一、出现的问题
国外某6000t/d水泥生产线于2017年8月投入生产，由国内某运营公司生产运营并通过计量产量按吨支付费用。该线原料和熟料是由皮带秤计量，在投产前两个月计量精度勉强能达到±0.5％，但随着使用时间和产量的累积，误差逐步叠加，最大时达到了2％，并引起了业主和承包方的纠纷。
为此业主提出对原料和熟料计量的4台皮带秤(见表1)进行改造，并提出以下要求：(1)免维护的情况下可长期稳定计量精度误差≤±0.2％；(2)系统具有温度补偿、状态跟踪补偿和线性修正等功能；(3)具有数据通信功能，对皮带秤故障先兆发出预警，并对故障设备进行数据分析，可自动或人工给出处理意见，三个月内不改变标定系数。
表1 需要改造的皮带秤
二、传统皮带托辊秤特点与缺陷分析
(1)皮带对计量精度的影响大。皮带秤结构特征是物料在上方，秤体在下方，皮带在中间，皮带秤称重的对象是物料重量+皮带重量，皮带直接影响称重结果，每条皮带各有特征，大不相同。传统皮带秤经调整后一开始精度能够达到0.5％，甚至可以达到0.25％，但是用一周至二周后误差可能达到1％，一个月后可能会达到1％~2％。因此要保持其精度必须频繁地调整和维护，传统皮带秤通常用于不重要的地方计量，只能作为内部参考数据。
(2)皮带机是刚性的但皮带是柔软的，由于托辊形成的u型槽形皮带是半刚性体，半刚性体在不同的托辊高度和物料压力下会产生波浪形的凸凹，波浪形的皮带落点会随着波形变化而影响称重(见图1)。
图1 皮带的变形
皮带张力对计量精度带来的误差难以消除，减小误差的方法有：提高皮带秤体的刚度，使荷重时变形减小，但会使秤体很笨重；称重托辊制造精度要高(径向跳动≤0.2mm)，使用中不得粘料；精心安装，要求在整个称量段(2～6m)各组称重托辊高度差≤0.5mm，定期调校，消除因为变形和粘料造成的变化。
(3)不同的温度下，皮带的软硬度有明显的变化，导致波形长度有变化，温度变化导致的皮带变化并不是确定的，和流量大小、皮带新旧程度、软硬度及温度特性有关系，即一条皮带的温度特性是随着皮带使用时间变化的。
三、改造中重点技术升级
(1)选用优质的传感器
称重传感器在整个温度范围内的零点、灵敏系数、蠕变、滞后等均列入补偿内容。称重传感器温度曲线输入计算机，根据现场温度传感器所测环境温度进行补偿修正。经补偿修正的称重传感器可在各种环境温度下保持称重的准确性。称重传感器使用前全部经过带载荷、宽范围温度试验。
(2)皮带测速方式的改变
设置并采用上置式测速传感器，直接测量称量段处的皮带运行速度，非接触式皮带整圈测定装置，高精度地测定皮带运行速度，实时校准轮式测速传感器。
(3)有效克服皮带效应
设置了多组称重单元即单点悬浮式称重单元，以一只称重传感器为单点支承，采用特殊的秤体结构安装两组称重托辊，组成一个独立的称重单元(详见图2)。将N个(N=2～10)称重单元采用连续安装的方式，组成一个称重组合。一个多组称重组合一般情况下≥8组，而且要求是水平段或平直的切斜段，但总长度一般不少于30m。
图2 实拍称重单元
采用多组称重组合，相邻称重单元的皮带张力影响通过软件处理可以相互抵消，成为一种“内力”。其对内部单元称重的影响为零，影响仅作用于整个皮带秤的出、入口单元。
通过各单元检测重量的变化分布，可以推导出皮带软硬度的变化方向与波形长短，从而做出修正。通过温度实验室各种温度下的实物试验，可以找到皮带软硬变化的特征，并建立其力学与数学模型。
(4)利用终端处理器消除张力补偿
相同载荷和相同的皮带张力作用下，各称重单元因安装位置不同导致皮带张力影响不同，其获得重量相应产生差异。物料通过整个皮带秤后，各单元获得的重量值差异与皮带张力影响有近似函数关系，可用于修正出、入口单元张力影响补偿。经补偿后的出、入口单元张力影响量可下降60％~80％。物料通过称重单元时，称重单元将重量信号转换为电信号并传递给现场信号采集单元。现场信号采集单元将模拟信号发送给终端处理器。经过终端处理器内软件运算后，得到物料的重量(见图3)。
图3 工作原理示意
四、改造后使用效果
改造后现场见图4。
图4 称重组合现场实拍(8组称重单元)
升级后计量秤的功能效果较传统皮带秤除准确度提高外还提升了以下功能：
(1)皮带张力对称重的影响基本消除，皮带秤使用中免维护准确度长期保持0.2％，在间歇给料、皮带秤流量在额定流量的10％以下、托辊粘料、托辊堵转、机架振动等非正常情况下仍能保持准确度。使用称重传感器全量程温度补偿技术，大大提高耐久性指标。
(2)具有数据通信功能，有RS485接口，使用485通讯将仪表信号并入主控室计量平台系统，可远程传输。
(3)“皮带秤远程控制系统”实现皮带秤远程维护、自动去皮、智能判断、传感器异常早期诊断、报警。根据流量特性，相邻传感器之间输出信号有一定的内在关联，仪表检测到某个传感器信号不正常则仪表显示界面会输出报警信号，提示维护人员检查处理。
(4)单元输出信号超差自动切除，并针对因流量不同所产生的误差进行线性修正。仪表检测到某个传感器信号不正常则除了仪表在显示界面会输出报警信号，同时内部程序会自动将该故障传感器信号切除，不参与计量运算。
(5)仪表内部数据会记录皮带秤运行的时间和运行过程各种报警内容，并可以查询记录。
(6)当皮带机运行正常，且处于空带无料状态时可点击校零界面左下方开始校零。弹出“确定”对话框后点击“确定”，弹出“执行中…”提示框，数秒后仪表进入校零状态，此时校零数值随皮带状态而变化同时提示校零结束时间。校零结束后点击“菜单选择”退回主界面。此时可以采取“加锁”操作，以防止误操作。操作界面见图5。
(7)速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，大包角不仅消除了皮带可能打滑造成的丢转，而且保证可靠地接触皮带，真实反映皮带的线速度。直流脉冲发生器不需调整或更换碳刷。利用弹簧压紧装置安装于回程皮带的上表面，避免皮带偷跳情况。
每台秤技改费用约25万元，使用效果得到业主的认可。计量误差在可控范围内，自2017年10月投入使用至今误差没有超过±0.2％，没有再引起业主与运营方的纠纷。
作者：王夫华
来源：《枣庄鑫金山智能机械股份有限公司》
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来源：水泥备件网
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