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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，對應的計量設備多為皮帶秤或鏈板秤，在水泥廠中主要應用在原料配料站和水泥配料站；后者則以物料沖擊或旋轉下料的方式，對應的計量設備多為沖板流量計或轉子秤，在水泥廠中主要應用于窯尾喂料。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。

物料從料倉下來后，首先落至鏈板取料機上，取料機只負責輸送物料，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部的刮板進行調節(jié)，下料量可以通過取料機的電機轉速進行調節(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。

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，如果機械結構設計合理，鏈板在高速運轉時能夠運轉平滑，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。

對皮帶式配料秤而言，在相同的配置和環(huán)境下，初次實物標定精度可以達到0.25%，長期測試可以維持在0.5%左右。
值得注意的是，如果流量設定值大幅改變，如該物料的配比發(fā)生較大變化，或者更換物料品種，則配料秤需在新的生產條件下重新進行標定校驗。
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、不同時間間隔內秤的重復標定誤差變化范圍、秤體易磨件的使用壽命、抗干擾能力等。
下面從內外兩方面入手，找出相關因素，分析影響的原因和途徑，供讀者參考。
（1）首先是配料設備內部本體的影響因素，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，其誕生以來大概經歷了力平衡式、位移式、電阻應變片式及數(shù)字式。目前應用最為廣泛的就是電阻應變片式，主要利用惠斯通電橋的原理，如圖3所示。

當傳感器受力時，R1和R4受拉伸力，R2和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為應變片系數(shù)，Ef為電橋上產生的總應變輸出)。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。
雖然惠斯通電橋對相鄰橋臂應變片的輸出具有補償功能，但由于應變片本身的離散性及粘貼情況的細微差異，還是會導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，導致電阻應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、在處理器內進行數(shù)據運算補償?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，設置在數(shù)字式傳感器內部的振弦產生振動，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)字式傳感器內部的溫度傳感器進行溫度補償，最后經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)字式傳感器地址設定等工作，其工作原理如圖4所示。

由于數(shù)字式傳感器內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是SFT數(shù)字式傳感器的部分技術參數(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%，重復性誤差小于0.001%，溫度漂移低于0.002%。

關于數(shù)字式傳感器的安裝方式，可以采取對稱式安裝，即在秤體的左右兩側各安裝一只數(shù)字式傳感器（如圖6所示），由于數(shù)字式傳感器的信號可以通過處理器尋址進行通道處理，無需像模擬式傳感器那樣進行信號疊加，因此在現(xiàn)場做機械調整時，無需對兩端的數(shù)字式傳感器做嚴格的水平度調整，既適合惡劣的現(xiàn)場工作環(huán)境，又方便生產維護操作。

對于數(shù)字式傳感器在秤體的具體安裝位置，可以將其直接裝在秤橋（圖7中由三組黑色模塊組成）下方，所稱即所得，杠桿系數(shù)為1，如圖7所示。因此數(shù)字式傳感器的數(shù)字信號傳送至處理器后，無需經過杠桿比運算，簡化了信號處理流程，減小了稱量系統(tǒng)的滯后誤差。

（2）從配料秤的外部工作環(huán)境角度分析，可以發(fā)現(xiàn)來自外部的干擾是影響計量的主要因素。
例如EMI電磁干擾、鄰近設備振動干擾、物年料波動干擾等，其中EMI干擾可以通過屏蔽、接第地等途徑解決，鄰近環(huán)境或設備干擾可以在設計時考慮加以避免，以筆者在現(xiàn)場調試來看，物料卷的波動時考慮加以避免，以筆者在現(xiàn)場調試來看，物料卷的波動.
如果料流不穩(wěn)，料位波動較大，控制器為了跟蹤設定值，必然頻繁發(fā)出控制指令，調節(jié)電機轉速不斷變化，如此導致重量和速度都在不斷波動，根據上面的公式，所計算出的流量誤差相對較大。
解決的途徑有兩種，一種是從根源入手，減緩物料的波動，從上游料倉開始，根據料位計或倉重儀表，控制倉位穩(wěn)定在一定的刻度，如設定為滿量程的1/2或2/3；其次是防止堵料的情況發(fā)生，有時倉內明明有料，但由于物料潮濕或被雜物堵住下料口，控制器監(jiān)測不到物料，為跟蹤設定值，只能驅動電機高速運轉，如此反復循環(huán)，不但導致計量不精確，還會使電機頻繁動作，減少使用壽命。
另外需要根據物料的流動性，選擇合適的下料口截面積，并通過棒閥或閘閥加以控制，如瑞士哈斯勒鏈板式配料秤，進料室的上方有一道棒閥，可以用于手動控制初步的下料量，如圖8所示。

需要注意的是棒閥的間隙需要根據物料的顆粒度進行設計，一般棒閥適用于石灰石等塊狀物料，不適用于流動性較大的（如鐵粉）物料。
在鏈板式配料秤內部，物料到達秤橋之前還可以設置一道閘閥，如圖9所示，用于刮平料位，維持物料在運輸途中的堆積形狀。

鏈板兩側的上方分別設有側板，一方面防止物料在運輸途中溢出或拋灑；另一方面在生產過程中可以在側板上方加上蓋板，保證了配料時的密封性，這樣無需在秤體上方安裝袋收塵或管道收塵等收塵裝置，后者在運行時會對秤的計量造成一定影響。
這樣可以最大限度地維持到達秤橋上的物料的穩(wěn)定性，保證了精確的計量，有利于變頻器對電機的控制，通常棒閥和閘閥調節(jié)的原則是在常用的流量設定值下，變頻器輸出頻率在50HZ左右，這樣可以保證電機的使用壽命。
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)化自動調節(jié)系統(tǒng)，目前應用較多的是PID控制系統(tǒng)，對于配料秤來說，PI調節(jié)即可滿足生產需要（以瑞士哈斯勒配料秤為例，一般P值選取0~300%，I值選取0~20S，D值一般為0）。
因此在配料秤帶料期間，主要的調試工作就是進行PID參數(shù)整定，一般需要收集以下曲線作為整定的依據：
A.流量設定值，作為調節(jié)的參考標準；
B.被調量波動曲線，即瞬時流量；
C.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：
a.比例作用波形與被調量（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；
b.比例作用波形與被調量的波動周期完全對應，即被調量的波峰對應比例作用的谷底，被調量的谷底對應比例作用的波峰。
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：
a.積分作用的升降與被調量的升降無關，只與被調量和設定值之間偏差的正負有關，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。
b.積分作用的大?。辞€的斜率）與被調量和設定值之間偏差的大小有關，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，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，無法干預的雜波，如果參與這樣的調節(jié)，有時反而收到負面的效果，對于這樣的情況，可以設置一定幅度的盲區(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。如果流量設定值為200t/h，那么可以設定±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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