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0 引言

冶金行業(yè)中無論是鋼鐵行業(yè)還是有色金屬行業(yè)，幾乎都要與固體物料打交道，物料有的是原料，如礦石、煤、熔劑等;有的是半成品，如氧化鋁、煙塵(如氧化鋅)、焙砂等;有的是成品，如焦炭、選礦廠的精礦等。這些物料在生產(chǎn)過程中都需要進行瞬時流量和累積流量的檢測，以便用于過程監(jiān)控和計量。因此，冶金行業(yè)是國內(nèi)皮帶秤最早的一批用戶，歷來也是皮帶秤的應(yīng)用大戶和重點行業(yè)。

皮帶秤不同于一般的儀器儀表，它是在皮帶輸送機輸送物料的過程中進行動態(tài)測量，因此使用效果不僅僅取決于皮帶秤本身的質(zhì)量，還取決于皮帶輸送機的狀況以及維護校驗的條件和制度。在冶金行業(yè)使用的多數(shù)皮帶秤達不到使用要求，運行狀況不能令人滿意，特別是一些用于進出廠原料、成品計量和廠際間物料交接計量的要求高準確度計量的皮帶秤，往往因準確度過低令領(lǐng)導(dǎo)和維護人員一籌莫展?；诖?，筆者在分析了冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的特點和難點后，對國產(chǎn)皮帶秤應(yīng)用技術(shù)的新發(fā)展、高準確度計量皮帶秤應(yīng)用難點和可以采取的應(yīng)對措施進行研究和探討。

1 冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的特點
冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的特點在于應(yīng)用數(shù)量大、物料種類多且性能差別大、物料瞬時流量覆蓋范圍大等。

(1)應(yīng)用數(shù)量大。國內(nèi)每一個大中型鋼鐵廠皮帶秤的應(yīng)用數(shù)量都在數(shù)百臺，而大中型有色金屬企業(yè)皮帶秤的應(yīng)用數(shù)量稍少，大致在數(shù)十臺至數(shù)百臺之間，因此維護量非常大，維護人員往往顧此失彼，很難使每臺皮帶秤都保持在最佳狀態(tài)。

(2)物料種類多且性能差別大
冶金行業(yè)固體物料的品種繁多，像礦石、精礦、石灰石、石英石、砂石、黏土、焦炭、煤、焙砂、煙塵、返料、水泥、氧化鋁、鋁粉、鋅粉等等，其性能差別非常大。粒度有的很大，如原礦的塊度可能達到數(shù)十厘米，單塊質(zhì)量數(shù)十千克，而煙塵、煤粉的粒度多數(shù)在－200 目左右;含水量有的達到百分之十幾，如選礦廠產(chǎn)出的精礦，有的含水量低于0． 3% ，如焙砂、煙塵、煤粉，屬傾瀉性物料，容易產(chǎn)生粉塵;有的物料密度很大，如一些金屬的礦石和精礦堆密度達到 3 ～4 kg/cm 3 ，有的非常輕，如焦炭堆密度僅為 0． 4 ～0． 5 kg/cm 3 ;大部分物料為常溫，但有的物料溫度可超過 100 ℃，如未完全冷卻的燒結(jié)塊或焦炭。不同種類不同性能的物料，在稱量過程中遇到的難點不一樣，需要用不同的辦法解決。

(3)物料瞬時流量覆蓋范圍大
雖然大多數(shù)物料的瞬時流量測量范圍在每小時數(shù)噸、數(shù)十噸、數(shù)百噸的范圍內(nèi)，但是也有每小時數(shù)千噸的超大流量和每小時數(shù)十千克的超小流量的應(yīng)用，如臨海港口的鋼鐵廠卸礦碼頭有每小時數(shù)千噸的超大流量，在有色金屬工廠濕法凈液車間的鋅粉添加有每小時數(shù)十千克的超小流量。對不同的瞬時流量測量范圍，更須采取不同的解決辦法。的瞬時流量測量范圍，更須采取不同的解決辦法。

2 冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的難點

冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的難點在于皮帶輸送機的條件和運行狀況差、缺少校驗設(shè)施、故障查找困難、信息閉塞人才匱乏、運行準確度低等。

(1)皮帶輸送機的條件和運行狀況差
皮帶秤，特別是高準確度皮帶秤，一般對皮帶輸送機的條件和運行狀況要求比較高，如要求皮帶輸送機平直、長度不要過長或過短、皮帶傾角不要太大、托輥槽形角不要太大、皮帶柔性好、輸送機不帶卸料小車或卸料犁、皮帶運行不要跑偏、托輥對稱性好和潤滑良好等等。而在冶金行業(yè)，工廠里實際運行的皮帶輸送機大都達不到上述要求，因為這里設(shè)備的設(shè)計、選型、維護只要滿足能輸送物料要求即可，根本不會考慮皮帶秤的運行要求。所以在很多冶金工廠，一些主要用于計量的皮帶秤往往安裝在以下條件下:有凹弧斷面曲線(甚至有兩段凹弧斷面曲線)的皮帶輸送機上;帶卸料小車的皮帶輸送機上;長度達數(shù)千米的皮帶輸送機上;皮帶嚴重跑偏的皮帶輸送機上;皮帶破損嚴重的皮帶輸送機上;托輥未定期潤滑不能轉(zhuǎn)動的皮帶輸送機上等等。皮帶秤在上述條件下運行，明顯先天不足。

(2)缺少校驗設(shè)施。皮帶秤的運行離不開校

驗設(shè)施，特別是準確度要求較高的皮帶秤，如果生產(chǎn)現(xiàn)場事先未作考慮，如未設(shè)置校驗料倉、卸料犁、卸料溜槽等，將給物料校驗帶來很大困難，而在冶金行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，很難見到這一類的校驗設(shè)施。缺少校驗設(shè)施使生產(chǎn)現(xiàn)場物料校驗費時費力，最終會造成物料校驗間隔時間過長甚至長期不能進行物料校驗的情況。

(3)故障查找困難

皮帶秤是一種動態(tài)計量設(shè)備，故障率高，日常維護工作量大，管理好皮帶秤對維護人員的素質(zhì)要求高，而且還需要經(jīng)過多年實踐積累一定的經(jīng)驗才可能從事皮帶秤故障查找等相關(guān)的維護工作。

(4)信息閉塞人才匱乏
長期在生產(chǎn)一線的員工，能得到參加技術(shù)培訓(xùn)、技術(shù)交流的機會非常少，對皮帶秤的新產(chǎn)品和各種新技術(shù)了解較少，收集這些信息的渠道不暢通，信息閉塞。在生產(chǎn)現(xiàn)場，維護皮帶秤的員工大多數(shù)還要同時維護其他儀器儀表，因此對皮帶秤結(jié)構(gòu)、安裝、維護、校驗有深入了解的人不多，處理故障的經(jīng)驗較少，熟悉皮帶秤應(yīng)用技術(shù)的人才匱乏，難以維持皮帶秤的正常運行，特別是對維護高準確度皮帶秤的正常運行會感到力不從心。

(5)運行準確度低
上述難點的存在，導(dǎo)致皮帶秤運行準確度低。筆者曾赴多個冶金工廠考察，有個企業(yè)曾一次列出多個皮帶秤應(yīng)用現(xiàn)場，要求在投運 3 個月后驗收時能達到 1． 0% 的準確度。這說明，在此前現(xiàn)場運行的所有皮帶秤幾乎都達不到這一看起來不算太高的指標。
 

3 國產(chǎn)皮帶秤應(yīng)用技術(shù)的新發(fā)展

針對前述特點和難點，國內(nèi)皮帶秤廠商研發(fā)、應(yīng)用了很多新技術(shù)和設(shè)備，如稱重傳感器信號分路輸出、新型秤架、“多計功能”累計器、克服皮帶張力影響的累計器、遠程專家系統(tǒng)、疊加式校驗法、外包服務(wù)等。

3． 1 稱重傳感器信號分路輸出

在多稱重傳感器的稱量產(chǎn)品中，傳統(tǒng)傳感器信號輸出以并聯(lián)方式傳送到稱重控制器，而江蘇某有限公司則以現(xiàn)場數(shù)字轉(zhuǎn)換器取代原有稱重傳感器接線盒。在現(xiàn)場數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，每一路稱重傳感器信號獨立轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將每路數(shù)字信號各自單獨傳送到稱重控制器。稱重控制器接收到的信號不再是多個傳感器信號的綜合，而是各自獨立的，從而可診斷出每一個稱重傳感器是否有故障(見圖 1) ［1］ 。分路輸出的優(yōu)點是可對稱重傳感器進行故障自

診斷，提供“多計”累計器功能。
 

3． 2 新型秤架

雖然眾多的國內(nèi)皮帶秤生產(chǎn)廠商仍沿用隸屬于某兒科技集團(Thermo Fisher Scien-tific)美國某公司各種類型的秤架，但近十幾年來，單個直接承重式秤架或組合式直接承重式秤架取代了各類杠桿式秤架，這已成為國內(nèi)秤架發(fā)展的趨勢 ［2］ 。特別是一些實力較強、具有創(chuàng)新精神的國內(nèi)皮帶秤主流廠家與用戶結(jié)合，近年來推出了較多的新產(chǎn)品，如各類直接承重式秤架、同一皮帶輸送機多臺秤架的產(chǎn)品。為解決皮帶秤計量準確度低、長期穩(wěn)定性差的難題，南京某有限公司開發(fā)了陣列式皮帶秤。陣列式皮帶秤是多組秤架排成一排，構(gòu)成一個“陣列”。該公司以 1 只稱重傳感器支撐 2 組稱重托輥作為 1 個稱重單元，8個稱重單元組合而成的陣列式秤架就有 16 組稱重托輥。在皮帶秤的物料試驗裝置上計算與比較各稱重單元的檢測值，采用數(shù)學(xué)模型修正皮帶

張力對稱重結(jié)果的影響。試驗結(jié)果證實:該秤架可減少 90% 以上皮帶張力的影響;實物檢定誤差可以長期達到 0． 25% ;可降低皮帶秤安裝要求，減小托輥黏料對測量結(jié)果的影響 ［3］ 

銅陵市某公司的“電子皮帶秤計量、校驗集成系統(tǒng)”，采用了精心安裝的 2 臺多托輥懸浮式秤架，并開發(fā)了“物料棒碼疊加法”，可以在皮帶輸送機正常輸送物料的情況下，采用類似砝碼校驗的方法校驗皮帶秤，幾套試驗項目的檢定誤差優(yōu)于 0． 3% ［4］ 。江蘇某有限公司在南京西壩煤碼頭輸煤系統(tǒng)安裝的稱重系統(tǒng)有 2 臺多托輥全懸浮式秤架，帶物料疊加自校準裝置，準確度高，有自診斷功能。

3． 3 “多計功能”累計器

江蘇某有限公司將其專利“三計技術(shù)”應(yīng)用于懸浮式電子皮帶秤，懸浮式秤架由4 個稱重傳感器支撐，每個稱重傳感器信號進入現(xiàn)場數(shù)字轉(zhuǎn)換器后以獨立信號方式轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)送到三計皮帶秤累計器里組合成 3 臺秤，即1 臺 4 個傳感器組合的秤和 2 臺 2 個傳感器組合的秤，再綜合速度傳感器的信號，經(jīng)過累計運算得到 3 組累計量(1 組主累計量和 2 組輔累計量)及 3 組瞬時流量。在該公司的“標準物料與正常輸送物料疊加法”的校驗系統(tǒng)里，2 組皮帶秤秤架和 1 組料斗秤可用三計皮帶秤累計器分別完成皮帶秤、料斗秤控制器的功能及合作完成標準物料與正常輸送物料疊加法校驗的功能［5］ 。

3． 4 克服皮帶張力影響的累計器

前面已經(jīng)介紹南京某有限公司開發(fā)的“陣列式皮帶秤”，它可以通過數(shù)學(xué)模型修正皮帶張力對稱重結(jié)果的影響。江蘇賽摩電氣股份有限公司推出的高精度維穩(wěn)皮帶秤技術(shù)，是在輸送機不同位置安裝多組皮帶秤秤架，每一組秤架所承受的張力不同，以首尾 2 組秤架 A、N為例，因為這 2 組皮帶秤秤架中皮帶軟硬度不同、皮帶張力不同，所以導(dǎo)致相同質(zhì)量的物料通過這 2 組秤架時，累加器檢測到的物料質(zhì)量不同，A 組秤架受力大于 N 組秤架受力，其差值稱為位置差。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，A 組秤架與 N 組秤架位置差的大小反映了 2 組秤架上的皮帶參數(shù)的不一致，如皮帶的軟硬度不一致、皮帶的張力不一致等等，這些參數(shù)的不一致是影響皮帶秤長期穩(wěn)定性的主要因素。因此，累加器利用位置差與皮帶性能參數(shù)的相關(guān)聯(lián)特性，間接檢測皮帶的軟硬度、皮帶的張力對稱量過程的影響，并有針對性地進行自動補償，以實現(xiàn)皮帶秤對皮帶特性參數(shù)的自檢測、自適應(yīng)和自調(diào)整，從而保證皮帶秤的準確度和長期穩(wěn)定性［6］ 。

 

3． 5 遠程專家系統(tǒng)

南京某有限公司在推廣陣列式皮帶秤的過程中發(fā)現(xiàn)，由于用戶對皮帶秤不熟悉、維護人員不夠?qū)I(yè)，因此每當廠家技術(shù)人員離開現(xiàn)場后，一些應(yīng)用中的小問題往往導(dǎo)致皮帶秤使用準確度降低甚至不能正常運行，這些問題只靠廠家派人去現(xiàn)場解決，這種方式不是長久之計。為了解決用戶的困難，該公司推出了“皮帶秤遠程專家系統(tǒng)”，首先在用戶的陣列式皮帶秤上加裝帶 GPＲS 通信的 ＲTU(遠程終端單元)，然后通過該 ＲTU 連接公司總部的服務(wù)器，從而使公司總部的技術(shù)人員或外地出差的安裝調(diào)試人員通過電腦能讀取用戶皮帶秤的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)現(xiàn)場的皮帶秤始終納入專家系統(tǒng)監(jiān)控之下，為專家系統(tǒng)提供分析數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)用戶操作和排除故障。

3． 6 疊加式校驗法

國內(nèi)皮帶秤生產(chǎn)廠家一直在通過試驗尋找能真正替代物料試驗的校驗方法，安徽某公司推出“物料棒碼疊加法”，其前提是由廠家提供 2 臺性能穩(wěn)定的皮帶秤秤架 1、秤架 2，并按準直性校準要求裝好皮帶秤秤架，以保證安裝好的 2 臺秤架性能一致。在秤架完成調(diào)零之后開始輸送一定數(shù)量的物料，要求 2 臺秤架同一段時間累計值的顯示差值調(diào)整在要求的范圍內(nèi)(如差值小于 0． 1% )

當皮帶機正常輸送物料時，可在秤架 1 上加掛棒狀砝碼，開始物料棒碼疊加法試驗;一段時間(試驗時間稍短時，應(yīng)為皮帶運行整數(shù)圈)后試驗結(jié)束，記下 2 臺秤架累計器的累計值并計算其差值;然后按砝碼校驗方法的公式計算調(diào)整系數(shù)K，2 臺秤架均按該系數(shù)進行調(diào)整，試驗過程結(jié)束?，F(xiàn)場運行數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過物料棒碼疊加法試驗并作出調(diào)整的皮帶秤，可以在現(xiàn)場用物料試驗進行驗證，通?？蛇_到 0． 25% 的精度，從而初步證實物料棒碼疊加法可以在生產(chǎn)現(xiàn)場取代物料試驗 ［4］ 。

物料棒碼疊加法可以在正常物料輸送時完成皮帶秤的校驗工作，它不再需要單獨的物料試驗，因此受到用戶的普遍關(guān)注。該公司還提供了一種價格較低的方案，由 2 組單托輥直接承重式秤架外加臨近秤架的 2 組專用托輥，組成帶物料棒碼疊加法校驗系統(tǒng)的工藝計量秤，以滿足計量準確度在 0． 5% ～ 1． 0% 用戶。物料棒碼疊加法的特點是:2 組單托輥直接承重式秤架合而為一的計量方式優(yōu)于傳統(tǒng)的雙托輥秤;雙秤稱量數(shù)據(jù)實時比對，超差可報警輸出;支持用物料棒碼

疊加法替代實物進行在線校驗。江蘇某有限公司的“標準物料與正常輸送物料疊加法”可對皮帶秤實施在線自校準，所謂“標準物料”，就是從被輸送物料中取出的部分物料，稱重檢測其質(zhì)量值，在自校準時將此部分物料加入;所謂“疊加”，是將“標準物料”加到正常輸送物料之中。具體操作步驟如下:秤架調(diào)零;在物料正常輸送過程中，采用標準物料疊加到正常輸送物料之上;在累計器得到加入標準物料這段時間 2 臺秤架的累計值;計算其差值;該差值應(yīng)等于或非常接近“標準物料”的質(zhì)量值;如果差值超過規(guī)定值，則按物料試驗的修正公式修改皮帶秤的滿值系數(shù)，至此完成在線自校準 ［5］ 。

3． 7 外包服務(wù)

近年來，國內(nèi)皮帶秤生產(chǎn)廠家推出了一項新穎的為用戶服務(wù)的項目:外包服務(wù)。當用戶使用的皮帶秤數(shù)量較大時，皮帶秤的維護，特別是高準確度皮帶秤的維護就成了用戶很大的負擔(dān)，而像南京某有限公司等技術(shù)實力強的公司，在推出“遠程專家系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上，還為用戶提供了包括通過互聯(lián)網(wǎng)對用戶的皮帶秤進行監(jiān)控與現(xiàn)場服務(wù)相結(jié)合的外包服務(wù)。當皮帶秤出現(xiàn)故障時，可根據(jù)現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)遠程進行分析，找出故障原因，提出解決方案，必要時再派人員進行現(xiàn)場服務(wù) ［7］ 。
 

4 高準確度計量皮帶秤應(yīng)用難點和應(yīng)對措施

針對冶金行業(yè)皮帶秤應(yīng)用的難點，國內(nèi)皮帶秤生產(chǎn)廠家推出了如第 3 節(jié)所述的多項應(yīng)用技術(shù)， 列出了針對高準確度計量皮帶秤的應(yīng)用難點和可以采取的應(yīng)對措施。當現(xiàn)場運行人員在皮帶秤應(yīng)用碰到難點時，比如當“皮帶輸送機運行狀況差”時，可考慮采用新型秤架，特別是由 16 組稱量托輥組成的陣列式皮帶秤，克服皮帶張力影響的累計器可以應(yīng)對皮帶輸送機運行狀況差所造成的皮帶張力變化大的不利稱重條件;當“缺少校驗設(shè)施”時，可考慮采用疊加式校驗法，因此也可采用新型秤架中的雙秤架和“多計功能”累計器;當“故障查找困難”時，可考慮采用稱重傳感器信號分路輸出、新型秤架、“多計功能”累計器和遠程專家系統(tǒng)，這

樣可實現(xiàn)稱重傳感器故障診斷、皮帶秤整機診斷和借助制造廠專業(yè)技術(shù)人員智慧的遠程專家系統(tǒng)進行診斷，還可以委托制造廠進行外包服務(wù);當“信息閉塞人才匱乏”時，可考慮采用稱重傳感器信號分路輸出、“多計功能”累計器、遠程專家系統(tǒng)和外包服務(wù)，這樣可實現(xiàn)稱重傳感器故障診斷、皮帶秤整機診斷、借助制造廠專業(yè)技術(shù)人員智慧的遠程專家系統(tǒng)進行診斷和外包服務(wù);當運行準確度低”時，則表 1 中所列的全部措施都可以采取，以綜合提高皮帶秤的運行準確度。

 

5 結(jié)束語

冶金行業(yè)使用的多數(shù)皮帶秤的運行狀況不能令人滿意，特別是一些要求高準確度計量的皮帶秤，用戶對照本文列出的皮帶秤應(yīng)用難點和國產(chǎn)皮帶秤應(yīng)用的最新技術(shù)，可以對癥下藥找出提高冶金行業(yè)高準確度皮帶秤的方法

 

 

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