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鏈板式配料秤在水泥行業(yè)中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2020-05-09 10:46:33 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

一、前言

配料秤在諸多行業(yè) (如水泥、冶金、石化、食品、礦山等) 中有著廣泛的應(yīng)用,其配料方式也多種多樣,從配料時物料的輸送形式來看,可分為水平輸送和垂直喂料兩種形式。前者主要靠 皮帶或鏈板輸送物料,對應(yīng)的計量設(shè)備多為皮帶秤或鏈板秤,在水泥廠中主要應(yīng)用在原料配料站和水泥配料站;后者則以物料沖擊或旋轉(zhuǎn)下料的方式,對應(yīng)的計量設(shè)備多為沖板流量計或轉(zhuǎn)子秤,在水泥廠中主要應(yīng)用于窯尾喂料。本文主要介紹的是鏈板式配料秤在水泥原料配料中的應(yīng)用。二、皮帶 / 鏈板式配料秤配料工藝流程簡介對皮帶配料秤而言,像石灰石等密度較大、顆粒不均的物料,如果物料從料倉下來直接落在皮帶上,一方面容易造成皮帶打滑,且極易磨損皮帶;另一方面皮帶上物料堆積區(qū)下方的托輥也容易變形。所以水泥廠一般采用兩級配料方式, 即第一級為鏈板取料機,第二級為皮帶式配料秤。

以石灰石配料為例,皮帶式配料秤工藝流程圖如圖 1 所示。


皮帶式配料秤工藝流程圖

 

 

物料從料倉下來后,首先落至鏈板取料機上, 取料機只負責(zé)輸送物料,不具備稱量、測速或控制等功能,待物料通過取料機后,再落至皮帶式配料秤上,由皮帶秤負責(zé)物料的計量和控制,包括稱量段物料的重量測量,皮帶速度測量和變頻器電機控制(包括皮帶配料秤電機和鏈板取料機電機)。

這樣的設(shè)計方式主要考慮到以下兩個方面,

 

首先,物料不是直接從料倉落至皮帶式配料秤上, 而是由取料機落至皮帶式配料秤上,避免了皮帶打滑及物料堆積區(qū)下方托輥的形變。其次,物料的料位可以通過取料機內(nèi)部的刮板進行調(diào)節(jié),下料量可以通過取料機的電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),避免了物料料位波動對稱量的影響。因此這樣的計量控制方式在水泥廠得到了普遍的應(yīng)用。

以石灰石配料為例,鏈板式配料秤工藝流程圖如圖 2 所示。

 

 

 
   

鏈板式配料秤工藝流程圖

2 與圖 1 相比,可以明顯看出少了一層中間過渡環(huán)節(jié),石灰石直接由料倉下料至鏈板式配料秤,鏈板式配料秤同時肩負取料和配料的功能。

(圖 2 中可以看出控制儀表和變頻器為現(xiàn)場式安裝,根據(jù)現(xiàn)場或用戶需要也可以改為電氣柜安裝的形式。)

三、皮帶 / 鏈板式配料秤綜合比較

水泥廠的原料主要由石灰石、鐵粉、砂巖、粘土和高嶺土等相關(guān)配料組合而成,其中鐵粉、砂巖等由于配比較少且物料顆粒小,一般使用皮帶式配料秤,石灰石等原料由于配比較大且物料顆粒不均,易磨損皮帶,一般使用鏈板式配料秤。

下面是兩者在各個主要環(huán)節(jié)的表現(xiàn)及比較, 供讀者參考。

建造環(huán)節(jié):皮帶式配料秤由于需要兩級配料, 為安裝鏈板取料機,需要多設(shè)計增加一個樓層, 或者如果安置在皮帶式配料秤上方,則皮帶式配料秤所在的樓層至少需要 6~8 米的高度空間,在施工環(huán)節(jié)這是一筆不菲的費用;若使用鏈板式配料秤則無需該筆費用。

維護環(huán)節(jié):

鏈板式配料秤中鏈板采用鱗式安裝,因此整體強度高于托輥,不會存在物料堆積區(qū)鏈板形變的問題,免去了定期更換托輥的麻煩; 鏈板的剛性和強度遠高于皮帶,不會出現(xiàn)皮帶由于耐磨性不高而破損的問題,免去了定期更換皮帶的麻煩;鏈板的中間固定在鏈輪上,兩端的滾輪卡在軌道上,軌道的間距是固定的,因此不會出現(xiàn)皮帶式配料秤中皮帶跑偏的類似問題,免去了頻繁調(diào)節(jié)跑偏的麻煩。

采購價格:由于成本的原因,鏈板式配料秤的單機價格會高于皮帶式配料秤,但考慮到可以省去鏈板取料機的采購費用,因此比較起來價格應(yīng)不會相差太多,如果綜合考慮上述建造和維護環(huán)節(jié)的費用支出,無疑鏈板式配料秤是有競爭優(yōu)勢的。

標定精度:這也是用戶普遍關(guān)心的問題,所涉及的環(huán)節(jié)也比較多,對鏈板式配料秤而言,如果機械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,鏈板在高速運轉(zhuǎn)時能夠運轉(zhuǎn)平滑,皮重和料位保持穩(wěn)定,再配以高分辨率的傳感器和匹配的控制器,以筆者在現(xiàn)場實物標定的經(jīng)驗來看,初次實物標定精度可以達到 0.5%(如表 1 所示),長期測試可以維持在 1%左右。

 

 

     配料秤初次實物標準精度表

對皮帶式料秤而言,相同的配置和環(huán)境下,初次實物標定精度可以達到 0.25%,長期值得注意是,如果流設(shè)定值大改變,如該的配比發(fā)生較大化,或者更物料種,料秤需新的生產(chǎn)件下重進行標定校驗。

 

四、影響配料秤運行精度及穩(wěn)定性的幾方面因素

 

通常對于配料秤的考核指標有兩個,即精度和穩(wěn)定性。

精度,即通常意義中對配料秤進行實物標定得出的誤差范圍;穩(wěn)定性則依賴于時間的檢驗, 包括秤的無故障運行時間、不同時間間隔內(nèi)秤的重復(fù)標定誤差變化范圍、秤體易磨件的使用壽命、抗干擾能力等。

下面從內(nèi)外兩方面入手,找出相關(guān)因素,分析影響的原因和途徑,供讀者參考。

1) 首先是配料設(shè)備內(nèi)部本體的影響因素, 眾所周知,物料瞬時流量的計算公式為:

t/h (流量) =kg/m (秤橋單位載荷) ×m/s (物料運行速度)可以看出,影響計算精度的主要元件是稱重傳感器和測速傳感器。

對于測速傳感器,其大多采用脈沖式原理, 其精度取決于單位圈數(shù)內(nèi)所能發(fā)出的脈沖數(shù)量, 目前較高的可以達到 250pulse/re。

對于稱重傳感器,其誕生以來大概經(jīng)歷了力平衡式、位移式、電阻應(yīng)變片式及數(shù)字式。目前應(yīng)用最為廣泛的就是電阻應(yīng)變片式,主要利用惠斯通電橋的原理,如圖 3 所示

 

惠斯通電橋的原理圖

當傳感器受力時,R1 R4 受拉伸力,R2

R3 受壓縮力,電壓輸入為 E0,輸出為 Ei,靈敏度

E0/Ei=Gf×Ef/4(其中 Gf 為應(yīng)變片系數(shù),Ef 為電橋上產(chǎn)生的總應(yīng)變輸出)。其優(yōu)點是當溫度變化影響電阻特性時,由于兩邊增加或減少相同的變化量, 因此電橋的總輸出不會發(fā)生變化。

雖然惠斯通電橋?qū)ο噜彉虮蹜?yīng)變片的輸出具有補償功能,但由于應(yīng)變片本身的離散性及粘貼情況的細微差異,還是會導(dǎo)致電橋的平衡因溫度的影響而遭到破壞,再加上非線性、滯后性、蠕變性等眾多因素,導(dǎo)致電阻應(yīng)變片式模擬傳感器在水泥廠等惡劣高溫的環(huán)境中無法展現(xiàn)出優(yōu)異的性能,雖然可以通過提高加工工藝、在處理器內(nèi)進行數(shù)據(jù)運算補償?shù)确椒ㄌ岣咂渚?,但只能弱化卻無法消除影響

當鏈板式配料秤用于輸送石灰石等顆粒不均的物料時,其單位載荷的瞬時波動較大,若采用模擬式傳感器,由于其本身不可克服的滯后性, 會帶來比較大的計量誤差,使得稱量系統(tǒng)變得不可信,因此使用數(shù)字式傳感器比較合適。

例如 SFT 數(shù)字式傳感器,它采用振弦式原理, 當數(shù)字式傳感器受到外力作用時,設(shè)置在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的振弦產(chǎn)生振動,其振動頻率與數(shù)字式傳感器所受的壓力成線性關(guān)系,通過測量振弦的瞬時振動頻率,便可以計算出數(shù)字式傳感器所受的即時壓力,并由安裝在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的溫度傳感器進行溫度補償,最后經(jīng)過處理器處理的信號通過 RS485 協(xié)議與控制器進行通訊,在控制器上可以方便地進行重量查詢和數(shù)字式傳感器地址設(shè)定等工作,其工作原理如圖 4 所示。

數(shù)字式傳感器工作原理圖

 

由于數(shù)字式傳感器內(nèi)部受力元件和測量元件并沒有物理上的接觸,因此其稱量精度得到了明顯的提升,圖 5 SFT 數(shù)字式傳感器的部分技術(shù)參數(shù), 從中可以看出其分辨率高達百萬分之一

(在實驗室條件下可以精確地測出一張名片的重量), 滯后性低于 0.02% , 重復(fù)性誤差小于0.001%,溫度漂移低于 0.002%。

另一種途徑就是從控制系統(tǒng)入手,在物料保持穩(wěn)定的同時,優(yōu)化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),目前應(yīng)用較多的是 PID 控制系統(tǒng),對于配料秤來說,PI 調(diào)節(jié)即可滿足生產(chǎn)需要 (以瑞士哈斯勒配料秤為例, 一般 P 值選取 0~300%,I 值選取 0~20SD 值一般為 0。

因此在配料秤帶料期間,主要的調(diào)試工作就是進行 PID 參數(shù)整定,一般需要收集以下曲線作為整定的依據(jù):

流量設(shè)定值,作為調(diào)節(jié)的參考標準;

被調(diào)量波動曲線,即瞬時流量;

PID 整定輸出。

下面以現(xiàn)場收集到的鏈板式配料秤的 PI 控制圖(如圖 10 所示) 為例進行說明。

從圖中可以看出,比例作用有如下特征:

比例作用波形與被調(diào)量 (即瞬時流量) 相似,由于本例中為負反饋作用,因此兩者的方向是相反的;

比例作用波形與被調(diào)量的波動周期完全對應(yīng),即被調(diào)量的波峰對應(yīng)比例作用的谷底,被調(diào)量的谷底對應(yīng)比例作用的波峰。

由于純粹的比例作用無法消除靜態(tài)誤差,因此需要引入積分作用,同樣從圖中可以看出積分作用的特征:

積分作用的升降與被調(diào)量的升降無關(guān),只與被調(diào)量和設(shè)定值之間偏差的正負有關(guān),圖中當偏差為正時,積分曲線上升,偏差為負時,積分曲線下降。

積分作用的大小 (即曲線的斜率) 與被調(diào)量和設(shè)定值之間偏差的大小有關(guān),偏差越大,積分作用的曲線越陡峭,偏差越小,積分作用的曲線越平緩,因此積分曲線的波峰和波谷對應(yīng)的偏差最小,基本為零

另外還需要掌握參數(shù)整定的一些原則,比如在整定比例作用的時候,先取消積分作用,待比例作用整定好以后,再逐漸增加積分作用,直至消除靜態(tài)誤差;如果比例作用沒有整定好,一味地增加積分作用非但不能減小靜態(tài)誤差,反而會造成積分干擾;比例作用和積分作用是相對的,

鏈板式配料秤的 PI 控制圖

當比例作用增加的時候,積分作用也需要跟著增強,比例作用減小的時候,積分作用也必須跟著減弱等等。

其實無論怎么調(diào)節(jié),物料總是會有一些小幅波動,這樣的波動是沒有規(guī)律的,無法干預(yù)的雜波,如果參與這樣的調(diào)節(jié),有時反而收到負面的效果,對于這樣的情況,可以設(shè)置一定幅度的盲區(qū),一方面可以過濾掉一些噪聲,另一方面也可以延長驅(qū)動執(zhí)行單元的使用壽命,從辨證的角度來看, 即有所為有所不為。如果流量設(shè)定值為200t/h,那么可以設(shè)定±2%為盲區(qū),即當瞬時流量在 196t/h~204t/h 之間波動時,PI 控制不參與調(diào)節(jié),只有當即時流量超出了盲區(qū)范圍,才引入 PI 控制,實際的盲區(qū)范圍的設(shè)置可現(xiàn)場參考物料的波動范圍和配料精度綜合考量。

 

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