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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(yīng)用，其配料方式也多種多樣，從配料時(shí)物料的輸送形式來(lái)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(duì)應(yīng)的計(jì)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(duì)應(yīng)的計(jì)量設(shè)備多為沖板流量計(jì)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(jiǎn)介對(duì)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(cāng)下來(lái)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(jí)配料方式， 即第一級(jí)為鏈板取料機(jī)，第二級(jí)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(cāng)下來(lái)后，首先落至鏈板取料機(jī)上， 取料機(jī)只負(fù)責(zé)輸送物料，不具備稱(chēng)量、測(cè)速或控制等功能，待物料通過(guò)取料機(jī)后，再落至皮帶式配料秤上，由皮帶秤負(fù)責(zé)物料的計(jì)量和控制，包括稱(chēng)量段物料的重量測(cè)量，皮帶速度測(cè)量和變頻器電機(jī)控制(包括皮帶配料秤電機(jī)和鏈板取料機(jī)電機(jī))。

這樣的設(shè)計(jì)方式主要考慮到以下兩個(gè)方面，

首先，物料不是直接從料倉(cāng)落至皮帶式配料秤上， 而是由取料機(jī)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(guò)取料機(jī)內(nèi)部的刮板進(jìn)行調(diào)節(jié)，下料量可以通過(guò)取料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了物料料位波動(dòng)對(duì)稱(chēng)量的影響。因此這樣的計(jì)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。

圖 2 與圖 1 相比，可以明顯看出少了一層中間過(guò)渡環(huán)節(jié)，石灰石直接由料倉(cāng)下料至鏈板式配料秤，鏈板式配料秤同時(shí)肩負(fù)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(chǎng)式安裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(jí)配料， 為安裝鏈板取料機(jī)，需要多設(shè)計(jì)增加一個(gè)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(fèi)用；若使用鏈板式配料秤則無(wú)需該筆費(fèi)用。

維護(hù)環(huán)節(jié)：

鏈板式配料秤中鏈板采用鱗式安裝，因此整體強(qiáng)度高于托輥，不會(huì)存在物料堆積區(qū)鏈板形變的問(wèn)題，免去了定期更換托輥的麻煩； 鏈板的剛性和強(qiáng)度遠(yuǎn)高于皮帶，不會(huì)出現(xiàn)皮帶由于耐磨性不高而破損的問(wèn)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(huì)出現(xiàn)皮帶式配料秤中皮帶跑偏的類(lèi)似問(wèn)題，免去了頻繁調(diào)節(jié)跑偏的麻煩。

采購(gòu)價(jià)格：由于成本的原因，鏈板式配料秤的單機(jī)價(jià)格會(huì)高于皮帶式配料秤，但考慮到可以省去鏈板取料機(jī)的采購(gòu)費(fèi)用，因此比較起來(lái)價(jià)格應(yīng)不會(huì)相差太多，如果綜合考慮上述建造和維護(hù)環(huán)節(jié)的費(fèi)用支出，無(wú)疑鏈板式配料秤是有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的。

標(biāo)定精度：這也是用戶普遍關(guān)心的問(wèn)題，所涉及的環(huán)節(jié)也比較多，對(duì)鏈板式配料秤而言，如果機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，鏈板在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠運(yùn)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(chǎng)實(shí)物標(biāo)定的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，初次實(shí)物標(biāo)定精度可以達(dá)到 0.5%（如表 1 所示），長(zhǎng)期測(cè)試可以維持在 1%左右。

對(duì)皮帶式配料秤而言，在相同的配置和環(huán)境下，初次實(shí)物標(biāo)定精度可以達(dá)到 0.25%，長(zhǎng)期測(cè)試值得注意的是，如果流量設(shè)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(chǎn)條件下重新進(jìn)行標(biāo)定校驗(yàn)。

四、影響配料秤運(yùn)行精度及穩(wěn)定性的幾方面因素

通常對(duì)于配料秤的考核指標(biāo)有兩個(gè)，即精度和穩(wěn)定性。

精度，即通常意義中對(duì)配料秤進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定得出的誤差范圍；穩(wěn)定性則依賴(lài)于時(shí)間的檢驗(yàn)， 包括秤的無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間、不同時(shí)間間隔內(nèi)秤的重復(fù)標(biāo)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(shí)流量的計(jì)算公式為：

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

對(duì)于測(cè)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(dá)到 250pulse/re。

對(duì)于稱(chēng)重傳感器，其誕生以來(lái)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

當(dāng)傳感器受力時(shí)，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(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(diǎn)是當(dāng)溫度變化影響電阻特性時(shí)，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(huì)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(bǔ)償功能，但由于應(yīng)變片本身的離散性及粘貼情況的細(xì)微差異，還是會(huì)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(wú)法展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，雖然可以通過(guò)提高加工工藝、在處理器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算補(bǔ)償?shù)确椒ㄌ岣咂渚?，但只能弱化卻無(wú)法消除影響。

當(dāng)鏈板式配料秤用于輸送石灰石等顆粒不均的物料時(shí)，其單位載荷的瞬時(shí)波動(dòng)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(huì)帶來(lái)比較大的計(jì)量誤差，使得稱(chēng)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(dāng)數(shù)字式傳感器受到外力作用時(shí)，設(shè)置在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的振弦產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與數(shù)字式傳感器所受的壓力成線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量振弦的瞬時(shí)振動(dòng)頻率，便可以計(jì)算出數(shù)字式傳感器所受的即時(shí)壓力，并由安裝在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最后經(jīng)過(guò)處理器處理的信號(hào)通過(guò) RS485 協(xié)議與控制器進(jìn)行通訊，在控制器上可以方便地進(jìn)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。

由于數(shù)字式傳感器內(nèi)部受力元件和測(cè)量元件并沒(méi)有物理上的接觸，因此其稱(chēng)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(shù)參數(shù)， 從中可以看出其分辨率高達(dá)百萬(wàn)分之一

（在實(shí)驗(yàn)室條件下可以精確地測(cè)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(shí)，優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目前應(yīng)用較多的是 PID 控制系統(tǒng)，對(duì)于配料秤來(lái)說(shuō)，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 0~20S，D 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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)；

被調(diào)量波動(dòng)曲線，即瞬時(shí)流量；

PID 整定輸出。

下面以現(xiàn)場(chǎng)收集到的鏈板式配料秤的 PI 控制圖（如圖 10 所示） 為例進(jìn)行說(shuō)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(shí)流量） 相似，由于本例中為負(fù)反饋?zhàn)饔?，因此兩者的方向是相反的?/font>