配料秤系統計量誤差的分析及改造

　引言

　　現代的冶金、化工、食品、建材等企業越來越重視生產配料，在很多時候，配料準確度的優劣決定了產品質量的好壞和生產效益的高低。而在配料生產過程中，原料稱重的控制是最重要的環節。原料稱重控制的準確度及可靠性是整個配料控制過程的關鍵部分。

　　目前市場上配料秤產品最突出的缺點就是計量誤差較大，無法保證高效生產對物料計量誤差的要求。大部分產品說明書標注的計量誤差是±1%～2%，而在實際的使用環境中，運行中的計量誤差通常在± 5%，甚至更高。

　　在線的配料系統采用的稱量裝置通常分為集傳感技術、電子技術和計算機技術為一體的電子秤和集電子技術與核子技術和計算機技術為一體的核子秤。

　　由于各自的工作原理即配料模式不同，其生產適用性和準確度也大不相同。自動化配料系統的配料模式分為靜態配料模式和動態配料模式，包括靜態計量、電子皮帶秤計量、核子秤計量等，各種模式分別適用于不同的應用現場。通常靜態配料模式一般采用料斗秤，按靜態計量準確度標準應為允差±0.1%。我廠東方銅業公司鼓風爐主要是靜態配料系統；動態配料模式可采用電子皮帶秤或核子秤，按動態計量的準確度標準應為允差± 1。

　　我廠精鋅冶煉廠二車間、制團3# 系統、制團4# 系統都采用動態配料模式。精鋅冶煉廠二車間的配料系統一直采用電子皮帶秤擔負著煤、礦的計量任務。但近年來，由于設備技術狀況、使用環境等因素的影響，致使計量失準，工藝參數嚴重超差，極大地影響了配煤比合格率，影響了我公司的經濟效益。

　　1 動態配料系統結構及計量誤差分析

　　(1) 電子皮帶秤的構成及工作原理

　　電子皮帶秤一般由機械秤架、稱重傳感器、測速傳感器、稱重顯示儀表等四部分構成。當皮帶輸送物料時，稱量段上的物料重量通過皮帶稱量托輥載臺作用于稱重傳感器，稱重傳感器將重量信號(mv 級)送入運算器,經過放大、濾波、A/D 轉換等變換成數字信號。裝在回程皮帶上的測速傳感器把皮帶運行的速度信號轉換成脈沖信號，送入運算器。

　　運算器將兩個信號進行乘積運算，從而得出物料的重量累計值及瞬時量并顯示。運算器的計算方法一般有積分法和累加法兩種數學模式。

　　(2) 誤差原因分析

　　由皮帶秤結構原理及重量累積值的計算方法可知，它的計量準確度是由稱重傳感器與測速傳感器所檢測到的單位長度上的物料重量以及皮帶運行速度決定的。

　　在實際稱量過程中，由于稱重托輥的非準直度，皮帶張力及皮帶運行阻力等“皮帶效應”的影響，使得皮帶秤具有由其組成結構及工作方式決定的計量誤差。它的現場安裝與使用也是引起計量誤差的因素。因此，皮帶秤的計量誤差可分為以下幾個方面：

　　（1) 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直度及皮帶張力變化引起。

　　（2) 皮帶速度誤差

　　皮帶速度誤差主要由測速傳感器、皮帶跑偏引起的。

　　（3) 信號處理誤差

　　信號處理誤差是顯示儀表對稱重傳感器與測速傳感器的輸出信號進行放大、濾波、A/D 轉換等處理運算過程中產生的誤差。

　　（4) 校準誤差

　　校準誤差產生的原因：

　　①校準方法與校準周期

　　②校準時皮帶秤與皮帶機系統的工作狀況與日常計量時的狀況之間，存在著諸如皮帶張力、皮帶轉圈數等方面的差異。

　　（5) 環境影響誤差

　　環境影響誤差主要由溫度、濕度、振動和電磁干擾等引起。

　　2 改造方案

　　通過以上對皮帶秤計量誤差產生的原因的分析，結合配料系統現場的實際，我們對配料1#、2# 系統的煤秤、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，皮帶秤架的結構與運行狀況的變化，都會引起稱重力誤差。

　　原皮帶秤采用XE1 型秤架。該秤架靠機械杠桿傳遞力，結構復雜，可靠性差，受力不合理。由于支點摩擦力矩的存在，皮帶載荷時杠桿撓度對計量托輥位移的影響，特別是由于現場環境較差常導致計量箱內支點、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級信號偏差較大。

　　現在我們選用XE2 型懸浮式秤架。該秤架結構簡單，安裝方便，無支點，無杠桿，四支傳感器安裝在皮帶下方，被測物料經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接，無任何積料、卡料之處，無需現場維護。

　　計量托輥采用多托輥組。其特點：有效稱量段長，皮帶不均勻荷重、皮帶跑偏等對稱重準確度及穩定性的影響較小。根據現場工況條件和生產要求，皮帶秤的主要設計參數如表1 所示。

　　(2) 稱重傳感器

　　稱重傳感器是皮帶秤力與電轉換的核心部件，它的形式和性能指標決定了測力的準確度，也是引起稱重力誤差的一個主要因素。

　　（1) 稱重傳感器數量

　　原電子皮帶秤裝有一支傳感器，運行過程中因皮帶跑偏、物料在皮帶上堆積偏向一側引起偏心載荷，影響準確度。根據現場輸送機運行的實際情況，我們選用四只傳感器，四只傳感器采用并聯工作方式。保證稱量準確度。

　　（2) 稱重傳感器量程

　　為保證皮帶秤稱量結果的準確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點，傳感器的量程應根據皮帶秤的最大流量來選擇。在實際工作中，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。通過對傳感器受力分析，根據力矩平衡原理，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 演算器沒有模擬調節部分，用數字就能調節零點和量程，一次調整就能記憶，能夠很容易的進行高精度的調整。重量信號的輸入，通過高分辨率的A/D 轉換器，以25 次/ 秒的速度取入CPU，能保證± 0.1％的直線性。另外由于采用了長線比例補償，能保證高精度測量。

　　(4) 校準方式

　　目前，皮帶秤的校準方法有：掛碼校準，鏈碼校準和實物校準三種。其中掛碼校準與鏈碼校準只能在一定條件下校驗皮帶秤的重復性而不能確定皮帶秤的準確度。實物校準則不同，它的實質是化動態為靜態的一種校驗方法，是皮帶秤量值溯源的最準確的方法，校準結果真實可靠。皮帶秤是對動態物料進行連續累積稱量，它的準確度的保持，依賴于頻繁的日常校準工作。我們采取了責任追究、日常巡檢、加大實物校準力度、縮短校準周期和加強技術培訓等措施，確保皮帶秤的準確計量。

　　(5) 改善環境條件

　　儀表室加裝空調，確保溫度、濕度指標達到儀表正常運行的要求。皮帶秤安裝地段遠離振動源。儀表電纜敷設遠離三相交流電源及大功率的電磁設備。

　　3 方案實施

　　(1) 系統安裝

　　　由輸送機的結構原理可知，驅動輪處張力較大，因此在保證稱重結果不受輸送機尾輪影響的前提下，皮帶秤應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皮帶1S 移動距離的2～5 倍。

　　(2) 調試

　　（1) 零點校準

　　根據規程要求，電子皮帶秤零點校準時，皮帶空載運行整數圈后，儀表顯示的零點允許值應按如下的方法計算（以煤秤為例）：最大瞬間荷重：30kg有效稱量段長度：2m

　　皮帶全長：12.78m

　　皮帶整圈數：4

　　計量精度：± 0.5%

　　根據皮帶秤參數計算可得：

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

　　具體測試結果如表3 所示。

　　（2) 實物校準

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

　　（3) 掛碼校驗

　　　由于實物標定所需要的設備、人員都比較多，費用比較大，所以每次實物標定以后，我們都用掛碼的方法來取得經驗值，以后都用這個經驗值來考查該秤的計量精度（除非發生了特殊的機械故障）。準備負荷率相應的檢棒，重量計算方法如下：檢棒的重量= 最大瞬間荷重× 40%（80%），將相應的檢棒放在稱量框架上，進行校驗，同時計下儀表示值，重復幾次，取平均值作為該檢棒的經驗值。具體數據如表5。

　　4 運行及效果分析

　　皮帶秤系統改造完畢投入使用以后，經過一年多的運行，狀態良好，工作流量比較穩定。在日常運轉過程中，兩臺皮帶秤均運行在有效稱量范圍內。經過多次抽查，掛碼校準結果均在誤差范圍內。如表6 所示。系統穩定可靠。

　　5 結束語

　　通過這次技術改造，提高了電子皮帶秤的計量準確度，為工藝平穩操作提供了可靠的數據依據。同時降低了故障率，提高了工作效率。實踐證明，這次改造是成功的，為企業的節能降耗提供了有力的保障，達到了預期的效果。