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西门子称重给料机在电解铝石油焦煅烧工艺的应用

摘要:本文从应用的角度介绍了西门子称重给料机在四川启明星铝业有限责任公司石油焦煅烧工艺中的应用,介绍了西门子称重给料机的工作原理、组成和技术特点。

关键词:称重给料机 PID控制 积算仪 石油焦煅烧 配料 直接承重式秤架

在铝用碳阳极生产工艺流程中,常用配料秤对两种或多种物料进行配料控制,配料秤的系统精度、控制的可靠性及长期稳定性影响甚至决定着产品的产量和质量。

本文介绍用西门子称重给料机解决煅烧车间给料控制问题的经过,以期达到抛砖引玉的目的,与同行交流经验。

一、背景

 四川启明星眉山铝业煅烧车间石油焦煅烧工艺共有三条生产线,为了控制和计量石油焦,每条线煅前都采用称重给料机(配料秤)进行给料控制,给料量一般在2~10T/H范围内,给料速度可调,精度要求优于0.5%, 物料颗粒不均匀(颗粒从粉末到直径80毫米,实际可达150或更大)。由于原有给料机称重PID调节的波动范围过大, 给料不稳定,造成炉温波动,影响了石油焦煅烧生产的产量、质量和能耗,并且给料机经常出现卡料损坏皮带。为控制炉温, 操作人员需不断的调节燃气和风门,难以实现精准控制。

该厂通过反复比较各种称重设备,认为河南天成衡器有限公司推荐的西门子公司模块设计、直接承重式秤架结构的称重给料机(也称配料秤)较适合现场生产工艺条件的要求,选了用西门子称重给料机来解决煅烧车间的称重给料问题的方案。

二、解决方案

西门子公司技术人员根据用户提出的工艺技术要求和考察现场工艺条件后, 推荐使用了WF1200系列的称重给料机配BW500的控制仪表和西门子弗兰德减速机,并对原有的给料装置提出了改进方案建议。西门子WF1200系列称重给料机是用于测量大颗粒组分的高负荷重型称重给料机,它采用了MSI单托辊皮带秤及其相关专利技术,在皮带负荷发生变化时,也可实时获取读数,而不影响其高精度和控制性能。

2.1 系统的工作原理和组成

2.1.1 工作原理

称重给料机将经过皮带上的物料,通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量,以确定皮带上的物料重量;装在尾部滚筒或旋转设备上的数字式测速传感器,连续测量给料速度,该速度传感器的脉冲输出正比于皮带速度;速度信号与重量信号一起送入皮带给料机控制器,产生并显示累计量/瞬时流量。给料控制器将该流量与设定流量进行比较,由控制器输出信号控制变频器调速,实现定量给料的要求(如图1)。

可由上位PC机设定各种相关参数,并与PLC实现系统的自动控制。它可以采用两种运行方式:自动方式和半自动/手动方式。

自动方式


                       图1:称重给料机工作原理示意图

通过在工控机上选择的预先编好的配方,配方确定后启动系统。配料系统根据配方的设定自动控制各配料给料机运行。

Ø         半自动方式/手动方式

由人工在控制器上设定配方的配比,手动启动控制器,BW500积算仪控制变频器和称重式给料机加料。

2.1.2 系统的组成


                                 图2:称重给料机的组成示意图

称重给料机系统主要包括:秤架(包括安装支架)、称重传感器、速度传感器、手动挂码校验装置、防跑偏措施、头部刮板、内清扫、拉紧装置、配料秤的密封罩、支撑架、胶带、托辊、辊筒、结构件(卸料端带有衬板的卸料漏斗、拖料端带拖料漏斗及手动调节门等)、变频调速电机、接线盒及连接电缆(称重传感器之间)、通讯连接设施(称重给料机系统)、数字显示表、标定及调校设施、成套仪表盘等(如图2)。

称重给料机的核心部分是皮带秤(如图3)。皮带秤的主要组成由秤架、积算仪和速度传感器组成;而称重给料机系统的结构特点和精度主要由皮带秤的设计结构决定。


                          图3:皮带秤是称重给料机的核心部分

2.2 技术特点
西门子称重给料机在皮带秤的秤架结构、积算仪以及称重给料机的整体设计上都具有它的特点。WF1200系列给料机使用的是MSI直接承重式秤架结构和BW500积算仪,这种秤秤架结构简化了称重给料机的称重结构, 降低称重系统的无效载荷, 提供合适的量程和灵敏度, 对于小流量称重有独特的优势。

2.2.1 秤架结构特点
西门子皮带秤秤架部分的设计是很具有特色的,与一般常用的杠杆式秤架设计不同,它采用了被称为“三无”的直接承重式秤架结构,即:无杠杆、无支点、无平衡重(如图4),也就是没有称重承载器。这种设计带来的好处是显而易见的:

维护方便
在秤架上没有杠杆支点,没有可动部件,也不存在诸如支点磨损等问题。杠杆式秤架秤体大,水平面方向的表面积大,大面积积灰需经常清扫,否则会引起零点变化,而直接承重式秤架尺寸短小,水平方向的表面积更小,积灰量很小,积灰引起零点变化也小,可无需经常清扫。


                             图4:直接承重式秤架原理示意图

秤架结构简单

直承式秤架结构保证了物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上,皮重、料重一起称,所以秤架结构非常简单,重量也非常轻。

Ø      秤架具有模块化特点,通用性好
秤架结构不仅简单,对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好,除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外,其余部分几乎是一样的。同时,模块化设计结构大大减少了维修和更换备件的工作量和成本。

Ø      秤架精确度高
由于采用的是高精确度专利产品三梁平行四边形称重传感器,能完全避免皮带与托棍间摩擦产生的水平力对皮带秤精度的的影响,,其重复性是0.01%,非线性和滞后均为0.02%。这样的高精确度对于称重给料机的名义精确度0.5%来说不仅足够,而且还有余地。因为采用直接承重式结构,也相应减少了因这些部件带来的测量精确度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。

2.2.2 BW500积算仪特点
本系统采用西门子BW500积算仪作为给料控制的核心仪表(如图5)。
BW500积算仪是为皮带秤和称重给料机设计的功能强大的积算仪,真正的双PID功能可用于称重给料机的流量控制,可控制恒定载荷或给料量。
 具有专利技术的双称重传感器(最多四个传感器)平衡功能,能排除不均匀侧向负荷的影响,不需传感器匹配机械平衡;
 具有在线标定、批量处理、湿度补偿、倾斜补偿等功能;


             图5:安装在控制室的BW500积算仪

双路PID调节功能,可以根据不同的工艺需要设定PID的响应时间和调节范围;

有效地解决传感器的特性匹配问题, 相比于外接电位器, 可以显著提高系统的长期稳定性。

2.2.3 称重给料机的其他特点
除了秤架结构和积算仪外,WF1200系列称重给料机在其他部件上也结合了现场工艺的特点,做了有针对性的有效的设计。
称重给料机系统的电控设备,每台称配一个就地控制箱,控制箱可自动及机旁手动控制,给料机控制采用变频调速,可实现在集控室进行给料机远方起、停和调速操作,接受4—20mA控制信号,在现场设手动/自动转换及急停等装置。称重给料机可提供皮带跑偏信号,脉冲累计信号、4—20mA电流信号,开关量输出信号。
系统还采用了西门子弗兰德减速机和Micromaster 440变频器,大大提高了系统的控制精度和稳定性。

三、使用效果
2007年9月下旬该厂完成了对煅烧车间生产线的技术改造,在煅前安装了西门子WF1224-87型敞开式称重给料机和BW500称重积算仪,并立即投入使用(如图6)。
采用了西门子的WF1200系列称重给料机以后, 使用的效果完全达到用户的预期要求:
较好解决了下料不畅以及卡料和给料失控的问题;


                    图6:安装在煅前工艺的称重给料机

给料稳定, 设定值为8T/H时,仪表显示在8土0.05T/H范围内;

n         给料机的电机功率减小,仅为0.55Kw以下。
经4个多月的连续运行,该设备完全达到了预期要求,实现在2-10吨范围内稳定给料,计量精度优于0.5%,生产、管理人员非常满意。由于煅前给料稳定、精确,也使煅烧炉的温度稳定,保证了产品质量;给料机连续无故障运行,减少了维护投入,工作人员省力、省心、放心;综合经济效益明显提高。

参考文献:
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2、姜学雷.皮带秤在铝厂碳素系统中的应用.有色冶金节能.2006;2(1):P36~38
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4、柴振民.影响电子皮带秤计量准确度的原因分析.工业计量,2006;增刊(2):P59~61
5、郭春伟.配料系统电子皮带秤计量误差的分析及改造.有色矿冶.2006.4;(2):P53,54,56