設為大于當前的3#參數的值；
◎#43參數值設置為一個合理的數值（實際應視現場內碼波動情況而定）。

8.1.2.鍵控調零的操作步驟

確認8.1.1所述的條件具備后，將儀表切換到稱量顯示狀態，按下列操作步驟進行鍵控調零。
1.        按【手動調零】鍵，儀表顯示手動調零詢問對話框；
2.        選擇[YES]，按【確定】鍵，開始調零；
3.        調零完成后，儀表自動保存新零點值并返回稱量狀態；
4.        在鍵控調零過程中，按【退出】鍵將中止本次調零操作。

8.1.3.關于鍵控調零

調零時，液晶屏上顯示前一次的零點值（即整圈的重量內碼平均值）和以毫米為單位的皮帶剩余長度（剩余長度以5號參數所設定的值為參照）。

8.2. 零點跟蹤（自動調零）

當#10參數值設定在1～255之間時，儀表會對皮帶配料秤的零點進行自動跟蹤。運行機制是：皮帶每運行一周（以5號參數所設定的皮帶長度為準），儀表就將本周檢測的重量內碼平均值與當前零點內碼進行比較，如果二者的差的絕對值小于#10參數所設定的值，則用本圈平均重量內碼值作為新的零點。反之，保持原來的零點不變。
該過程在#10參數設為非零時，皮帶每運轉一周執行一次。

9.    標定與校驗

可通過掛碼或實物的方法對皮帶秤進行校驗以及標定。掛碼校驗是指在皮帶秤秤架上放置標準砝碼以模擬物料對皮帶秤進行校驗的方法。實物校驗是指實地使用已知數量的物料對皮帶秤進行校驗的方法。

9.1. 掛碼校驗和掛碼標定

9.1.1.準備工作

掛碼校驗和掛碼標定前應保證以下條件：
◎皮帶運行穩定；
◎皮帶上無物料；
◎#5參數值已設為皮帶周長值（毫米）的整數倍；
◎#15參數值已設為秤架的有效稱量段長度（毫米）；
◎#41參數值已設為測速輪的周長值（毫米）；
◎#42參數值已設為測速輪每轉一周產生的脈沖數；
◎#23參數值已設為所掛砝碼的重量值（公斤）；
◎已完成鍵控調零；
◎砝碼已掛在秤架稱量段上。

9.1.2.執行掛碼校驗和掛碼標定

確認9.1.1所述的條件具備后，將儀表切換到稱量顯示狀態，按下列操作步驟進行掛碼校驗和掛碼標定。
1.        按【掛碼校驗】鍵，彈出掛碼校驗詢問對話框；
2.        選擇[YES]，按【確定】鍵，開始進行掛碼校驗。校驗時，顯示屏顯示流量值和掛碼校驗累計值；
3.        皮帶運行完一周后（以5號參數所設定的皮帶長度為準），掛碼校驗完成，儀表自動停止掛碼校驗。此時，顯示屏顯示本次掛碼校驗的累計值；
4.        掛碼校驗完成后，如需按照本次校驗的結果進行標定，按【標定】鍵執行掛碼標定，儀表將對稱量系數自動進行修正，并返回稱量狀態；
5.        如不進行標定，按【退出】鍵直接返回稱量狀態；
6.        在校驗過程中，按【退出】鍵將中止本次校驗。

9.2. 實物校驗和實物標定

9.2.1.準備工作

實物校驗和實物標定前應保證以下條件：
◎皮帶運行穩定；
◎皮帶上無物料；
◎#5參數值已設為皮帶周長值（毫米）的整數倍；
◎#41參數值已設為測速輪的周長值（毫米）；
◎#42參數值已設為測速輪每轉一周產生的脈沖數；
◎#22參數值已設為準備好的實物的重量值（公斤）；
◎已完成鍵控調零；
◎實物已就緒。

9.2.2.執行實物校驗和實物標定

確認9.2.1所述的條件具備后，將儀表切換到稱量顯示狀態，按下列操作步驟進行實物校驗和實物標定。
1.        按【實物校驗】鍵，彈出實驗校驗詢問對話框；
2.        選擇[YES]，按【確定】鍵，開始進行實物校驗。校驗時，顯示屏顯示流量值和實物校驗累計值。
3.        將準備好的物料加載到皮帶上使其通過皮帶秤；
4.        當物料完全通過稱量段后，按【確定】鍵通知儀表物料已過完，皮帶在轉完整數圈后（以5號參數所設定的皮帶長度為準），實物校驗完成，儀表自動停止實物校驗。此時，顯示屏顯示本次實物校驗的最終累計值。
5.        實物校驗完成后，如需按照本次校驗的結果進行標定，按【標定】鍵執行實物標定，儀表將對稱量系數自動進行修正，并返回稱量狀態；
6.        如不進行標定，按【退出】鍵直接返回稱量狀態；
7.        在校驗過程中，按【退出】鍵將中止本次校驗。

9.2.3.關于實物校驗

◎為保證皮帶秤計量的準確性，推薦使用實物校驗的方法對皮帶秤進行校驗和標定。
◎實物校驗時，使用的物料量應不小于“在流量下皮帶轉動一圈獲得的載荷”或“在流量下1小時累計載荷的2%”。
◎實物校驗時，物料通過的流量應大于該皮帶秤量程的20%。