西門子稱重給料機(jī)在電解鋁石油焦煅燒工藝的應(yīng)用
吳留柱 秦繼明 孟海軍
摘要： 本文從應(yīng)用的角度介紹了西門子稱重給料機(jī)在四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司石油焦煅燒工藝中的應(yīng)用，介紹了西門子稱重給料機(jī)的工作原理、組成和技術(shù)特點(diǎn)。
Abstract：
Key words :
在鋁用碳陽極生產(chǎn)工藝流程中，常用配料秤對(duì)兩種或多種物料進(jìn)行配料控制，配料秤的系統(tǒng)精度、控制的可靠性及長期穩(wěn)定性影響甚至決定著產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
一、背景
四川啟明星眉山鋁業(yè)煅燒車間石油焦煅燒工藝共有三條生產(chǎn)線，為了控制和計(jì)量石油焦，每條線煅前都采用稱重給料機(jī)（配料秤）進(jìn)行給料控制，給料量一般在2~10T/H范圍內(nèi)，給料速度可調(diào)，精度要求優(yōu)于0.5%, 物料顆粒不均勻（顆粒從粉末到直徑80毫米,實(shí)際可達(dá)150或更大）。由于原有給料機(jī)稱重PID調(diào)節(jié)的波動(dòng)范圍過大, 給料不穩(wěn)定，造成爐溫波動(dòng)，影響了石油焦煅燒生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗，并且給料機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)卡料損壞皮帶。為控制爐溫, 操作人員需不斷的調(diào)節(jié)燃?xì)夂惋L(fēng)門，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
該廠通過反復(fù)比較各種稱重設(shè)備，認(rèn)為河南天成衡器有限公司推薦的西門子公司模塊設(shè)計(jì)、直接承重式秤架結(jié)構(gòu)的稱重給料機(jī)（也稱配料秤）較適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝條件的要求，選了用西門子稱重給料機(jī)來解決煅燒車間的稱重給料問題的方案。
二、解決方案
西門子公司技術(shù)人員根據(jù)用戶提出的工藝技術(shù)要求和考察現(xiàn)場(chǎng)工藝條件后, 推薦使用了WF1200系列的稱重給料機(jī)配BW500的控制儀表和西門子弗蘭德減速機(jī)，并對(duì)原有的給料裝置提出了改進(jìn)方案建議。西門子WF1200系列稱重給料機(jī)是用于測(cè)量大顆粒組分的高負(fù)荷重型稱重給料機(jī)，它采用了MSI單托輥皮帶秤及其相關(guān)專利技術(shù)，在皮帶負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，也可實(shí)時(shí)獲取讀數(shù)，而不影響其高精度和控制性能。
2.1 系統(tǒng)的工作原理和組成
2.1.1 工作原理
稱重給料機(jī)將經(jīng)過皮帶上的物料，通過稱重秤架下的稱重傳感器進(jìn)行檢測(cè)重量，以確定皮帶上的物料重量；裝在尾部滾筒或旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的數(shù)字式測(cè)速傳感器，連續(xù)測(cè)量給料速度，該速度傳感器的脈沖輸出正比于皮帶速度；速度信號(hào)與重量信號(hào)一起送入皮帶給料機(jī)控制器，產(chǎn)生并顯示累計(jì)量/瞬時(shí)流量。給料控制器將該流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較,由控制器輸出信號(hào)控制變頻器調(diào)速，實(shí)現(xiàn)定量給料的要求（如圖1）。
可由上位PC機(jī)設(shè)定各種相關(guān)參數(shù)，并與PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。它可以采用兩種運(yùn)行方式：自動(dòng)方式和半自動(dòng)/手動(dòng)方式。
自動(dòng)方式
|
圖1：稱重給料機(jī)工作原理示意圖
|
通過在工控機(jī)上選擇的預(yù)先編好的配方，配方確定后啟動(dòng)系統(tǒng)。配料系統(tǒng)根據(jù)配方的設(shè)定自動(dòng)控制各配料給料機(jī)運(yùn)行。
Ø 半自動(dòng)方式/手動(dòng)方式
由人工在控制器上設(shè)定配方的配比，手動(dòng)啟動(dòng)控制器，BW500積算儀控制變頻器和稱重式給料機(jī)加料。
2.1.2 系統(tǒng)的組成
|
圖2：稱重給料機(jī)的組成示意圖
|
稱重給料機(jī)系統(tǒng)主要包括：秤架（包括安裝支架）、稱重傳感器、速度傳感器、手動(dòng)掛碼校驗(yàn)裝置、防跑偏措施、頭部刮板、內(nèi)清掃、拉緊裝置、配料秤的密封罩、支撐架、膠帶、托輥、輥筒、結(jié)構(gòu)件(卸料端帶有襯板的卸料漏斗、拖料端帶拖料漏斗及手動(dòng)調(diào)節(jié)門等)、變頻調(diào)速電機(jī)、接線盒及連接電纜（稱重傳感器之間）、通訊連接設(shè)施（稱重給料機(jī)系統(tǒng)）、數(shù)字顯示表、標(biāo)定及調(diào)校設(shè)施、成套儀表盤等（如圖2）。
稱重給料機(jī)的核心部分是皮帶秤（如圖3）。皮帶秤的主要組成由秤架、積算儀和速度傳感器組成；而稱重給料機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度主要由皮帶秤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定。
|
圖3：皮帶秤是稱重給料機(jī)的核心部分
|
2.2 技術(shù)特點(diǎn)
西門子稱重給料機(jī)在皮帶秤的秤架結(jié)構(gòu)、積算儀以及稱重給料機(jī)的整體設(shè)計(jì)上都具有它的特點(diǎn)。WF1200系列給料機(jī)使用的是MSI直接承重式秤架結(jié)構(gòu)和BW500積算儀，這種秤秤架結(jié)構(gòu)簡化了稱重給料機(jī)的稱重結(jié)構(gòu), 降低稱重系統(tǒng)的無效載荷, 提供合適的量程和靈敏度, 對(duì)于小流量稱重有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
2.2.1 秤架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
西門子皮帶秤秤架部分的設(shè)計(jì)是很具有特色的，與一般常用的杠桿式秤架設(shè)計(jì)不同，它采用了被稱為“三無”的直接承重式秤架結(jié)構(gòu)，即：無杠桿、無支點(diǎn)、無平衡重（如圖4），也就是沒有稱重承載器。這種設(shè)計(jì)帶來的好處是顯而易見的：
維護(hù)方便
在秤架上沒有杠桿支點(diǎn)，沒有可動(dòng)部件，也不存在諸如支點(diǎn)磨損等問題。杠桿式秤架秤體大，水平面方向的表面積大，大面積積灰需經(jīng)常清掃，否則會(huì)引起零點(diǎn)變化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面積更小，積灰量很小，積灰引起零點(diǎn)變化也小，可無需經(jīng)常清掃。
|
圖4：直接承重式秤架原理示意圖
|
秤架結(jié)構(gòu)簡單
直承式秤架結(jié)構(gòu)保證了物料的重量通過稱量托輥組直接加在稱重傳感器上，皮重、料重一起稱，所以秤架結(jié)構(gòu)非常簡單，重量也非常輕。
Ø 秤架具有模塊化特點(diǎn)，通用性好
秤架結(jié)構(gòu)不僅簡單，對(duì)不同寬度皮帶來說零部件的通用性也比較好，除了靜態(tài)梁、動(dòng)態(tài)梁的寬度相應(yīng)變化外，其余部分幾乎是一樣的。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大大減少了維修和更換備件的工作量和成本。
Ø 秤架精確度高
由于采用的是高精確度專利產(chǎn)品三梁平行四邊形稱重傳感器，能完全避免皮帶與托棍間摩擦產(chǎn)生的水平力對(duì)皮帶秤精度的的影響，，其重復(fù)性是0.01%，非線性和滯后均為0.02%。這樣的高精確度對(duì)于稱重給料機(jī)的名義精確度0.5%來說不僅足夠，而且還有余地。因?yàn)椴捎弥苯映兄厥浇Y(jié)構(gòu)，也相應(yīng)減少了因這些部件帶來的測(cè)量精確度損失和在物料輸送過程中機(jī)械震動(dòng)給稱量系統(tǒng)帶來的干擾。
2.2.2 BW500積算儀特點(diǎn)
本系統(tǒng)采用西門子BW500積算儀作為給料控制的核心儀表（如圖5）。
BW500積算儀是為皮帶秤和稱重給料機(jī)設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的積算儀，真正的雙PID功能可用于稱重給料機(jī)的流量控制，可控制恒定載荷或給料量。
具有專利技術(shù)的雙稱重傳感器（最多四個(gè)傳感器）平衡功能，能排除不均勻側(cè)向負(fù)荷的影響，不需傳感器匹配機(jī)械平衡；
具有在線標(biāo)定、批量處理、濕度補(bǔ)償、傾斜補(bǔ)償?shù)裙δ埽?/div>
|
圖5：安裝在控制室的BW500積算儀
|
雙路PID調(diào)節(jié)功能，可以根據(jù)不同的工藝需要設(shè)定PID的響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)范圍；
有效地解決傳感器的特性匹配問題, 相比于外接電位器, 可以顯著提高系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。
2.2.3 稱重給料機(jī)的其他特點(diǎn)
除了秤架結(jié)構(gòu)和積算儀外，WF1200系列稱重給料機(jī)在其他部件上也結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)工藝的特點(diǎn)，做了有針對(duì)性的有效的設(shè)計(jì)。
稱重給料機(jī)系統(tǒng)的電控設(shè)備，每臺(tái)稱配一個(gè)就地控制箱，控制箱可自動(dòng)及機(jī)旁手動(dòng)控制，給料機(jī)控制采用變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)在集控室進(jìn)行給料機(jī)遠(yuǎn)方起、停和調(diào)速操作，接受4—20mA控制信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換及急停等裝置。稱重給料機(jī)可提供皮帶跑偏信號(hào)，脈沖累計(jì)信號(hào)、4—20mA電流信號(hào)，開關(guān)量輸出信號(hào)。
系統(tǒng)還采用了西門子弗蘭德減速機(jī)和Micromaster 440變頻器，大大提高了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。
三、使用效果
2007年9月下旬該廠完成了對(duì)煅燒車間生產(chǎn)線的技術(shù)改造，在煅前安裝了西門子WF1224-87型敞開式稱重給料機(jī)和BW500稱重積算儀，并立即投入使用（如圖6）。
采用了西門子的WF1200系列稱重給料機(jī)以后, 使用的效果完全達(dá)到用戶的預(yù)期要求：
較好解決了下料不暢以及卡料和給料失控的問題;
|
圖6：安裝在煅前工藝的稱重給料機(jī)
|
給料穩(wěn)定, 設(shè)定值為8T/H時(shí),儀表顯示在8土0.05T/H范圍內(nèi);
n 給料機(jī)的電機(jī)功率減小，僅為0.55Kw以下。
經(jīng)4個(gè)多月的連續(xù)運(yùn)行，該設(shè)備完全達(dá)到了預(yù)期要求，實(shí)現(xiàn)在2-10噸范圍內(nèi)穩(wěn)定給料，計(jì)量精度優(yōu)于0.5%，生產(chǎn)、管理人員非常滿意。由于煅前給料穩(wěn)定、精確，也使煅燒爐的溫度穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品質(zhì)量；給料機(jī)連續(xù)無故障運(yùn)行，減少了維護(hù)投入，工作人員省力、省心、放心；綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。
參考文獻(xiàn)：
1、方原柏．電子皮帶秤．北京：冶金工業(yè)出版社．2007；8
1、方原柏．電子皮帶秤．北京：冶金工業(yè)出版社．2007；8
2、姜學(xué)雷．皮帶秤在鋁廠碳素系統(tǒng)中的應(yīng)用．有色冶金節(jié)能．2006；2（1）：P36~38
3、俞梅柏，徐富德．全懸浮式電子皮帶秤．全國第二屆測(cè)力與稱重技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，1993
４、柴振民．影響電子皮帶秤計(jì)量準(zhǔn)確度的原因分析．工業(yè)計(jì)量，2006；增刊(2)：P59~61
５、郭春偉．配料系統(tǒng)電子皮帶秤計(jì)量誤差的分析及改造．有色礦冶．2006.4；(2):P53,54,56
此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。