配料秤系統(tǒng)計(jì)量誤差的分析及改造

　引言

　　現(xiàn)代的冶金、化工、食品、建材等企業(yè)越來越重視生產(chǎn)配料，在很多時(shí)候，配料準(zhǔn)確度的優(yōu)劣決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞和生產(chǎn)效益的高低。而在配料生產(chǎn)過程中，原料稱重的控制是最重要的環(huán)節(jié)。原料稱重控制的準(zhǔn)確度及可靠性是整個(gè)配料控制過程的關(guān)鍵部分。

　　目前市場(chǎng)上配料秤產(chǎn)品最突出的缺點(diǎn)就是計(jì)量誤差較大，無法保證高效生產(chǎn)對(duì)物料計(jì)量誤差的要求。大部分產(chǎn)品說明書標(biāo)注的計(jì)量誤差是±1%～2%，而在實(shí)際的使用環(huán)境中，運(yùn)行中的計(jì)量誤差通常在± 5%，甚至更高。

　　在線的配料系統(tǒng)采用的稱量裝置通常分為集傳感技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的電子秤和集電子技術(shù)與核子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的核子秤。

　　由于各自的工作原理即配料模式不同，其生產(chǎn)適用性和準(zhǔn)確度也大不相同。自動(dòng)化配料系統(tǒng)的配料模式分為靜態(tài)配料模式和動(dòng)態(tài)配料模式，包括靜態(tài)計(jì)量、電子皮帶秤計(jì)量、核子秤計(jì)量等，各種模式分別適用于不同的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。通常靜態(tài)配料模式一般采用料斗秤，按靜態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為允差±0.1%。我廠東方銅業(yè)公司鼓風(fēng)爐主要是靜態(tài)配料系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)配料模式可采用電子皮帶秤或核子秤，按動(dòng)態(tài)計(jì)量的準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為允差± 1。

　　我廠精鋅冶煉廠二車間、制團(tuán)3# 系統(tǒng)、制團(tuán)4# 系統(tǒng)都采用動(dòng)態(tài)配料模式。精鋅冶煉廠二車間的配料系統(tǒng)一直采用電子皮帶秤擔(dān)負(fù)著煤、礦的計(jì)量任務(wù)。但近年來，由于設(shè)備技術(shù)狀況、使用環(huán)境等因素的影響，致使計(jì)量失準(zhǔn)，工藝參數(shù)嚴(yán)重超差，極大地影響了配煤比合格率，影響了我公司的經(jīng)濟(jì)效益。

　　1 動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及計(jì)量誤差分析

　　(1) 電子皮帶秤的構(gòu)成及工作原理

　　電子皮帶秤一般由機(jī)械秤架、稱重傳感器、測(cè)速傳感器、稱重顯示儀表等四部分構(gòu)成。當(dāng)皮帶輸送物料時(shí)，稱量段上的物料重量通過皮帶稱量托輥載臺(tái)作用于稱重傳感器，稱重傳感器將重量信號(hào)(mv 級(jí))送入運(yùn)算器,經(jīng)過放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換等變換成數(shù)字信號(hào)。裝在回程皮帶上的測(cè)速傳感器把皮帶運(yùn)行的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，送入運(yùn)算器。

　　運(yùn)算器將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行乘積運(yùn)算，從而得出物料的重量累計(jì)值及瞬時(shí)量并顯示。運(yùn)算器的計(jì)算方法一般有積分法和累加法兩種數(shù)學(xué)模式。

　　(2) 誤差原因分析

　　由皮帶秤結(jié)構(gòu)原理及重量累積值的計(jì)算方法可知，它的計(jì)量準(zhǔn)確度是由稱重傳感器與測(cè)速傳感器所檢測(cè)到的單位長(zhǎng)度上的物料重量以及皮帶運(yùn)行速度決定的。

　　在實(shí)際稱量過程中，由于稱重托輥的非準(zhǔn)直度，皮帶張力及皮帶運(yùn)行阻力等“皮帶效應(yīng)”的影響，使得皮帶秤具有由其組成結(jié)構(gòu)及工作方式?jīng)Q定的計(jì)量誤差。它的現(xiàn)場(chǎng)安裝與使用也是引起計(jì)量誤差的因素。因此，皮帶秤的計(jì)量誤差可分為以下幾個(gè)方面：

　?。?) 稱重力誤差

　　稱重力誤差是皮帶秤誤差分量中最主要的部分，它主要由稱重托輥的非準(zhǔn)直度及皮帶張力變化引起。

　?。?) 皮帶速度誤差

　　皮帶速度誤差主要由測(cè)速傳感器、皮帶跑偏引起的。

　　（3) 信號(hào)處理誤差

　　信號(hào)處理誤差是顯示儀表對(duì)稱重傳感器與測(cè)速傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換等處理運(yùn)算過程中產(chǎn)生的誤差。

　?。?) 校準(zhǔn)誤差

　　校準(zhǔn)誤差產(chǎn)生的原因：

　?、傩?zhǔn)方法與校準(zhǔn)周期

　?、谛?zhǔn)時(shí)皮帶秤與皮帶機(jī)系統(tǒng)的工作狀況與日常計(jì)量時(shí)的狀況之間，存在著諸如皮帶張力、皮帶轉(zhuǎn)圈數(shù)等方面的差異。

　?。?) 環(huán)境影響誤差

　　環(huán)境影響誤差主要由溫度、濕度、振動(dòng)和電磁干擾等引起。

　　2 改造方案

　　通過以上對(duì)皮帶秤計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因的分析，結(jié)合配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，我們對(duì)配料1#、2# 系統(tǒng)的煤秤、礦秤提出了新的改造方案。

　　(1) 皮帶秤秤架

　　通過皮帶秤的物料重量，首先需要用稱量框架把物料重量傳遞給稱重傳感器，并且要求它僅傳遞物料對(duì)皮帶的垂直作用力，而不把任何水平分力傳給傳感器。因此，皮帶秤架的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀況的變化，都會(huì)引起稱重力誤差。

　　原皮帶秤采用XE1 型秤架。該秤架靠機(jī)械杠桿傳遞力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，受力不合理。由于支點(diǎn)摩擦力矩的存在，皮帶載荷時(shí)杠桿撓度對(duì)計(jì)量托輥位移的影響，特別是由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差常導(dǎo)致計(jì)量箱內(nèi)支點(diǎn)、杠桿和傳感器積塵。這些因素使秤架很難將皮帶載荷按一定比例傳遞給傳感器，造成mv級(jí)信號(hào)偏差較大。

　　現(xiàn)在我們選用XE2 型懸浮式秤架。該秤架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，無支點(diǎn)，無杠桿，四支傳感器安裝在皮帶下方，被測(cè)物料經(jīng)皮帶和稱量框架直接作用在傳感器上。而且秤體采用封閉聯(lián)接，無任何積料、卡料之處，無需現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。

　　計(jì)量托輥采用多托輥組。其特點(diǎn)：有效稱量段長(zhǎng)，皮帶不均勻荷重、皮帶跑偏等對(duì)稱重準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性的影響較小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件和生產(chǎn)要求，皮帶秤的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

　　(2) 稱重傳感器

　　稱重傳感器是皮帶秤力與電轉(zhuǎn)換的核心部件，它的形式和性能指標(biāo)決定了測(cè)力的準(zhǔn)確度，也是引起稱重力誤差的一個(gè)主要因素。

　?。?) 稱重傳感器數(shù)量

　　原電子皮帶秤裝有一支傳感器，運(yùn)行過程中因皮帶跑偏、物料在皮帶上堆積偏向一側(cè)引起偏心載荷，影響準(zhǔn)確度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸送機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況，我們選用四只傳感器，四只傳感器采用并聯(lián)工作方式。保證稱量準(zhǔn)確度。

　　（2) 稱重傳感器量程

　　為保證皮帶秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)，傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。在實(shí)際工作中，要求傳感器的有效量程（皮帶秤最大瞬間荷重）介于最大量程的20％～80％之。通過對(duì)傳感器受力分析，根據(jù)力矩平衡原理，傳感器量程選擇如表2 所示。

　　(3) 顯示儀表

　　用CFC-200 演算器取代EH-775 演算器。CFC-200 演算器沒有模擬調(diào)節(jié)部分，用數(shù)字就能調(diào)節(jié)零點(diǎn)和量程，一次調(diào)整就能記憶，能夠很容易的進(jìn)行高精度的調(diào)整。重量信號(hào)的輸入，通過高分辨率的A/D 轉(zhuǎn)換器，以25 次/ 秒的速度取入CPU，能保證± 0.1％的直線性。另外由于采用了長(zhǎng)線比例補(bǔ)償，能保證高精度測(cè)量。

　　(4) 校準(zhǔn)方式

　　目前，皮帶秤的校準(zhǔn)方法有：掛碼校準(zhǔn)，鏈碼校準(zhǔn)和實(shí)物校準(zhǔn)三種。其中掛碼校準(zhǔn)與鏈碼校準(zhǔn)只能在一定條件下校驗(yàn)皮帶秤的重復(fù)性而不能確定皮帶秤的準(zhǔn)確度。實(shí)物校準(zhǔn)則不同，它的實(shí)質(zhì)是化動(dòng)態(tài)為靜態(tài)的一種校驗(yàn)方法，是皮帶秤量值溯源的最準(zhǔn)確的方法，校準(zhǔn)結(jié)果真實(shí)可靠。皮帶秤是對(duì)動(dòng)態(tài)物料進(jìn)行連續(xù)累積稱量，它的準(zhǔn)確度的保持，依賴于頻繁的日常校準(zhǔn)工作。我們采取了責(zé)任追究、日常巡檢、加大實(shí)物校準(zhǔn)力度、縮短校準(zhǔn)周期和加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)等措施，確保皮帶秤的準(zhǔn)確計(jì)量。

　　(5) 改善環(huán)境條件

　　儀表室加裝空調(diào)，確保溫度、濕度指標(biāo)達(dá)到儀表正常運(yùn)行的要求。皮帶秤安裝地段遠(yuǎn)離振動(dòng)源。儀表電纜敷設(shè)遠(yuǎn)離三相交流電源及大功率的電磁設(shè)備。

　　3 方案實(shí)施

　　(1) 系統(tǒng)安裝

　　　由輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)原理可知，驅(qū)動(dòng)輪處張力較大，因此在保證稱重結(jié)果不受輸送機(jī)尾輪影響的前提下，皮帶秤應(yīng)安裝在靠近尾輪的直線段上，并與下料口的距離不小于額定速度時(shí)皮帶1S 移動(dòng)距離的2～5 倍。

　　(2) 調(diào)試

　?。?) 零點(diǎn)校準(zhǔn)

　　根據(jù)規(guī)程要求，電子皮帶秤零點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)，皮帶空載運(yùn)行整數(shù)圈后，儀表顯示的零點(diǎn)允許值應(yīng)按如下的方法計(jì)算（以煤秤為例）：最大瞬間荷重：30kg有效稱量段長(zhǎng)度：2m

　　皮帶全長(zhǎng)：12.78m

　　皮帶整圈數(shù)：4

　　計(jì)量精度：± 0.5%

　　根據(jù)皮帶秤參數(shù)計(jì)算可得：

　　煤秤：零點(diǎn)允許值=30/2×12.78×4×(±0.5%)=3.8(kg)

　　具體測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

　?。?) 實(shí)物校準(zhǔn)

　　分別用最大流量40%和80%的物料校驗(yàn)(物料量為該皮帶秤最小刻度的1000倍以上的重量)，結(jié)果如表4所示。

　　（3) 掛碼校驗(yàn)

　　　由于實(shí)物標(biāo)定所需要的設(shè)備、人員都比較多，費(fèi)用比較大，所以每次實(shí)物標(biāo)定以后，我們都用掛碼的方法來取得經(jīng)驗(yàn)值，以后都用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值來考查該秤的計(jì)量精度（除非發(fā)生了特殊的機(jī)械故障）。準(zhǔn)備負(fù)荷率相應(yīng)的檢棒，重量計(jì)算方法如下：檢棒的重量= 最大瞬間荷重× 40%（80%），將相應(yīng)的檢棒放在稱量框架上，進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)計(jì)下儀表示值，重復(fù)幾次，取平均值作為該檢棒的經(jīng)驗(yàn)值。具體數(shù)據(jù)如表5。

　　4 運(yùn)行及效果分析

　　皮帶秤系統(tǒng)改造完畢投入使用以后，經(jīng)過一年多的運(yùn)行，狀態(tài)良好，工作流量比較穩(wěn)定。在日常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，兩臺(tái)皮帶秤均運(yùn)行在有效稱量范圍內(nèi)。經(jīng)過多次抽查，掛碼校準(zhǔn)結(jié)果均在誤差范圍內(nèi)。如表6 所示。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

　　5 結(jié)束語

　　通過這次技術(shù)改造，提高了電子皮帶秤的計(jì)量準(zhǔn)確度，為工藝平穩(wěn)操作提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)降低了故障率，提高了工作效率。實(shí)踐證明，這次改造是成功的，為企業(yè)的節(jié)能降耗提供了有力的保障，達(dá)到了預(yù)期的效果。