西門子稱重給料機在電解鋁石油焦煅燒工藝的應用

西門子稱重給料機在電解鋁石油焦煅燒工藝的應用

作者：鄧  文   四川啟明星鋁業有限責任公司

摘要：本文從應用的角度介紹了西門子稱重給料機在四川啟明星鋁業有限責任公司石油焦煅燒工藝中的應用，介紹了西門子稱重給料機的工作原理、組成和技術特點。

關鍵詞：稱重給料機 PID控制 積算儀 石油焦煅燒 配料　直接承重式秤架

四川啟明星鋁業有限責任公司成立于2001年12月，公司總部設在成都，電解鋁廠位于三蘇故里眉山市，有著良好的交通條件和發展環境。公司于2003年9月29日建成投產并形成12.5萬噸電解鋁及19萬噸陽極產能。

在我廠的碳素生產工藝流程中，常用配料秤對兩種或多種物料進行配料控制，配料秤的系統精度、控制的可靠性及長期穩定性影響甚至決定著產量和質量。

一、背景

為了解決這個問題，我們參考學習了大量與皮帶秤相關的技術文獻。西門子公司采用模塊設計、直接承重式秤架結構的稱重給料機（也稱配料秤）的介紹資料^[1]吸引了我們的注意。經過多方調研比較以后，我們決定采用西門子稱重給料機來解決在煅燒車間的稱重給料機問題。

二、解決方案

    在和西門子的技術人員接觸后，我們提出了的工藝技術要求和現場的工藝條件, SIEMENS推薦使用了WF12系列的稱重給料機配BW500的控制儀表和SIEMENS弗蘭德減速機，并對現有的給料裝置提出了改進方案建議。西門子WF1200系列稱重給料機是用于測量大顆粒組分的高負荷重型稱重給料機，它使用MSI單托輥皮帶秤及其專利設計，在皮帶負荷發生變化時，即可時時獲取讀數，而不影響其高精度和控制性能。

2.1 系統的工作原理和組成

2.1.1 工作原理

稱重給料機將經過皮帶上的物料，通過稱重秤架下的稱重傳感器進行檢測重量，以確定皮帶上的物料重量；裝在尾部滾筒或旋轉設備上的數字式測速傳感器，連續測量給料速度，該速度傳感器的脈沖輸出正比于皮帶速度；速度信號與重量信號一起送入皮帶給料機控制器，產生并顯示累計量/瞬時流量。給料控制器將該流量與設定流量進行比較,由控制器輸出信號控制變頻器調速，實現定量給料的要求（如圖3）。

可由上位PC機設定各種相關參數，并與PLC實現系統的自動控制。它可以采用兩種運行方式：自動方式和半自動/手動方式。

Ø         自動方式

Ø         半自動方式/手動方式

由人工在控制器上設定配方的配比，手動啟動控制器，BW500控制器控制變頻器和稱重式給料機加料。

2.1.2 系統的組成

稱重給料機的核心部分是皮帶秤（如圖5）。皮帶秤的主要組成由秤架、積算儀和速度傳感器組成；而稱重給料機系統的結構特點和精度主要由皮帶秤的設計結構決定。

2.2 技術特點

    西門子稱重給料機在皮帶秤的秤架結構、積算儀以及稱重給料機的整體設計上都具有它的特點。WF12系列給料機使用的是MSI直接承重式秤架結構和BW500積算儀，這種秤秤架結構簡化了稱重給料機的稱重結構, 降低稱重系統的無效載荷, 提供合適的量程和靈敏度, 對于小流量稱重有獨特的優勢。

2.2.1 秤架結構特點

西門子皮帶秤秤架部分的設計是很具有特色的，與一般常用的杠桿式秤架設計不同，它采用了被稱為“三無”的直接承重式秤架結構，即：無杠桿、無支點、無平衡重（如圖6），也就是沒有稱重承載器。這種設計帶來的好處是顯而易見的：

Ø          維護方便

在秤架上沒有杠桿支點，沒有可動部件，也不存在諸如支點磨損等問題。杠桿式秤架秤體大，水平面方向的表面積大，大面積積灰需經常清掃，否則會引起零點變化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面積更小，積灰量很小，積灰引起零點變化也小，可無需經常清掃。

Ø         

直承式秤架結構保證了物料的重量通過稱量托輥組直接加在稱重傳感器上，皮重、料重一起稱，所以秤架結構非常簡單，重量也非常輕。

Ø          秤架具有模塊化特點，通用性好

秤架結構不僅簡單，對不同寬度皮帶來說零部件的通用性也比較好，除了靜態梁、動態梁的寬度相應變化外，其余部分幾乎是一樣的。同時，模塊化設計結構大大減少了維修和更換備件的工作量和成本。

Ø          秤架精確度高

由于采用的是高精確度的三梁平行四邊形稱重傳感器，其重復性是0.01%，非線性和滯后均為0.02%。這樣的高精確度對于稱重給料機的名義精確度0.5%來說不僅足夠，而且還有余地。因為采用直接承重式結構，也相應減少了因這些部件帶來的測量精確度損失和在物料輸送過程中機械震動給稱量系統帶來的干擾。

2.2.2 BW500積算儀特點

本系統采用西門子BW500作為給料控制的核心儀表（如圖7）。

BW500是為皮帶秤和稱重給料機設計的功能強大的積算儀，真正的雙PID功能可用于稱重給料機的流量控制，可控制恒定載荷或給料量。

Ø   具有專利技術的雙稱重傳感器（最多四個傳感器）平衡功能，能排除不均勻側向負荷的影響，不需傳感器匹配機械平衡；

Ø   具有在線標定、批量處理、濕度補償、傾斜補償等功能；

Ø  

Ø   有效地解決傳感器的特性匹配問題, 相比于外接電位器, 可以顯著提高系統的長期穩定性。

2.2.3 稱重給料機的其他特點

    除了秤架結構和積算儀外，WF1200系列稱重給料機在其他部件上也結合了現場工藝的特點，做了有針對性的有效的設計。

稱重給料機系統的電控設備，每臺稱配一個就地控制箱，控制箱可自動及機旁手動控制，給料機控制采用變頻調速，可實現在集控室進行給料機遠方起、停和調速操作，接受4—20mA控制信號，在現場設手動/自動轉換及急停等裝置。稱重給料機可提供皮帶跑偏信號，脈沖累計信號、4—20mA電流信號，開關量輸出信號。

系統還采用了西門子弗蘭德減速機和Micromaster 440變頻器，大大提高了系統的控制精度和穩定性。

三、使用效果

2007年九月下旬我廠完成了對煅燒車間生產線的技術改造，在煅前安裝了西門子WF1224-87型敞開式稱重給料機和BW500稱重積算儀，并立即投入使用（如圖8）。

采用了西門子的WF1200系列稱重給料機以后, 使用的效果基本上達到我們的預期要求：

n         較好解決了下料不暢以及卡料和給料失控的問題;

n        

n         給料機的電機功率減小。

經四個多月的連續運行，該設備完全達到了預期要求，實現在2-10噸范圍內穩定給料，計量精度優于0.5%，生產、管理人員非常滿意。由于煅前給料穩定、精確，保證了產品質量，也使煅燒爐的溫度穩定，從而保證余熱發點鍋爐的正常工作；給料機連續無故障運行，減少了維護投入，工作人員省力、省心、放心；綜合經濟效益明顯提高。

參考文獻：
1、方原柏．電子皮帶秤．北京：冶金工業出版社．2007；8

2、姜學雷．皮帶秤在鋁廠碳素系統中的應用．有色冶金節能．2006；2（1）：P36~38

3、俞梅柏，徐富德．全懸浮式電子皮帶秤．全國第二屆測力與稱重技術學術討論會論文集，1993

４、柴振民．影響電子皮帶秤計量準確度的原因分析．工業計量，2006；增刊(2)：P59~61

５、郭春偉．配料系統電子皮帶秤計量誤差的分析及改造．有色礦冶．2006.4；(2):P53,54,56