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一、前言
配料秤在諸多行業(yè)（如水泥、冶金、石化、食品、礦山等）中有著廣泛的應(yīng)用，其配料方式也多種多樣，從配料時(shí)物料的輸送形式來看，可分為水平輸送和垂直喂料兩種形式。前者主要靠    皮帶或鏈板輸送物料，對(duì)應(yīng)的計(jì)量設(shè)備多為皮帶秤或鏈板秤，在水泥廠中主要應(yīng)用在原料配料站和水泥配料站；后者則以物料沖擊或旋轉(zhuǎn)下料的方式，對(duì)應(yīng)的計(jì)量設(shè)備多為沖板流量計(jì)或轉(zhuǎn)子秤，在水泥廠中主要應(yīng)用于窯尾喂料。本文主要介紹的是鏈板式配料秤在水泥原料配料中的應(yīng)用。
二、皮帶/鏈板式配料秤配料工藝流程簡(jiǎn)介對(duì)皮帶配料秤而言，像石灰石等密度較大、顆粒不均的物料，如果物料從料倉下來直接落在皮帶上，一方面容易造成皮帶打滑，且極易磨損皮帶；另一方面皮帶上物料堆積區(qū)下方的托輥也容易變形。所以水泥廠一般采用兩級(jí)配料方式，即第一級(jí)為鏈板取料機(jī)，第二級(jí)為皮帶式配料秤。
以石灰石配料為例，皮帶式配料秤工藝流程圖如圖1所示。

物料從料倉下來后，首先落至鏈板取料機(jī)上，取料機(jī)只負(fù)責(zé)輸送物料，不具備稱量、測(cè)速或控制等功能，待物料通過取料機(jī)后，再落至皮帶式配料秤上，由皮帶秤負(fù)責(zé)物料的計(jì)量和控制，包括稱量段物料的重量測(cè)量，皮帶速度測(cè)量和變頻器電機(jī)控制(包括皮帶配料秤電機(jī)和鏈板取料機(jī)電機(jī))。
這樣的設(shè)計(jì)方式主要考慮到以下兩個(gè)方面，首先，物料不是直接從料倉落至皮帶式配料秤上，而是由取料機(jī)落至皮帶式配料秤上，避免了皮帶打滑及物料堆積區(qū)下方托輥的形變。其次，物料的料位可以通過取料機(jī)內(nèi)部的刮板進(jìn)行調(diào)節(jié)，下料量可以通過取料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了物料料位波動(dòng)對(duì)稱量的影響。因此這樣的計(jì)量控制方式在水泥廠得到了普遍的應(yīng)用。
以石灰石配料為例，鏈板式配料秤工藝流程圖如圖2所示。

圖2與圖1相比，可以明顯看出少了一層中間過渡環(huán)節(jié)，石灰石直接由料倉下料至鏈板式配料秤，鏈板式配料秤同時(shí)肩負(fù)取料和配料的功能。
（圖2中可以看出控制儀表和變頻器為現(xiàn)場(chǎng)式安裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)或用戶需要也可以改為電氣柜安裝的形式。）
三、皮帶/鏈板式配料秤綜合比較
水泥廠的原料主要由石灰石、鐵粉、砂巖、粘土和高嶺土等相關(guān)配料組合而成，其中鐵粉、砂巖等由于配比較少且物料顆粒小，一般使用皮帶式配料秤，石灰石等原料由于配比較大且物料顆粒不均，易磨損皮帶，一般使用鏈板式配料秤。
下面是兩者在各個(gè)主要環(huán)節(jié)的表現(xiàn)及比較，供讀者參考。
建造環(huán)節(jié)：皮帶式配料秤由于需要兩級(jí)配料，為安裝鏈板取料機(jī)，需要多設(shè)計(jì)增加一個(gè)樓層，或者如果安置在皮帶式配料秤上方，則皮帶式配料秤所在的樓層至少需要6~8米的高度空間，在施工環(huán)節(jié)這是一筆不菲的費(fèi)用；若使用鏈板式配料秤則無需該筆費(fèi)用。
維護(hù)環(huán)節(jié)：鏈板式配料秤中鏈板采用鱗式安裝，因此整體強(qiáng)度高于托輥，不會(huì)存在物料堆積區(qū)鏈板形變的問題，免去了定期更換托輥的麻煩；鏈板的剛性和強(qiáng)度遠(yuǎn)高于皮帶，不會(huì)出現(xiàn)皮帶由于耐磨性不高而破損的問題，免去了定期更換皮帶的麻煩；鏈板的中間固定在鏈輪上，兩端的滾輪卡在軌道上，軌道的間距是固定的，因此不會(huì)出現(xiàn)皮帶式配料秤中皮帶跑偏的類似問題，免去了頻繁調(diào)節(jié)跑偏的麻煩。
采購價(jià)格：由于成本的原因，鏈板式配料秤的單機(jī)價(jià)格會(huì)高于皮帶式配料秤，但考慮到可以省去鏈板取料機(jī)的采購費(fèi)用，因此比較起來價(jià)格應(yīng)不會(huì)相差太多，如果綜合考慮上述建造和維護(hù)環(huán)節(jié)的費(fèi)用支出，無疑鏈板式配料秤是有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的。
標(biāo)定精度：這也是用戶普遍關(guān)心的問題，所涉及的環(huán)節(jié)也比較多，對(duì)鏈板式配料秤而言，如果機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，鏈板在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，皮重和料位保持穩(wěn)定，再配以高分辨率的傳感器和匹配的控制器，以筆者在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物標(biāo)定的經(jīng)驗(yàn)來看，初次實(shí)物標(biāo)定精度可以達(dá)到0.5%（如表1所示），長(zhǎng)期測(cè)試可以維持在1%左右。

對(duì)皮帶式配料秤而言，在相同的配置和環(huán)境下，初次實(shí)物標(biāo)定精度可以達(dá)到0.25%，長(zhǎng)期測(cè)試可以維持在0.5%左右。
值得注意的是，如果流量設(shè)定值大幅改變，如該物料的配比發(fā)生較大變化，或者更換物料品種，則配料秤需在新的生產(chǎn)條件下重新進(jìn)行標(biāo)定校驗(yàn)。
四、影響配料秤運(yùn)行精度及穩(wěn)定性的幾方面因素
通常對(duì)于配料秤的考核指標(biāo)有兩個(gè)，即精度和穩(wěn)定性。
精度，即通常意義中對(duì)配料秤進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定得出的誤差范圍；穩(wěn)定性則依賴于時(shí)間的檢驗(yàn)，包括秤的無故障運(yùn)行時(shí)間、不同時(shí)間間隔內(nèi)秤的重復(fù)標(biāo)定誤差變化范圍、秤體易磨件的使用壽命、抗干擾能力等。
下面從內(nèi)外兩方面入手，找出相關(guān)因素，分析影響的原因和途徑，供讀者參考。
（1）首先是配料設(shè)備內(nèi)部本體的影響因素，眾所周知，物料瞬時(shí)流量的計(jì)算公式為：
t/h（流量）=kg/m（秤橋單位載荷）×m/s（物料運(yùn)行速度）
可以看出，影響計(jì)算精度的主要元件是稱重傳感器和測(cè)速傳感器。
對(duì)于測(cè)速傳感器，其大多采用脈沖式原理，其精度取決于單位圈數(shù)內(nèi)所能發(fā)出的脈沖數(shù)量，目前較高的可以達(dá)到250pulse/re。
對(duì)于稱重傳感器，其誕生以來大概經(jīng)歷了力平衡式、位移式、電阻應(yīng)變片式及數(shù)字式。目前應(yīng)用最為廣泛的就是電阻應(yīng)變片式，主要利用惠斯通電橋的原理，如圖3所示。

當(dāng)傳感器受力時(shí)，R1和R4受拉伸力，R2和R3受壓縮力，電壓輸入為E0，輸出為Ei，靈敏度E0/Ei=Gf×Ef/4(其中Gf為應(yīng)變片系數(shù)，Ef為電橋上產(chǎn)生的總應(yīng)變輸出)。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)溫度變化影響電阻特性時(shí)，由于兩邊增加或減少相同的變化量，因此電橋的總輸出不會(huì)發(fā)生變化。
雖然惠斯通電橋?qū)ο噜彉虮蹜?yīng)變片的輸出具有補(bǔ)償功能，但由于應(yīng)變片本身的離散性及粘貼情況的細(xì)微差異，還是會(huì)導(dǎo)致電橋的平衡因溫度的影響而遭到破壞，再加上非線性、滯后性、蠕變性等眾多因素，導(dǎo)致電阻應(yīng)變片式模擬傳感器在水泥廠等惡劣高溫的環(huán)境中無法展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，雖然可以通過提高加工工藝、在處理器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算補(bǔ)償?shù)确椒ㄌ岣咂渚龋荒苋趸瘏s無法消除影響。
當(dāng)鏈板式配料秤用于輸送石灰石等顆粒不均的物料時(shí)，其單位載荷的瞬時(shí)波動(dòng)較大，若采用模擬式傳感器，由于其本身不可克服的滯后性，會(huì)帶來比較大的計(jì)量誤差，使得稱量系統(tǒng)變得不可信，因此使用數(shù)字式傳感器比較合適。
例如SFT數(shù)字式傳感器，它采用振弦式原理，當(dāng)數(shù)字式傳感器受到外力作用時(shí)，設(shè)置在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的振弦產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與數(shù)字式傳感器所受的壓力成線性關(guān)系，通過測(cè)量振弦的瞬時(shí)振動(dòng)頻率，便可以計(jì)算出數(shù)字式傳感器所受的即時(shí)壓力，并由安裝在數(shù)字式傳感器內(nèi)部的溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最后經(jīng)過處理器處理的信號(hào)通過RS485協(xié)議與控制器進(jìn)行通訊，在控制器上可以方便地進(jìn)行重量查詢和數(shù)字式傳感器地址設(shè)定等工作，其工作原理如圖4所示。

由于數(shù)字式傳感器內(nèi)部受力元件和測(cè)量元件并沒有物理上的接觸，因此其稱量精度得到了明顯的提升，圖5是SFT數(shù)字式傳感器的部分技術(shù)參數(shù)，從中可以看出其分辨率高達(dá)百萬分之一（在實(shí)驗(yàn)室條件下可以精確地測(cè)出一張名片的重量），滯后性低于0.02%，重復(fù)性誤差小于0.001%，溫度漂移低于0.002%。

關(guān)于數(shù)字式傳感器的安裝方式，可以采取對(duì)稱式安裝，即在秤體的左右兩側(cè)各安裝一只數(shù)字式傳感器（如圖6所示），由于數(shù)字式傳感器的信號(hào)可以通過處理器尋址進(jìn)行通道處理，無需像模擬式傳感器那樣進(jìn)行信號(hào)疊加，因此在現(xiàn)場(chǎng)做機(jī)械調(diào)整時(shí)，無需對(duì)兩端的數(shù)字式傳感器做嚴(yán)格的水平度調(diào)整，既適合惡劣的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，又方便生產(chǎn)維護(hù)操作。

對(duì)于數(shù)字式傳感器在秤體的具體安裝位置，可以將其直接裝在秤橋（圖7中由三組黑色模塊組成）下方，所稱即所得，杠桿系數(shù)為1，如圖7所示。因此數(shù)字式傳感器的數(shù)字信號(hào)傳送至處理器后，無需經(jīng)過杠桿比運(yùn)算，簡(jiǎn)化了信號(hào)處理流程，減小了稱量系統(tǒng)的滯后誤差。

（2）從配料秤的外部工作環(huán)境角度分析，可以發(fā)現(xiàn)來自外部的干擾是影響計(jì)量的主要因素。
例如EMI電磁干擾、鄰近設(shè)備振動(dòng)干擾、物年料波動(dòng)干擾等，其中EMI干擾可以通過屏蔽、接第地等途徑解決，鄰近環(huán)境或設(shè)備干擾可以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮加以避免，以筆者在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來看，物料卷的波動(dòng)時(shí)考慮加以避免，以筆者在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來看，物料卷的波動(dòng).
如果料流不穩(wěn)，料位波動(dòng)較大，控制器為了跟蹤設(shè)定值，必然頻繁發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷變化，如此導(dǎo)致重量和速度都在不斷波動(dòng)，根據(jù)上面的公式，所計(jì)算出的流量誤差相對(duì)較大。
解決的途徑有兩種，一種是從根源入手，減緩物料的波動(dòng)，從上游料倉開始，根據(jù)料位計(jì)或倉重儀表，控制倉位穩(wěn)定在一定的刻度，如設(shè)定為滿量程的1/2或2/3；其次是防止堵料的情況發(fā)生，有時(shí)倉內(nèi)明明有料，但由于物料潮濕或被雜物堵住下料口，控制器監(jiān)測(cè)不到物料，為跟蹤設(shè)定值，只能驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，如此反復(fù)循環(huán)，不但導(dǎo)致計(jì)量不精確，還會(huì)使電機(jī)頻繁動(dòng)作，減少使用壽命。
另外需要根據(jù)物料的流動(dòng)性，選擇合適的下料口截面積，并通過棒閥或閘閥加以控制，如瑞士哈斯勒鏈板式配料秤，進(jìn)料室的上方有一道棒閥，可以用于手動(dòng)控制初步的下料量，如圖8所示。

需要注意的是棒閥的間隙需要根據(jù)物料的顆粒度進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般棒閥適用于石灰石等塊狀物料，不適用于流動(dòng)性較大的（如鐵粉）物料。
在鏈板式配料秤內(nèi)部，物料到達(dá)秤橋之前還可以設(shè)置一道閘閥，如圖9所示，用于刮平料位，維持物料在運(yùn)輸途中的堆積形狀。

鏈板兩側(cè)的上方分別設(shè)有側(cè)板，一方面防止物料在運(yùn)輸途中溢出或拋灑；另一方面在生產(chǎn)過程中可以在側(cè)板上方加上蓋板，保證了配料時(shí)的密封性，這樣無需在秤體上方安裝袋收塵或管道收塵等收塵裝置，后者在運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)秤的計(jì)量造成一定影響。
這樣可以最大限度地維持到達(dá)秤橋上的物料的穩(wěn)定性，保證了精確的計(jì)量，有利于變頻器對(duì)電機(jī)的控制，通常棒閥和閘閥調(diào)節(jié)的原則是在常用的流量設(shè)定值下，變頻器輸出頻率在50HZ左右，這樣可以保證電機(jī)的使用壽命。
另一種途徑就是從控制系統(tǒng)入手，在物料保持穩(wěn)定的同時(shí)，優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目前應(yīng)用較多的是PID控制系統(tǒng)，對(duì)于配料秤來說，PI調(diào)節(jié)即可滿足生產(chǎn)需要（以瑞士哈斯勒配料秤為例，一般P值選取0~300%，I值選取0~20S，D值一般為0）。
因此在配料秤帶料期間，主要的調(diào)試工作就是進(jìn)行PID參數(shù)整定，一般需要收集以下曲線作為整定的依據(jù)：
A.流量設(shè)定值，作為調(diào)節(jié)的參考標(biāo)準(zhǔn)；
B.被調(diào)量波動(dòng)曲線，即瞬時(shí)流量；
C.PID整定輸出。
下面以現(xiàn)場(chǎng)收集到的鏈板式配料秤的PI控制圖（如圖10所示）為例進(jìn)行說明。

從圖中可以看出，比例作用有如下特征：
a.比例作用波形與被調(diào)量（即瞬時(shí)流量）相似，由于本例中為負(fù)反饋?zhàn)饔?，因此兩者的方向是相反的?br /> b.比例作用波形與被調(diào)量的波動(dòng)周期完全對(duì)應(yīng)，即被調(diào)量的波峰對(duì)應(yīng)比例作用的谷底，被調(diào)量的谷底對(duì)應(yīng)比例作用的波峰。
由于純粹的比例作用無法消除靜態(tài)誤差，因此需要引入積分作用，同樣從圖中可以看出積分作用的特征：
a.積分作用的升降與被調(diào)量的升降無關(guān)，只與被調(diào)量和設(shè)定值之間偏差的正負(fù)有關(guān)，圖中當(dāng)偏差為正時(shí)，積分曲線上升，偏差為負(fù)時(shí)，積分曲線下降。
b.積分作用的大?。辞€的斜率）與被調(diào)量和設(shè)定值之間偏差的大小有關(guān)，偏差越大，積分作用的曲線越陡峭，偏差越小，積分作用的曲線越平緩，因此積分曲線的波峰和波谷對(duì)應(yīng)的偏差最小，基本為零。
另外還需要掌握參數(shù)整定的一些原則，比如在整定比例作用的時(shí)候，先取消積分作用，待比例作用整定好以后，再逐漸增加積分作用，直至消除靜態(tài)誤差；如果比例作用沒有整定好，一味地增加積分作用非但不能減小靜態(tài)誤差，反而會(huì)造成積分干擾；比例作用和積分作用是相對(duì)的，當(dāng)比例作用增加的時(shí)候，積分作用也需要跟著增強(qiáng)，比例作用減小的時(shí)候，積分作用也必須跟著減弱等等。
其實(shí)無論怎么調(diào)節(jié)，物料總是會(huì)有一些小幅波動(dòng)，這樣的波動(dòng)是沒有規(guī)律的，無法干預(yù)的雜波，如果參與這樣的調(diào)節(jié)，有時(shí)反而收到負(fù)面的效果，對(duì)于這樣的情況，可以設(shè)置一定幅度的盲區(qū)，一方面可以過濾掉一些噪聲，另一方面也可以延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元的使用壽命，從辨證的角度來看，即有所為有所不為。如果流量設(shè)定值為200t/h，那么可以設(shè)定±2%為盲區(qū)，即當(dāng)瞬時(shí)流量在196t/h～204t/h之間波動(dòng)時(shí)，PI控制不參與調(diào)節(jié)，只有當(dāng)即時(shí)流量超出了盲區(qū)范圍，才引入PI控制，實(shí)際的盲區(qū)范圍的設(shè)置可現(xiàn)場(chǎng)參考物料的波動(dòng)范圍和配料精度綜合考量。

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