一、出現的問題

　　國外某6000t/d水泥生產線于2017年8月投入生產，由國內某運營公司生產運營并通過計量產量按噸支付費用。該線原料和熟料是由皮帶秤計量，在投產前兩個月計量精度勉強能達到±0.5％，但隨著使用時間和產量的累積，誤差逐步疊加，最大時達到了2％，并引起了業(yè)主和承包方的糾紛。

　　為此業(yè)主提出對原料和熟料計量的4臺皮帶秤(見表1)進行改造，并提出以下要求：(1)免維護的情況下可長期穩(wěn)定計量精度誤差≤±0.2％；(2)系統具有溫度補償、狀態(tài)跟蹤補償和線性修正等功能；(3)具有數據通信功能，對皮帶秤故障先兆發(fā)出預警，并對故障設備進行數據分析，可自動或人工給出處理意見，三個月內不改變標定系數。

　　表1 需要改造的皮帶秤

　　技術 | 傳統托輥皮帶秤升級改造方案與使用效果

　　二、傳統皮帶托輥秤特點與缺陷分析

　　(1)皮帶對計量精度的影響大。皮帶秤結構特征是物料在上方，秤體在下方，皮帶在中間，皮帶秤稱重的對象是物料重量+皮帶重量，皮帶直接影響稱重結果，每條皮帶各有特征，大不相同。傳統皮帶秤經調整后一開始精度能夠達到0.5％，甚至可以達到0.25％，但是用一周至二周后誤差可能達到1％，一個月后可能會達到1％~2％。因此要保持其精度必須頻繁地調整和維護，傳統皮帶秤通常用于不重要的地方計量，只能作為內部參考數據。

　　(2)皮帶機是剛性的但皮帶是柔軟的，由于托輥形成的u型槽形皮帶是半剛性體，半剛性體在不同的托輥高度和物料壓力下會產生波浪形的凸凹，波浪形的皮帶落點會隨著波形變化而影響稱重(見圖1)。

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　　圖1 皮帶的變形

　　皮帶張力對計量精度帶來的誤差難以消除，減小誤差的方法有：提高皮帶秤體的剛度，使荷重時變形減小，但會使秤體很笨重；稱重托輥制造精度要高(徑向跳動≤0.2mm)，使用中不得粘料；精心安裝，要求在整個稱量段(2～6m)各組稱重托輥高度差≤0.5mm，定期調校，消除因為變形和粘料造成的變化。

　　(3)不同的溫度下，皮帶的軟硬度有明顯的變化，導致波形長度有變化，溫度變化導致的皮帶變化并不是確定的，和流量大小、皮帶新舊程度、軟硬度及溫度特性有關系，即一條皮帶的溫度特性是隨著皮帶使用時間變化的。

　　三、改造中重點技術升級

　　(1)選用優(yōu)質的傳感器

　　稱重傳感器在整個溫度范圍內的零點、靈敏系數、蠕變、滯后等均列入補償內容。稱重傳感器溫度曲線輸入計算機，根據現場溫度傳感器所測環(huán)境溫度進行補償修正。經補償修正的稱重傳感器可在各種環(huán)境溫度下保持稱重的準確性。稱重傳感器使用前全部經過帶載荷、寬范圍溫度試驗。

　　(2)皮帶測速方式的改變

　　設置并采用上置式測速傳感器，直接測量稱量段處的皮帶運行速度，非接觸式皮帶整圈測定裝置，高精度地測定皮帶運行速度，實時校準輪式測速傳感器。

　　(3)有效克服皮帶效應

　　設置了多組稱重單元即單點懸浮式稱重單元，以一只稱重傳感器為單點支承，采用特殊的秤體結構安裝兩組稱重托輥，組成一個獨立的稱重單元(詳見圖2)。將N個(N=2～10)稱重單元采用連續(xù)安裝的方式，組成一個稱重組合。一個多組稱重組合一般情況下≥8組，而且要求是水平段或平直的切斜段，但總長度一般不少于30m。

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　　圖2 實拍稱重單元

　　采用多組稱重組合，相鄰稱重單元的皮帶張力影響通過軟件處理可以相互抵消，成為一種“內力”。其對內部單元稱重的影響為零，影響僅作用于整個皮帶秤的出、入口單元。

　　通過各單元檢測重量的變化分布，可以推導出皮帶軟硬度的變化方向與波形長短，從而做出修正。通過溫度實驗室各種溫度下的實物試驗，可以找到皮帶軟硬變化的特征，并建立其力學與數學模型。

　　(4)利用終端處理器消除張力補償

　　相同載荷和相同的皮帶張力作用下，各稱重單元因安裝位置不同導致皮帶張力影響不同，其獲得重量相應產生差異。物料通過整個皮帶秤后，各單元獲得的重量值差異與皮帶張力影響有近似函數關系，可用于修正出、入口單元張力影響補償。經補償后的出、入口單元張力影響量可下降60％~80％。物料通過稱重單元時，稱重單元將重量信號轉換為電信號并傳遞給現場信號采集單元?，F場信號采集單元將模擬信號發(fā)送給終端處理器。經過終端處理器內軟件運算后，得到物料的重量(見圖3)。

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　　圖3 工作原理示意

　　四、改造后使用效果

　　改造后現場見圖4。

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　　圖4 稱重組合現場實拍(8組稱重單元)

　　升級后計量秤的功能效果較傳統皮帶秤除準確度提高外還提升了以下功能：

　　(1)皮帶張力對稱重的影響基本消除，皮帶秤使用中免維護準確度長期保持0.2％，在間歇給料、皮帶秤流量在額定流量的10％以下、托輥粘料、托輥堵轉、機架振動等非正常情況下仍能保持準確度。使用稱重傳感器全量程溫度補償技術，大大提高耐久性指標。

　　(2)具有數據通信功能，有RS485接口，使用485通訊將儀表信號并入主控室計量平臺系統，可遠程傳輸。

　　(3)“皮帶秤遠程控制系統”實現皮帶秤遠程維護、自動去皮、智能判斷、傳感器異常早期診斷、報警。根據流量特性，相鄰傳感器之間輸出信號有一定的內在關聯，儀表檢測到某個傳感器信號不正常則儀表顯示界面會輸出報警信號，提示維護人員檢查處理。

　　(4)單元輸出信號超差自動切除，并針對因流量不同所產生的誤差進行線性修正。儀表檢測到某個傳感器信號不正常則除了儀表在顯示界面會輸出報警信號，同時內部程序會自動將該故障傳感器信號切除，不參與計量運算。

　　(5)儀表內部數據會記錄皮帶秤運行的時間和運行過程各種報警內容，并可以查詢記錄。

　　(6)當皮帶機運行正常，且處于空帶無料狀態(tài)時可點擊校零界面左下方開始校零。彈出“確定”對話框后點擊“確定”，彈出“執(zhí)行中…”提示框，數秒后儀表進入校零狀態(tài)，此時校零數值隨皮帶狀態(tài)而變化同時提示校零結束時間。校零結束后點擊“菜單選擇”退回主界面。此時可以采取“加鎖”操作，以防止誤操作。操作界面見圖5。

　　(7)速度傳感器直接連在大直徑測速滾筒上，大包角不僅消除了皮帶可能打滑造成的丟轉，而且保證可靠地接觸皮帶，真實反映皮帶的線速度。直流脈沖發(fā)生器不需調整或更換碳刷。利用彈簧壓緊裝置安裝于回程皮帶的上表面，避免皮帶偷跳情況。

　　每臺秤技改費用約25萬元，使用效果得到業(yè)主的認可。計量誤差在可控范圍內，自2017年10月投入使用至今誤差沒有超過±0.2％，沒有再引起業(yè)主與運營方的糾紛。