Основные тенденции развития подвесных крановых весов

1. Анализ крановых весов

Электронные крановые весы широко применяют на металлобазах, железнодорожных станциях, складах. Электронные крановые весы применяются на разных этапах технологического цикла производственных процессов и при коммерческих операциях на предприятиях разных отраслей промышленности: металлургической, химической, строительной и т.д. Сейчас на рынке широко представлены как весы отечественного производителя, так и импортные (обычно китайские) изделия. Низкая стоимость последних существенно ограничивает конкуренцию на общепотребительском рынке, но оставляет свободной ниши для специальных применений: металлургия, использование в условиях низких температур, работа в областях, важных для жизнедеятельности людей. Использование подвесных крановых весов позволяет существенно ускорить процесс приемки и отпуска сырья и готовой продукции. В отличие от традиционных весовых платформ, крановые весы не требуют отведения специального места для своего размещения, позволяют проводить взвешивание в любом месте, где находиться кран, гораздо дешевле и при этом не уступают в точности. На промышленных предприятиях такие весы используются не только в коммерческих целях, но и как технологическое оборудование.

 2. Основные тенденции развития крановых весов за последние 10 лет

2.1 Обновление устаревшего парка механических весов и динамометров, замена на электронные крановые весы

Характерной тенденцией в развитии весового оборудования в целом является сокращение доли механических и расширение использования электронных весов. Удобство применения, эргономичность, невысокая стоимость, более высокая точность, надежность и сокращение производства динамометров делают процесс обновления неизбежным.

2.2 Повышение точности

За последние годы точность крановых весов, предлагаемых к продаже на российском рынке, существенно увеличилась. Если 10-12 лет назад потребитель еще мог поверить продавцам импортных весов, убеждающих, что весы на 10 тонн с дискретностью 1 кг и измеряют с точностью 1 кг, то сейчас такой обман не проходит. За последние 10-15 лет реальная точность крановых весов на нагрузку от 10 тонн и выше поднялась с 0,2% до 0,05%. Погрешность весов складывается из целого ряда факторов.

2.2.1 Точность электронного преобразования.

Развитие электроники сейчас достигло того уровня, при котором аналого-цифровое преобразование с высокой точностью является вполне решаемой задачей. Для достижения точности преобразования в 0,005% достаточно применения АЦП в 15 разрядов и входным диапазоном 20 мВ. Однако главное ограничение обусловлено характеристиками весовых датчиков.

2.2.2 Влияние силовой цепи.

Для достижения высокой точности преобразования необходимо прилагать нагрузку на датчик строго по центру, вдоль его продольной оси. Для решения этой задачи в весах высокой точности водят карданную подвеску и получают две вращательные степени свободы датчика, как показано на рисунке 1.

2.2.3 Условия эксплуатации.

Для получения высокой точности весов в лабораторных условиях этот пункт не важен, но как только крановые весы попадают в реальные условия эксплуатации, а именно – на улицу, тут и появляются проблемы. Самая большая сложность – влияние температуры на показания весов. Обычно тензометрические датчики изготавливаются со встроенной термокомпенсацией влияния температуры, однако этот метод хорошо себя показывает только в диапазоне от -10 до +40 ºС. Реальность, увы, такова, что температура зимой даже в средней полосе России достигает -30, а летом на солнце температура кожуха весов разогревается до +50 и выше. С таким диапазоном температур пассивная термокомпенсация не справляется, а наоборот приводит к дополнительной, сложно учитываемой погрешности. Выход в такой ситуации напрашивается сам  — требуется перейти от пассивной, к активной термокомпенсации. Внутри весов устанавливаются 1-2 термодатчика с высокой точностью измеряющих температуру внутри. Сами весы при калибровке помещаются в камеру тепла-холода, и при помощи электронного процессора в весах проводится корректировка показаний в зависимости от температуры на всем диапазоне работы весов.

   2.2.4 Точность тензометрического датчика.

Если предыдущие пункты носили скорее косвенный характер, то точность тензометрического датчика непосредственно определяет точность самих весов как основной фактор. Сейчас уже можно встретить на рынке весы с дискретностью 2 кг при НПВ 10 тонн, однако тут появляются ряд сложностей, ограничивающих их применение. Во первых – цена. Для получения весов точностью 0,02% требуется применить датчик высокой точности с количеством поверочных делений больше 5000. Стоимость такого датчика, с условием того, что его рабочий диапазон должен быть от -30 до +50 ºС очень высока. Но кроме стоимости изготовления возникает проблема с эксплуатацией таких весов. Для обеспечения поверки 10 тонных весов требуется приложить к ним образцовую нагрузку в 10 т. с точностью не менее ±0,5 кг. То есть предприятию необходимо каждый год отвозить весы для поверки на эталон России в Санкт-Петербург, либо озаботиться нахождением 5 гирь по 2т класса М1, либо, что совсем уж звучит как фантастика – придумать как подвесить на крановые весы 20 круглых бочкообразных гирь по 0,5т.

2.3 Ужесточение условий эксплуатации

Не секрет, что последнее время на российском рынке преобладают крановые весы зарубежного, в основном азиатского, производства. Большинство их не приспособлены для работы в условиях суровой российской зимы. Измерительное оборудование отказывается работать на холоде, а если и работает, то выдает показания с огромной погрешностью.

Условия эксплуатации — один из наиболее важных критериев выбора любого оборудования. Например крановые весы с НПВ 10’000 кг нередко используются для работы на открытом воздухе, в морозную или дождливую погоду, в условиях резких перепадов температуры, и в этом случае степень защиты весов не должна быть ниже, чем IP 65. Следующим параметром является диапазон рабочих температур. У большинства промышленных крановых весов со светодиодной индикацией этот диапазон составляет от –30°С до +40°С, иногда до +50°С. Такой диапазон позволяет работать весам как под воздействием прямых солнечных лучей, так и в горячих цехах. Работа весов вне этих порогов не приводит к поломке весов, а лишь увеличивает погрешность их показаний и может привести к преждевременному выходу из строя герметичных кислотных аккумуляторов, которые устанавливаются почти на все типы весов.

2.4 Снижение энергопотребления

В промышленных весах как правило используется светодиодный индикатор с высотой цифр до 60 мм. Это позволяет наблюдать результаты взвешивания на значительном удалении. Меньшая высота цифр или использование индикатора другого типа снижает дальность и комфортность визуального восприятия показаний. Зависимость расстояния распознавания символов.

  
               Важная характеристика крановых весов – среднее время работы от аккумуляторных батарей. Оно определяется такими параметрами, как:

— емкость аккумуляторной батареи;

— ток потребления в режиме горения индикаторов;

— наличие ждущего режима с выключенной индикацией при отсутствии индикации на весах.

Длительное время работы предоставляет дополнительную степень удобства при эксплуатации весов – отсутствует необходимость в подзарядке в перерывах между работой, или в конце смены, ее можно проводить раз в несколько дней. В крановых весах используется аккумуляторы двух типов: стационарные и сменные. Использование встроенных аккумуляторов неудобно. Они характеризуются относительно небольшими размерами и, как следствие, невысокой емкостью. Периодическая замена встроенных аккумуляторов после их естественного износа должна осуществляться в сервисном центре. Для подключения к зарядному устройству оснащенные таким аккумулятором весы необходимо снимать с грузоподъемного устройства. Сменные аккумуляторы выгодно отличаются от предыдущего типа высокой емкостью. Корпус весов проектируется с учетом удобства замены аккумуляторов. Возможна организация бесперебойной работы весов в случае круглосуточного графика работы нескольких смен (зарядка одного аккумулятора в процессе использования другого), оперативная замена севшего аккумулятора без остановки техпроцессов. В большинстве случаев производители используют стандартные аккумуляторные батареи, что позволяет удерживать на них низкие цены, и, соответственно, снижать затраты при замене из-за их естественного износа. Наличие режима экономии энергии также увеличивает время автономной работы. Весы с поддержкой этого режима через несколько минут простоя частично или полностью отключают встроенный индикатор веса, что позволяет существенно продлить время работы от аккумуляторов.

2.5 Расширение функциональных возможностей

Помимо ряда таких важных и неоспоримых для современного склада преимуществ, как возможность существенно упростить и сократить число процедур по приемке и отпуску продукции, весы позволяют автоматизировать складской учет, осуществлять контроль за движением грузов при подключении к компьютерной сети. Электронные весы можно встраивать в автоматизированные весовые комплексы, что позволяет перерабатывать, хранить и передавать результаты взвешивания по компьютерным сетям АСУ, оформлять их в бумажном виде в форме накладных, актов приемки-сдачи, отчетов и т. п. Такие весы оснащены табло с большими и яркими, видимыми даже в темноте цифрами, дистанционным управлением и др. При одинаковом с механическими весами пределе взвешивания точность измерения подвесных крановых электронных весов также существенно выше.

Благодаря развивающимся технологиям развивается и производство крановых весов, совершенствуется их функциональность. Весы можно использовать как просто для взвешивания, так и для измерения массы при погрузочно-разгрузочных работах, если они сертифицированы как грузозахватное приспособление.

Все промышленные крановые весы снабжены пультом дистанционного управления. В одних случаях это ПДУ на инфракрасных лучах с дальностью действия 15…20 метров, в других — это ПДУ на радиоканале с дальностью работы до 30…50 метров. Наличие ПДУ позволяет использовать все сервисные функции весов в процессе работы без их остановки и без риска для оператора. В современных крановых весах все чаще применяется пульт ДУ на радиоканале, совмещенный с цифровым индикатором. Радиус действия такого ПДУ составляет 50…150 метров. Значительная дальность работы позволяет организовать закрытое рабочее место оператора, с возможностью подключения устройства индикации и управления к компьютеру через стандартный интерфейс USB. Внешний вид ПДУ показан на рисунке 3.

3. Прогноз развития крановых весов

3.1 Увеличение времени работы весов между зарядками аккумулятора

Время непрерывной работы весов, в основном, определяется используемой аккумуляторной батареей и параметрами индикаторов. В некоторых моделях весов заряда батареи хватает на 8-10 часов непрерывной работы, чего часто бывает недостаточно. В таких весах используются сменные блоки питания или аккумуляторные батареи (один работает, другой заряжается). Нередко зарядные устройства становятся предметом хищения или теряются. В этом случае удобнее являются весы со встроенными зарядными устройствами и аккумуляторными батареями, которые обеспечивают работу весов в течение 20 часов с  индикаторами  высотой до 30 мм и до 10 часов с индикаторами до 60 мм. Время полной зарядки батареи составляет примерно 16 часов; на практике обычно это время между окончанием одного рабочего дня и началом следующего.

Однако тут возникает прямо противоположная проблема – весы со встроенным аккумулятором необходимо по окончании работы каждый раз расчаливать, снимать с крана, заносить в помещение к розетке и производить зарядку. В начале смены весы из помещения выносят на улицу и в обратном порядке устанавливают на кран. При этом из-за перепада температур между помещением и местом работы возникает градиент температуры из-за которого возникает дополнительная погрешность.

3.2 Улучшение видимости индикаторов

Увеличение индикатора на самих весах нецелесообразно, поскольку увеличивает их габариты, энергопотребление и вес. Оптимальными в этой ситуации мы видим следующие варианты:

— В весы и пульт оператора добавляется радиомодуль и проводится вывод индикации на пульт оператора. Пульт можно выполнить  с жидкокристаллическим экраном для работы в отапливаемых помещениях и в южных регионах, и светодиодным для остальной части России. Если в качестве радиомодулей используются радиомодемы для обмена телеметрической информацией, то при достаточно небольших затратах получается канал передачи информации на достаточно большое расстояние. Для уменьшения стоимости возможно весы и пульт оснастить стандартным модулем с поддержкой формата передачи данных Wi-Fi, или Bluetooth.  Тогда в качестве приемного оборудования можно использовать готовые устройства и от других производителей. Однако в этом случае возникают несколько другие проблемы, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи.

— В весы добавляется радиомодуль, а в качестве приемного устройства применяется индикаторное табло, располагающееся на кране, или в стационарном месте, удобном для наблюдения. В этом случае табло запитывается от сетевого напряжения 220В и размеры цифр в нем ограничиваются только желанием заказчика.

— завершая логическую цепочку предыдущих пунктов, мы приходим к отказу от привычной формы весов с индикаторным табло, доставшейся от их предков – механических весов и динамометров. Если исключить индикаторное табло, потребляющее 70-80% энергии при его свечении, то можно уменьшить потребление до такой степени, что и размер аккумуляторов существенно уменьшиться, а следовательно уменьшиться вес и размер крановых весов.

3.3 Расширение функционала

Изначально крановые весы используются для взвешивания груза. Расширение поля их использования видится в переносе информации от весов в компьютер и дальнейшая ее обработка в бухгалтерской программе типа 1С, либо перенос данных в АСУ ТП предприятия для контроля отгрузки со склада. Рассмотрение проблем и их решений в данных вопросах выходит за рамки данной статьи.

3.4 Повышение прочности силовой цепи

Полная масса весов (НПВ 10’000 кг) менее 30 кг может быть признаком недостаточного запаса прочности, либо применения в силовой цепочке дорогих высоколегированных сталей. С другой стороны, эксплуатация и транспортировка весов с собственной массой, не превышающей 40 кг, не вызывает каких-либо трудностей. Приобретение более тяжелых весов оправдано в тех случаях, когда предполагается их эксплуатация в действительно сложных условиях, так как увеличенная масса обычно связана с применением дополнительной силовой защиты корпуса либо с использованием силовводящих элементов повышенной прочности.

Как следует из вышесказанного, в будущем есть несколько путей развития крановых весов.

 4. Представляем Вам нашу самую последнюю разработку в области крановых весов.

На рисунке 4 показаны весы крановые  «Солярис», которые совмещают в себе сразу несколько перспективных направлений развития:

— отсутствие индикаторов позволило вместо привычных тяжелых аккумуляторных батарей на 12В, 12 Ач применить компактные аккумуляторы 6В, 3Ач., что привело к снижению массы и уменьшению геометрических размеров самих весов;

— применение телеметрического радиомодема на 2,4 ГГц в качестве радиомодуля гарантирует работу весов на расстоянии более сотни метров при условии прямой видимости;

— главная особенность данных весов, защищенная патентом, в том, что на верхней поверхности весов располагается солнечная батарея. Количество панелей солнечной батареи подобрано таким образом, что в случае солнечной погоды в средней полосе России эти весы не требуют зарядки аккумулятора при работе в дневное время суток.

— весы комплектуются универсальным пультом оператора с отображением информации на самом пульте светодиодными индикаторами, а при желании потребителя, в комплекте поставляется светодиодное настенное табло с высотой индикаторов более 100 мм.

Аникандров Андрей Андреевич     – начальник департамента коммерции и маркетинга;

Красников Юрий Викторович         – директор, главный конструктор;

Степанов Александр Михайлович  – начальник научно-исследовательского отделения конструкторских разработок.