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失重称将产生巨大的经济效益和社会效益

信息来源:上为科技 | 发布日期:2020-07-31 08:40 | 浏览量:

  第 25 卷第 1 期 2003 年 3 月 甘 肃 冶 金 GANSU METALLURGY Vol. 25 No. 1 Mar. , 2003 螺旋电子秤在粉状物料计量 和配料系统中的应用 洪艳霞 ( 西北矿冶研究院科研开发部, 甘肃 白银 730900) 摘 要: 阐述了涉及粉状物料配料及生产 的企业在恶劣环境 下自动化 系统的实现, 并以 具体实例 说 明该系统的功能效益特点, 推荐使用螺旋 秤作为粉状物料的 计量装置, 以克服 粉状物料 所具有的 不 良特性。 关键词: 螺旋电子秤; 粉状物料; 配料; 自动控制 1 前言 在生产过程或工艺流程中, 对各种配料称重、 定量称重及现场技术的要求愈来愈高。现代 的称重计量仪器, 不仅要给出重量或质量, 也要作为过程检测系统中的一个单元而具有测量、 计算、 控制、 检验及通讯等功能, 它们已成为工艺技术、 储运技术、 预包装技术、 收发货业务及商 业销售行业中必不可少的组成部分, 推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。 事实上, 称重计量仪器已由单纯的贸易用途拓展为生产过程控制的重要部件, 起到了消除 人为误差、 缩短运行时间、 改善操作条件、 降低能源和材料消耗, 以及提高产品质量的作用。称 重计量技术的应用领域, 已经遍及冶金、 交通、 铁道、 煤炭、 机械、 电力、 建材、 化工、 轻工等行业。 目前, 我国电子秤发展很快, 生产电子衡器的企业已有几百家, 品种涉及上百种, 但是同发 达国家相比, 尚存在一定差距。突出表现在数量上电子衡器所占比例少, 其次是品种少、 功能 不全, 远不能适应经济建设和科技进步的需要, 特别是专用配料秤, 技术水平落后, 产品的稳定 性差、 可靠性低、 维修率高。 2 粉料计量概况 在粉体过程计量中, 粉体流量的测定是重要的项目。粉体过程所要求的粉体流量主要 是以重量为单位。因此, 称量单位时间内通过的粉体重量, 并以此作为粉体流量是恰当的, 这 种方法精度也高。 流量测量的主要方法就是称量法, 以往称量采用的测量方式主要是皮带秤和料斗秤。皮 带秤应用比较广泛, 它对于物料的状态要求不高, 既可用于粉状物料的计量, 也可用于块状物 料的计量, 计量精度也较高, 可用于物料的连续计量。但也存在如皮带跑偏、 老化松驰等缺点, 对安装位置有一些特殊要求, 用于粉状物料的称量对周围环境影响很大, 容易造成扬尘和环境 污染。料斗秤是一种非连续累计式自动衡器, 它将一批物料分成不连续的载荷序列并确定该 收稿日期: 2002 08 作者简介: 洪艳霞( 1965 ) , 女, 大学本科, 机械高级工程师, 1987 年毕业于东北大学。 40 甘 肃 冶 金 第 25 卷 序列中每个载荷的质量, 然后将这些质量累加得到物料总质量的一种称量装置。料斗秤是理 想的散装物料自动称量设, 其称重准确度比连续累计式自动衡器高, 特别适用于散粮和其他 食品原料的贸易计量, 冶金行业也用于炉子的加料, 缺点是不能连续给料, 不能用于配料系统。 涉及粉料配料及生产的企业, 往往是生产环境比较恶劣, 充斥着粉尘, 甚至酸雾( 如 HF、 磷 肥等的生产) , 装水平较低, 大多属人工操作, 恶劣的环境对工人的身体健康有不同程度的损 害。对类似企业实施自动化改造, 提高其装水平及管理水平, 改善工人劳动条件和劳动强 度、 减少对环境的污染、 节能降耗, 将产生巨大的经济效益和社会效益。 由于粉尘乃至酸雾的恶劣环境、 粉料配料装置的局限性、 设在类似环境长期工作的可靠 性可维护性以及尚需兼顾改造的经济性与实用性, 粉料配料自动化的实现殊非易事。 3 氟化盐制酸车间配料系统的改造 氟化铝、 冰晶石等氟化盐产品是炼铝工业的主要辅助原料, 在氟化盐生产中, 氢氟酸是 主要的合成原料。制酸过程中, 萤石和硫酸准确稳定的配比是保证产品质量、 减轻排渣处理的 负荷量、 降低成本的重要保障。 萤石从大料仓经给料螺旋调整料量, 通过螺旋秤检测流量, 由密封螺旋推进立式搅拌槽 内, 硫酸由高位槽下来经安装在管路中的电磁流量计检测流量, 电动调节阀控制流量, 也进入 立式搅拌槽与萤石充分混合后送入回转窑反应, 获得氟化氢气体并排渣。 在对该制酸车间的配料系统进行改造中, 由于该车间生产环境充斥着粉尘及酸雾, 针对 这种特定的环境及兼顾改造的经济性和实用性, 控制方案的选取主要考虑如下因素: ( 1) 能在恶劣的环境长期可靠地工作; ( 2) 有良好的可操作性、 可维护性; ( 3) 改造费用经济而实用, 满足当今工对管理控制一体化的要求; ( 4) 现场计量及执行机构稳定可靠, 密封性好, 易于维护; ( 5) 便于与企业局域网联网接口, 实现全生产过程自动化及管理。 系统由工业控制计算机、 OPTO22 RTUMUX 单元、 Windows98、 AIMAX 控制软件、 系统供配电 及现场检测、 控制等几部分组成。 计算机构成控制和管理的中心, 能在一般工业环境运行, 现场一次信号经过转换、 放大成 为标准的 4~ 20 mA 信号送给 OPTO22 RTUMUX 控制机, 经模架板送主机数据采集、 标度变换、 滤波处理后与给定值送 PID 功能块运算后, 分别送出两路调节值, 经 D/ A 转换输出, 一路调节 给料螺旋的变频器转速以控制萤石给料量, 一路调节电动调节阀的开度用来控制硫酸的流量, 以达到按配比准确给料的目的。 为了满足现场条件、 计量精度、 工人操作方便以及今后发展需求, 在设选型时, 参考了许 多资料, 经过多方比较以期选出配置。 3. 1 主机和控制机 计算机通过 RS485 串行通讯接口与 4 个 OPTO22 RTUMUX 智能控制器及模架板联接。每 台炉子由 1 块数字智能板( B1) 、 模架板 ( PB16H) 、 模拟量智能板( B2) 、 模架板( PB16AH) 构成, 并分配一个独立的地址, 每块模架板可组合 1~ 16 路数字量 I/ O 或 A/ D 模块, 通过串行通讯线 个 RTUMUX, 并具有较长的通讯距离和抗干扰性能。该系统既可方便 地组成小规模的控制, 又可用于中等规模的集散型或分布控制系统, 故本系统硬件具有组成灵 活、 简便、 适应性比较强、 抗干扰性能好、 模块化结构、 便于开发维护、 性能价格比好等优点。 第 1期 洪艳霞: 螺旋电子秤在粉状物料计量和配料系统中的应用 41 3. 2 软件配置 本系统选用 AIMAX 组态式软件, 它是针对 WINDOWS 9X 式 NT 平台作过程控制而开发的 软件, 是一种世界应用量第二的过程检测、 控制和信息管理的组态软件。能完成如下任务: 连 续和离散的实时控制和过程处理, 分布式控制网络, 实时数据采集, 对独立控制器进行监督及 直接数字控制, AIMAX 是一种适应性较好, 功能强大的过程控制软件包, 为开发人员提供了一 个综合直观环境。它采用先进的图块设计软件技术及驱动图形接口, 完成控制策略的设计后 再转换为实时运行方式下可执行的命令。 3. 3 硫酸的控制 硫酸的控制选用德国 PS 系列电动调节阀, 特点是: 一体化结构, 位置变送器和伺服放大器 装入执行机构内部直接接受 4~ 20 mA 控制信号, 输出 4~ 20 mA 阀位反馈信号, 具有自诊断功 能, 使用调校方便; 采用柔性盘簧与阀门连接, 关断可靠、 防泄漏; 结构简单、 体积小, 便于安装 维护。 3. 4 萤石的计量选用螺旋秤 萤石粉是典型的粉状物料, 粉状物料有十分麻烦的特有现象, 如结桥、 穿洞、 流态化等, 加 之萤石产地、 粒度、 杂物、 水分等因素的影响, 使物料性质变化很大, 以至于粉状物料的控制一 直是较难解决的课题。计量秤经过多次研究和试验, 决定采用微机螺旋秤, 该螺旋秤 1990 年 获国家专利, 它与皮带秤、 冲击式流量计、 冲板流量计、 核子秤等计量设相比, 具有体积小、 结 构简单、 易于维护、 能适用于酸雾及粉体等极恶劣的工作环境、 精度高、 抗干扰性强、 长期运行 稳定可靠等特点。 螺旋电子秤是以旋转螺旋作为物料的推进输送工具, 同时进行动态累计称重的一种自动 秤, 它的工作方式可分称重型螺旋电子秤和配料型螺旋电子秤两类。 螺旋电子秤由悬臂式螺旋和流量检测环节组成, 它是将悬臂式电子皮带秤的称重技术和 螺旋输送机结合起来的新型电子秤。螺旋秤结构见图 1, 其相当于支点在 N 处的悬臂结构, L 为有效称量段。 设某一瞬 间有效称 量段 L 上的 物料为 W, 则传感器输出电压为 V, W 与 V 成 正比, 令 L 段上单位长度料重为 W, 则: q( t) = W/ L 设转速为 R( t) , 则螺旋瞬间输出量为: Q= W( t ) = q( t) 按此式积分有: W= C ! q( t) R( t) dt 即为所求之重量。其中, C 为比例常数、 q 即为瞬时流量。 该微机螺旋秤同时具有手动、 自动两种校零方式。粉体的重量通过螺旋秤上的传感器得 出。传感器出来的信号为 mV, 经前置放大、 电压电流转换器转换为 4~ 20 mA 的电流信号, 输 入计算机, 对应数字量 0~ 4095 经标度变换即得瞬时量, 计算机对萤石和硫酸进行控制、 调节, 以期达到配比。 设计过程中考虑到该秤的计量精度和密封要求, 在加工能满足的情况下, 对螺旋秤的结构 采取了一系列措施来提高螺旋秤的计量精度和加强密封性, 传感器选用美国 Sensortronics 图1 螺旋枰结构示意图 R( t ) 42 甘 肃 冶 金 第 25 卷 的 60001S 型拉压传感器, 该传感器密封好、 精度高、 抗过载能力强。螺旋秤的改进 于 1998 年 8 月完成现场安装调试并投入运行, 至今效果很好。2000 年应氟化盐的要求, 又为制酸车间 二系统进行改造。为增加系统运行的可靠性, 在螺旋秤的设计上进行了一些改进, 以便于运输 和安装。并为螺旋秤配了专用的二次表, 增加了单回路控制器, 以保证系统的安全运行。 4 螺旋秤的推广应用 本微机配料系统可广泛用于许多连续、 多路、 多品种物料配料生产工艺中, 尤其适用于如 腐蚀、 粉尘、 高温等作业环境恶劣下的粉状物料的配料, 对磷肥生产中磷肥粉、 硫酸和水的配 料、 冶金炉的配料、 硫酸等沸腾焙烧的加料、 粉煤锅炉的加煤、 码头和仓库粮食饲料的计量等皆 可由本系统提供准确的配料和控制手段。达到了提高生产工艺的控制水平、 计量精度, 为高 产、 优质低耗创造先决条件, 改善了劳动条件, 有显著的经济效益。 螺旋秤经过 10 年的研究、 设计、 应用, 积累了丰富的经验, 产品已经很成熟, 目前的关键是 推广使用。其重点应放在以下几方面: ( 1) 化工行业: 化工行业多是一些老企业, 技术设落后, 工作环境恶劣, 尤其是一些小企 业, 以往靠得就是人工便宜。现在市场竞争激烈, 国家又强调环保, 再不进行技术改造就难以 在市场立足。国内外许多先进的控制计量设, 价格高且不能适应强酸、 高粉尘环境。该微机 螺旋配料系统特别适应恶劣环境、 可以减少污染、 降低工人的劳动强度, 而且根据不同的需要, 可单独买螺旋秤或买整套系统。所以在化工企业有很大的推广价值。 ( 2) 医药行业: 医药行业的片剂多是一些粉末的合成物, 开发微量螺旋秤, 对生产药品进 行配比控制, 应该有很好的发展前途和市场。 ( 3) 冶金行业: 冶金行业炉子的加料也存在一个配比问题, 由于物料多是块状, 现在多用 的是料斗秤, 料斗秤由于不能连续给料而影响反应效果。如果在螺旋秤前加上粉碎装置, 既可 以解决块状物料的问题, 也可以解决连续给料问题, 使物料在炉子中充分反应、 燃烧, 从而提高 冶金行业的效益。 5 结论 电子螺旋枰系统设计合理, 符合当前的控制发展趋势。计算机软、 硬件的选用可靠、 先进, 具有良好的可扩充性。应用软件的开发也是成功的, 系统抗扰动性能好, 超调量小, 显示画面 及内容直观丰富, 功能实用完善, 操作简便, 维护简单。投入使用后, 提高了操作自动化程度, 减少了人为因素影响, 改善管理水平, 节能降耗, 提高产品合格率, 减轻了工人劳动强度, 取得 了显著的经济效益和社会效益。氢氟酸单台炉每班产量由原来的 18 m3 上升为 24 m 3 , 产品质 量由原先的 70% 合格率上升到 90% , 每吨氢氟酸的消耗指数由 6. 0 降至 5. 8, 渣中有效物质含 量达到标准。作业工人劳动强度明显下降, 系统配料精度优于 2% , 满足生产工艺要求。每年 可节约大量资金。 总之, 如果抓住机遇, 不断完善微机螺旋配料系统, 不断开拓市场, 该设应该有很好的发 展前景和应用空间。
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