鋁用陽(yáng)極配料系統(tǒng)提高配料精確度探討

【摘要】本文主要從生陽(yáng)極制造工藝配料系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)等方面介紹其工作原理，分析配料誤差產(chǎn)生的原因，根據(jù)在實(shí)際工作中的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出解決措施。

【關(guān)鍵詞】失重秤；配料；誤差

鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)工藝中的配料系統(tǒng)，由七臺(tái)石油焦失重秤、一臺(tái)高溫液體瀝青秤及稱重控制系統(tǒng)組成，是陽(yáng)極生產(chǎn)質(zhì)量保證的關(guān)鍵設(shè)備，各陽(yáng)極制造企業(yè)為確保配料的準(zhǔn)確穩(wěn)定，多數(shù)企業(yè)引進(jìn)申克或哈斯勒配料秤系統(tǒng)，少數(shù)企業(yè)采用國(guó)產(chǎn)配料秤，不管是進(jìn)口或是國(guó)產(chǎn)配料秤，多采用失重秤方式，筆者在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，配料精度，特別是瀝青配料的長(zhǎng)期精確度和穩(wěn)定性，仍然難以保證生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定的需求，本文主要分析失重配料秤配料誤差產(chǎn)生的原因，并就提高配料精度的方法提出改進(jìn)措施。

一、結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)介

1、快速進(jìn)料機(jī)構(gòu)

如圖1所示，進(jìn)料機(jī)構(gòu)用于給稱重料斗加料，主要由氣動(dòng)蝶閥（B）、閘板閥（A）、軟連接（C）等組成，其中氣動(dòng)蝶閥起到控制稱重料斗的料位（重量）的作用，應(yīng)保證其密閉性、開(kāi)關(guān)靈活性，加料快速和暢通等性能指標(biāo)。

2、稱重料斗

稱重料斗是稱重物料的承載體，容積約為3000升，容積按照在最大輸料流量下15分鐘的給料量選定，為減少快速加料期間的配料誤差，快速加料時(shí)間占整個(gè)稱重周期的比例最大控制在5%左右。

3、稱重傳感器

稱重傳感器是失重秤的核心稱量部件，采用高分辨應(yīng)變片傳感器，將物料的重量信號(hào)轉(zhuǎn)化成mv電信號(hào)，系統(tǒng)采用三傳感器方式。

4、出料裝置

出料裝置用于排出稱重料斗內(nèi)的石油焦或液體瀝青，料斗和出料裝置安裝在與機(jī)架固定的稱重傳感器上，根據(jù)輸送物料的特性及使用環(huán)境，一般采用螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、泵等，對(duì)于陽(yáng)極生產(chǎn)，由于石油焦粉料易飛揚(yáng)大且有高溫瀝青，帶變頻控制的螺旋輸送機(jī)（圖1中序號(hào)4、5、6、7、8）或?yàn)r青泵，能較好實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸送物料的目的，并能防止粉狀物料的飛揚(yáng)。

5、稱重控制系統(tǒng)

稱重控制系統(tǒng)由稱量?jī)x表和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，用于料斗加料量、輸送物料流量等進(jìn)行控制和計(jì)量。失重秤的進(jìn)、出料口均采用柔性軟連接，以保證上游料倉(cāng)和下游設(shè)備的連接不影響稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

6、液體瀝青配料秤

瀝青秤計(jì)量的是高溫液體瀝青，除稱重傳感器、進(jìn)料閥門、稱重料斗（帶夾套保溫）、稱重控制系統(tǒng)等設(shè)施外，還包括瀝青泵（變頻控制）、夾套保溫瀝青管路和溢流口等部件，系統(tǒng)組成如圖2所示。

二、配料秤工作原理

1、工作原理

如圖3，失重秤的工作分為快速加料區(qū)和重量給料區(qū)，在重量給料區(qū)，稱重料斗內(nèi)的物料進(jìn)行稱重，根據(jù)單位時(shí)間重量的損失，將實(shí)際給料流量和設(shè)定給料流量進(jìn)行比較，通過(guò)稱重控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)給變頻器，控制螺旋給料機(jī)（或?yàn)r青泵）轉(zhuǎn)速，使實(shí)際給料流量符合設(shè)定值，達(dá)到定量配料的目的。在快速加料的過(guò)程中，出料裝置按容積式原理工作，料斗內(nèi)物料的重量通過(guò)稱重控制系統(tǒng)將物料重量與預(yù)先設(shè)定的重量上限值（Gmax）、下限值（Gmin）進(jìn)行比較，低于下限值時(shí)通過(guò)稱重控制器開(kāi)啟進(jìn)料閥門，向稱重料斗內(nèi)快速加料，達(dá)到上限值時(shí)關(guān)閉進(jìn)料閥停止加料。

2、給料速率計(jì)算

失重秤的給料速率（排料流量）為單位時(shí)間內(nèi)料斗重量的損失值，理論上表示為：

MT=dG/dt

式中 MT一給料速率

dG一重量的損失值

dt一測(cè)量周期

三、誤差分析及控制

1、失重配料秤誤差要求

為保證陽(yáng)極質(zhì)量，對(duì)配料秤的準(zhǔn)確度等級(jí)的要求是能達(dá)到0.5級(jí)，砝碼檢定時(shí)靜態(tài)最大允差為±0.13%，動(dòng)態(tài)（物料）最大允差為±0.25% 。

2、誤差分析及控制

2.1稱量誤差

配料秤的輸送給料機(jī)、稱重料斗、稱重傳感器、稱重控制系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一定的誤差， 配料系統(tǒng)的誤差主要有以下幾種：

2.1.1傳感器固有誤差

傳感器受材質(zhì)線性度的影響，總存在著誤差， 但在合理的量程范圍內(nèi)，稱重傳感器精度等級(jí)能達(dá)到0.02級(jí)，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于配料秤的0.5級(jí)的精度要求，為減少固有誤差，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，即傳感器工作在最佳線性區(qū)域。

2.1.2稱重控制系統(tǒng)的誤差

配料秤稱重控制系統(tǒng)需要處理數(shù)據(jù)量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)，一般情況下電子模塊本身產(chǎn)生的誤差很小，但隨著時(shí)間推移，由于元件老化等原因， 會(huì)形成較大的誤差，可以通過(guò)定期校準(zhǔn)和更換元器件來(lái)保證電子模塊正常工作。

2.1.3機(jī)械誤差

2.1.3.1稱重料斗安裝偏差引起的誤差

稱重料斗多為在現(xiàn)場(chǎng)制作，制作精度難保證其重心在中軸線上；此外與稱重料斗連接的閥門等部件安裝時(shí)易改變料斗重心；料斗下的三個(gè)稱重傳感器同水平度要求高，易受力不均產(chǎn)生稱量誤差，這種誤差需要在制作和安裝時(shí)按設(shè)計(jì)要求規(guī)范操作，保證制作安裝質(zhì)量。

2.1.3.2稱重傳感器安裝不規(guī)范引起的誤差

傳感器選型完成的情況下，安裝質(zhì)量對(duì)稱量精度影響最大，也是存在問(wèn)題較多的環(huán)節(jié)：一是傳感器支承點(diǎn)分布不均，三只傳感器應(yīng)按120度均勻分布，如果分布不均，各傳感器輸出的電信號(hào)相差較大而形成誤差；二是三只傳感器的受力不相等，輸出信號(hào)偏差較大?？赏ㄟ^(guò)在傳感器與料斗之間安裝鋼球，形成球面接觸形式，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)和修整的目的。

2.1.3.3料斗與其它設(shè)備的連接不當(dāng)

為保證料斗稱重的準(zhǔn)確性，料斗與上下游設(shè)備的連接采用軟連接，但在安裝過(guò)程中，往往由于軟連接安裝不當(dāng)使料斗與上下游設(shè)備之間有力的傳遞，另外，由于軟連接長(zhǎng)期使用，老化、粉塵油污、瀝青附著等造成誤差，在平常的生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)定期檢查、維護(hù)和調(diào)整，確保工作可靠。

2.2動(dòng)態(tài)誤差

動(dòng)態(tài)誤差是配料秤在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，由于外界干擾的的偶然性，控制器的自適應(yīng)功能有時(shí)難以做出正確的判斷，有時(shí)還會(huì)引起輸出信號(hào)較長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)，例如為控制物料崩塌誤差，可將靠近出料口的輸送機(jī)螺旋葉輪遠(yuǎn)離出料口100mm左右，保證出料口的物料有緩沖斜面，不易產(chǎn)生崩塌。

2.3沖擊誤差

為實(shí)現(xiàn)快速加料的目的，料斗加料時(shí)物料進(jìn)入料斗的速度較快， 這就意味著物料對(duì)料斗有較大的沖擊力， 這種沖擊力會(huì)造成料斗產(chǎn)生較大的振動(dòng)，由此將引起稱重傳感器輸出信號(hào)波動(dòng)，在料斗內(nèi)安裝錐型散料器作為緩沖器，是減少對(duì)傳感器的沖擊較好方法。通過(guò)軟件過(guò)濾沖擊干擾信號(hào)，也能提高配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.4配料秤工作環(huán)境誤差

2.4.1機(jī)械振動(dòng)

配料秤只是陽(yáng)極生產(chǎn)眾多設(shè)備中的一個(gè)，上下游均有大功率、高轉(zhuǎn)速機(jī)械設(shè)備，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)會(huì)引起料斗晃動(dòng)，從而產(chǎn)生稱重誤差，在工藝設(shè)計(jì)中，配料系統(tǒng)盡量遠(yuǎn)離振動(dòng)大的設(shè)備，必要時(shí)增加減振裝置。

2.4.2電磁場(chǎng)干擾

配料系統(tǒng)本身是主要是電子系統(tǒng)，電磁場(chǎng)對(duì)其的影響較大，在工藝設(shè)計(jì)上應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)設(shè)備，如果靠近超強(qiáng)電磁源——鋁電解車間，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備還應(yīng)采取電磁屏蔽措施。

2.4.3其他干擾

如粉塵、煙霧、潮濕、高溫、較大自然風(fēng)，這些都會(huì)對(duì)傳感器及控制器模塊有影響，應(yīng)對(duì)控制器、接線盒等采用全密封措施隔離，對(duì)料斗應(yīng)防止較大自然風(fēng)直吹。

四、提高配料秤準(zhǔn)確度的途徑

為了提高配料秤的準(zhǔn)確度，減少計(jì)量誤差，在實(shí)際工作中，可采用以下措施預(yù)防：

1、正確使用和維護(hù)配料秤

1.1保持整機(jī)清潔，防止較重物品擊打料斗，造成稱重傳感器損壞；

1.2定期檢查線路、氣路、料斗、接地是否良好，檢查閥門、輸送機(jī)等動(dòng)作是否靈活可靠，附近有強(qiáng)電、強(qiáng)磁干擾的，對(duì)傳感器、控制器采取隔離措施；

1.3定期檢查螺旋輸送機(jī)葉輪磨損、減速機(jī)油位、軸承溫度等，確保輸送物料平穩(wěn)；

1.4嚴(yán)禁在配料設(shè)備上進(jìn)行電焊作業(yè)，以免損害稱重傳感器和控制器模塊，影響秤量的準(zhǔn)確度；

1.5料斗與部件之間柔性連接應(yīng)可靠，壓縮空氣軟管長(zhǎng)度應(yīng)有裕量，以減少對(duì)稱重傳感器的影響；

1.6安裝稱重傳感器的支架必須牢固可靠，并應(yīng)有足夠的剛度，防止因振動(dòng)而影響傳感器計(jì)量精度。

2、校準(zhǔn)

配料秤是對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)稱量的計(jì)量設(shè)備，必須嚴(yán)格按照計(jì)量檢定規(guī)程對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)應(yīng)按以下方法進(jìn)行：

2.1校準(zhǔn)前清理料斗上的積灰，特別是瀝青秤，料斗上和傳感器經(jīng)常會(huì)有少量瀝青粘結(jié)，造成料斗皮重變化甚至傳感器卡死，必須清理干凈；

2.2料斗檢查，特別是液體瀝青配料秤，其料斗及管道需保溫，料斗及管道設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)，夾層中通有280℃的熱媒油對(duì)液體瀝青保溫，出料管及溢流管安裝有金屬軟連接，熱媒油壓力、流量、溫度波動(dòng)對(duì)料斗影響較大，應(yīng)在工作溫度下調(diào)整料斗，使其重心不偏離中軸線；

2.3調(diào)整三個(gè)稱重傳感器的受力均勻性，通過(guò)調(diào)整傳感器墊片，使三個(gè)傳感器受力均勻，輸出信號(hào)保持基本一致，相互間的信號(hào)偏差不超過(guò)±0.05mv；

2.4掛砝碼校準(zhǔn)次數(shù)不得少于三次，且每次誤差均應(yīng)在±0.13%以內(nèi)；

2.5目前多數(shù)配料秤均有在線自動(dòng)校準(zhǔn)功能，經(jīng)常在生產(chǎn)中起用自動(dòng)校準(zhǔn)功能，能在生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)修正誤差；

2.6合理設(shè)置PID參數(shù)，在各種配料比例沒(méi)有大的變化的情況下，設(shè)置輸出控制信號(hào)的最大、最小限值，在有較大干擾的情況下，限制螺旋輸送機(jī)（瀝青泵）的轉(zhuǎn)速不至于降得過(guò)低或升得過(guò)大，達(dá)到平穩(wěn)配料的目的。

五、結(jié)束語(yǔ)

在生產(chǎn)實(shí)際中，往往還存在因物料的粘結(jié)，稱重傳感器環(huán)境溫度變化、人員物件誤觸碰料斗等引起配料精度的波動(dòng)，從而造成系統(tǒng)準(zhǔn)確度下降，實(shí)踐證明，規(guī)范操作、按要求維護(hù)保養(yǎng)、定期校準(zhǔn)對(duì)保證配料系統(tǒng)的精度有著決定性的作用，這也是所有設(shè)備管理工作的主要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1]哈斯勒配料秤安裝手冊(cè)

[2]申克配料秤操作手冊(cè)

[3]配料秤原理及準(zhǔn)確度的探討--《衡器》2005年06期.黃惠鵬

[4]配料秤準(zhǔn)確度的影響因素和提高途徑—中國(guó)稱重網(wǎng)