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這篇技術(shù)文章介紹了現(xiàn)代自動配料系統(tǒng)中靜態(tài)配料模式及動態(tài)配料模式中的電子皮帶秤和核子秤模式，對不同系統(tǒng)模式的原理、優(yōu)缺點進行了對比、分析，指出了在不同配料系統(tǒng)選型中要重點關(guān)注的技術(shù)問題，展望了自動化配料技術(shù)的發(fā)展，為配料模式選型、設(shè)計、改進提出了參考意見。
1 前言
現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)越來越重視配料，提出了“精料方針”，從原料進廠就要求全過程控制。“精料方針”的重要性是顯而易見的，但真要落實卻存在一定的難度。首先，要提高配料系統(tǒng)的自動化水平和配料精度；第二，要從生產(chǎn)管理上下功夫，制定配料計劃；第三，要加強原料及成品化驗，提高化驗的準(zhǔn)確性、抽樣及化驗的頻度等。自動化配料是其中的重要一環(huán)，是配料計劃正確執(zhí)行的根本保證。如果沒有高水平的自動化配料系統(tǒng)，精料方針根本無從談起。
自動化配料有幾種不同模式，包括靜態(tài)計量、電子皮帶秤計量、核子秤計量等，各種模式分別適用于不同的應(yīng)用現(xiàn)場。
2 自動配料模式簡介
2.1 靜態(tài)配料模式 
靜態(tài)配料模式適用于無連續(xù)配料要求的現(xiàn)場，這些現(xiàn)場對配料的時間要求不高，可按批次進行配料，批間允許存在一定的時間間隔，如高爐槽下上料前后兩批時間間隔為3～5min，每批料由多種物料組成，物料所占比率根據(jù)工藝要求在一段時間內(nèi)相對固定，對單批料的組成比例要求并不嚴(yán)格，只要在較多批中物料組成比例能達到工藝要求即可。
靜態(tài)配料模式下，各種物料分別貯放在不同料倉，料倉給料一般采用電振給料、螺旋給料或星形給料等形式。計量一般采用計量倉，并配裝有壓式或拉式重力傳感器進行力電轉(zhuǎn)換，信號經(jīng)二次稱重儀表放大處理后接入PLC或DCS等來完成計量。在一些對時間要求寬的應(yīng)用場合，可以采用一個計量小車進行統(tǒng)一計量，計量小車沿軌道運行，依次定位到各料倉下按比例進行物料配加，各種物料的配加量采用減差法計算。亦有采用單一固定計量倉方式的，各料倉以環(huán)狀分布在一個計量倉周圍，各物料的計量亦采用減差法，物料自溜槽或皮帶輸送機依次按比例配加到計量倉。
分別計量和減差法計量之間各有優(yōu)缺點。分別計量可以根據(jù)每次所加料的重量、體積來設(shè)計合適的計量倉和計量儀表，可以提高計量的準(zhǔn)確性，尤其是對小比例物料，但計量倉與計量設(shè)備成倍增加，成本較高。減差法計量采用一個計量倉或計量小車，計量設(shè)備投資少，同時由于采用同一計量稱重設(shè)備，無論計量誤差如何，但都可以保證物料按比例配加，但對于小比例物料配加難以保證其準(zhǔn)確性。
計量后的物料經(jīng)過集中后，一般形成層狀或段狀分布，經(jīng)輸送設(shè)備（如皮帶或小車）輸送到受料口，進入下一工序，即完成一批料的配加。由于物料計量、輸送、加入等環(huán)節(jié)在時間上可以重疊，在控制流程上可以采用并行方式，以節(jié)省上料時間，提高上料速度。

2.2 動態(tài)配料模式
動態(tài)配料適用于連續(xù)配料要求的現(xiàn)場，如燒結(jié)配料、焦化配料。這些現(xiàn)場對配料的連續(xù)性要求較高，一般不允許出現(xiàn)中間配料停止的情況，對各種物料的配比要求比較嚴(yán)格。動態(tài)配料系統(tǒng)計量一般采用電子皮帶秤或核子秤作為計量設(shè)備，主機都帶有PID調(diào)節(jié)及報警功能，可以實現(xiàn)一個倉的自動控制。對于整個自動配料系統(tǒng)而言，配料秤一般作為計量儀表使用，有些自動控制功能比較強的配料秤可以利用其自控功能，配料秤通過現(xiàn)場總線與控制主機進行聯(lián)系，構(gòu)成一個分散式的體系，配料秤在體系中作為一個子站或從站。

2.2.1 皮帶秤配料系統(tǒng)
電子皮帶秤的計量原理及選型電子皮帶秤利用計量皮帶來運輸物料，當(dāng)物流經(jīng)過稱量段時，由稱量段進行連續(xù)采樣，由傳感器將力電轉(zhuǎn)換為mV級信號，經(jīng)放大器放大為電流信號后進行遠傳，電流信號可以與秤主機連接或直接與計算機系統(tǒng)連接，秤主機或計算機完成零點校驗、標(biāo)定、測試、控制等功能。
稱量段是由一段皮帶、一組稱量托輥、支撐框架及力傳感器組成，結(jié)構(gòu)上有全懸浮式、半懸浮式、杠桿平衡式等多種形式。全懸浮式稱架結(jié)構(gòu)一般采用4只傳感器，半懸浮式一般采用1或2只傳感器，杠桿平衡式一般采用1只傳感器。傳感器有拉式和壓式兩種，根據(jù)稱架結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以選用不同的傳感器。多傳感器設(shè)計時各傳感器可以采用并行和串行兩種連接方式。

對電子皮帶秤而言，其稱架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與傳感器的選擇是整體計量精度的重要影響因素。秤架要具備足夠強度、形變小、重量輕。傳感器要根據(jù)實際的負(fù)荷進行選擇，有時會出現(xiàn)傳感器選擇過大，信號空間過窄，信噪比小，導(dǎo)致計量精度差、波動大等后果。全懸浮式和半懸浮式秤架由于其秤架的重量加在傳感器上，傳感器量程較大，相對靈敏度較差，此時要綜合考慮秤架及物料負(fù)荷的情況選擇傳感器，既要滿足最大物料負(fù)荷的要求，還要盡量提高相對靈敏度，滿足計量精度的要求。

2.2.2 核子秤配料系統(tǒng)
核子秤的原理及選型核子秤是利用物料對核射線的吸收量與物料量相關(guān)的原理設(shè)計的。
核射線自核源發(fā)出成一定角度穿透物料到達電離室，電離室內(nèi)裝有惰性氣體，惰性氣體在核射線的作用下電離，由采集裝置采集到電離的強度信號，經(jīng)前置放大后進行遠傳（一般為脈沖信號，脈沖的頻率與被射線照射的物料的量成線性相關(guān)），測速傳感器采集物料的移動速度，放大后遠傳。核子秤主機對現(xiàn)場傳來的信號進行放大處理后根據(jù)模型計算出實際的物料流量。
核子秤選型時要重要考慮核源強度、電離室、前置放大器等設(shè)備。核源的強度要符合國家衛(wèi)生防疫的有關(guān)規(guī)定，并滿足計量的要求。電離室和前置放大器要具備足夠的靈敏度和較小的漂移量。選擇不當(dāng)可造成因漂移量與靈敏度過小而計量精度差，不能滿足計量的要求。

2.2.3 比較
電子皮帶秤與核子秤的比較電子皮帶秤直接測量物料的重量信號并轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，物料的比重、形狀、粒度等對計量準(zhǔn)確性影響不大，計量精度高，一般為0.3％，但秤架的維護量大，對環(huán)境要求較高。核子秤通過間接方式測得質(zhì)量流量，由于其測量原理的限制，物料的比重、形狀、粒度等對計量準(zhǔn)確性影響較大，計量精度也不高，一般為1%，但秤架維護量不大，適合于各種惡劣環(huán)境。核子秤由于具有核輻射，不能用在人員較多的場合，也不能應(yīng)用于食品計量上。

2.2.4
動態(tài)配料系統(tǒng)的設(shè)計要點計量稱重儀表可以選用電子皮帶秤或核子秤，可選用測速裝置，如果秤具備自動控制及通訊功能，可以考慮分布式配料系統(tǒng)，否則只可將秤作為一臺計量儀表，控制功能由計算機來完成。計算機系統(tǒng)要具備完善的通訊功能、高精度的輸入與輸出模塊、低故障率、易維護，軟件設(shè)計要充分考慮工藝的要求，具有一定的靈活性，并提供故障診斷功能，以協(xié)助檢修人員進行檢修維護。

3 配料系統(tǒng)的發(fā)展
隨著研究的不斷深入及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，配料控制系統(tǒng)也在不斷更新發(fā)展，主要包括以下方面：

(1)高精度：新型傳感器、更科學(xué)的秤架結(jié)構(gòu)、高精度AD轉(zhuǎn)換模塊的采用，系統(tǒng)的設(shè)計理念有效提高了系統(tǒng)的整體計量精度；
(2)高可靠性：電路的高集成度與簡約化大大降低了系統(tǒng)的故障率，減少了維護量，故障時間縮短；
(3)智能化：系統(tǒng)設(shè)計上采用了更多的新思想、新技術(shù)，系統(tǒng)的功能進一步完善，與管理信息系統(tǒng)、化驗系統(tǒng)進行信息共享，可以為管理提供多種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自動對配料比例、數(shù)量等進行優(yōu)化，達到智能化配料。
(4)分布式：智能型的稱重配料單元被廣泛采用，現(xiàn)場單元的計量與控制功能逐步完善，形成分布式的結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)的可靠性有了較大提高，計算機也從繁重的計量與控制工作中解脫出來，將重點放在了數(shù)據(jù)處理與配料優(yōu)化方面。

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