西門子MMI-2電子皮帶秤在錦豐礦業公司的應用

龐立新，張耀軍，徐 標，謝 康

(貴州錦豐礦業有限公司)

貴州錦豐礦業有限公司(下稱“錦豐礦業公司”)是中國黃金集團有限公司下屬的一家大型黃金生產企業，選礦廠自2007年投產以來，一直使用ICS-14型全懸浮電子皮帶秤進行礦石處理量計量，這臺電子皮帶秤是選礦廠用于企業內部計量礦石處理量的唯一儀表，也是企業處理礦量的重要依據。由于該電子皮帶秤使用年限較長，秤架腐蝕，計量偏差較大，需要經常校準糾偏，所以決定更換一套測量精度高，運行穩定性好的電子皮帶秤。通過對目前使用較廣泛的懸浮式電子皮帶秤、直接承重式電子皮帶秤的比較發現，西門子電子皮帶秤具有適用于在線稱量、精度高、重復性好、堅固可靠、安裝簡便、現場維護成本低等特點，且是目前最先進的電子皮帶秤之一。錦豐礦業公司選用一套西門子MMI-2承重式雙托輥電子皮帶秤(下稱“電子皮帶秤”)，針對其在安裝調試過程中出現的問題，采取合理有效的措施，使電子皮帶秤運行穩定，滿足工藝使用要求。

1 電子皮帶秤組成及工作原理

電子皮帶秤由MSI單托輥架(2臺)、BW500積算儀、WS300測速傳感器3部分組成。其中,每個MSI單托輥架配備2個稱重傳感器[1]，其結構如圖1所示。

圖1 電子皮帶秤結構示意圖

電子皮帶秤采用平行四邊形稱重傳感器，它只承受通過稱重托輥傳送來的垂直力，不受各種側向力(包括皮帶秤及物料在運行方向的水平分力、托輥摩擦力)的影響，并且它對所承受的垂直力可快速反應。當皮帶輸送物料時，稱量段上的物料負載通過稱重托輥作用于稱重傳感器，稱重傳感器檢測到物料的垂直力后，提供正比于負載的電子信號(毫伏級)，并將該信號傳送至積算儀中，經過放大、濾波、A/D轉換等轉換成數字信號。同時安裝在回程皮帶上的測速傳感器，將皮帶運行速度信號轉換成脈沖信號，傳送至積算儀。積算儀將2個信號進行乘積運算(物料流量=物料質量×速度)，從而計算出物料的質量累計值和瞬時值。

2 電子皮帶秤的安裝調試

2.1 安裝位置選擇

電子皮帶秤的安裝條件和位置非常重要，不滿足其條件，很難達到電子皮帶秤的測量精度要求。電子皮帶秤安裝位置影響測量精度的主要因素有：皮帶張力、物料紊動和皮帶曲面。

1)皮帶張力。皮帶張力是一個水平力，對物料重力測量會產生干擾。皮帶張力的變化與皮帶的速度、物料輸送量、皮帶長度、輸送物料的提升高度等因素有關。以上因素數值越大，皮帶張力越大，從而對電子皮帶秤的影響越大。對同一條皮帶來說，越靠近頭部滾筒，皮帶張力越大，而尾部張力則相對較小。因此,電子皮帶秤的安裝位置應選擇張力變化較小的位置。

2)物料紊動。物料離開給料點，在皮帶上堆積，會產生紊動，需經過一段行程才能穩定下來。應在物料穩定后，留有1個托輥間距進一步穩定皮帶，再進行稱量，可以有效降低物料紊動對測量精度的影響。

3)皮帶曲面。有彎曲度的皮帶輸送裝置會使皮帶騰空離開托輥，破壞了皮帶空載狀態下的零點平衡。因此，在有彎曲度存在的位置不適宜安裝電子皮帶秤，否則會降低電子皮帶秤的精確度。為保證電子皮帶秤測量的穩定性與準確性，應選擇在皮帶較為水平的位置安裝秤架[2]。

由于錦豐礦業公司采用的是有坡度的凹面皮帶輸送機，秤架的安裝位置選擇在皮帶較為水平的位置，后端選擇距離曲線切點12 m處，前端選擇距離最近下料口10 m處安裝電子皮帶秤。電子皮帶秤安裝位置如圖2所示。

圖2 電子皮帶秤安裝位置示意圖

2.2 托輥安裝

拆掉皮帶輸送機上原有的2組托輥，在該位置安裝2組電子皮帶秤稱重托輥，為確保安裝精度，稱重托輥前后各安裝2組運行托輥，且規格尺寸一致，并將電子皮帶秤運行托輥和稱重托輥調試至水平。現場托輥布置如圖3所示。

圖3 現場托輥布置

2.3 電子皮帶秤校驗

按國家計量檢定規程要求，電子皮帶秤投入使用前必須經過檢定(標定)才能保證電子皮帶秤的計量準確度。為了保證電子皮帶秤稱量系統的精度，首先需要對零點與量程進行周期性調校，一般采用掛碼校準與鏈碼校準的方法。但是,掛碼校準與鏈碼校準不能充分模擬電子皮帶秤實際工況下的多種潛在誤差源，會在校準過程中產生無法消除的誤差。掛碼校準與鏈碼校準采用的標準值是依據理論計算得出的，而不是量值傳遞的計量值[3]。因此，需要進行實物校準，采用自卸卡車裝礦料過磅秤后從應急加料口加料的方式進行實物驗證。

2.3.1 傳感器配平

電子皮帶秤具有對稱重傳感器進行電子配平的獨特功能，主要目的是排除不均勻側向荷載的影響[4]。由于皮帶跑偏或物料在皮帶上分布不均勻，導致每個稱重托輥上的左右2個傳感器受力不均勻，對稱量結果產生一定的影響。通過在每個傳感器上放置10 kg砝碼，執行傳感器配平后，就可以將這一影響消除。以下3種情況必須進行傳感器配平：①當1個或2個傳感器安裝以后；②當電子皮帶秤重新安裝時；③當積算儀更換時。

2.3.2 傳感器調校

傳感器調校前后數據如表1所示。

表1 傳感器調校前后數據

由表1可知：調校前，未拆除托輥架，托輥1的2個傳感器(A和B)受力偏差較大，可達0.8 mV(要求每個托輥的2個傳感器受力偏差控制在0.2 mV以內)；托輥2的2個傳感器(C和D)受力滿足使用要求。造成A和B受力偏差較大的原因是傳感器安裝或托輥架安裝時未進行調校。調校前，拆除托輥架，托輥1的2個傳感器受力偏差可達0.9 mV，排除了托輥架安裝的影響因素，可能是傳感器安裝導致的偏差。通過調整傳感器緊固螺栓對傳感器進行調校，每個稱重托輥的2個傳感器受力偏差最大為0.2 mV，滿足要求。重新安裝托輥架，每個稱重托輥的2個傳感器受力偏差在0.2 mV以內，滿足要求。托輥1和托輥2的傳感器受力大小，可在標定完成后，通過修正系數予以修正。

2.3.3 零點校驗和量程校驗

零點校驗和量程校驗(鏈碼)數據如表2所示。零點偏差和量程偏差是本次校驗值與上次校驗值相比較得出的結果，正偏差表示本次校驗值大于上次校驗值，負偏差表示本次校驗值小于上次校驗值。經過多次校驗后，偏差控制在±0.05 %以內則校驗通過。

表2 零點校驗和量程校驗數據

由表2校驗數據可知：電子皮帶秤零點校驗3次，第3次零點相對誤差為-0.01 %，結果滿足使用要求；量程校驗4次，量程相對誤差始終為正，而且偏差較大(大于0.05 %，有固定正偏差影響因素存在)，說明稱量重復性很好。

2.3.4 實物驗證

需要皮帶輸送機運行整數圈，以減小皮帶本身對電子皮帶秤精度造成的影響。實物驗證數據如表3所示。

表3 實物驗證數據

由表3可知：電子皮帶秤稱量3次，重復性較好。相對誤差均為負值，說明積算儀顯示值始終小于實際礦石量，而且偏差較大，未達到電子皮帶秤的精度要求。其原因為電子皮帶秤存在影響測量精度的固定因素，這一因素始終使測量值偏小。在實際稱量過程中，礦料通過皮帶及稱重托輥作用于稱重傳感器，由于稱重托輥受非準直度、皮帶張力及皮帶運行阻力等“皮帶效應”的影響[5],加上板式給料機在皮帶上給料分布不均勻，瞬時量波動過大，導致計量誤差。

2.4 安裝調試

2.4.1 改進安裝方案

皮帶輸送機承載時，適度張緊的皮帶應在托輥之間存在約2 %間距的下垂距離[6]。根據實物驗證結果，稱重傳感器檢測到的物料垂直力偏小，皮帶張力導致皮帶騰空，使皮帶和稱重托輥接觸不充分而抵消了部分物料垂直力。通過以上分析，判斷皮帶張力和現場安裝是計量誤差產生的主要原因。因此，為保證皮帶在托輥范圍內的水平度和托輥傾角的一致性[4]，需在原安裝基礎上在運行托輥和稱重托輥下加墊鐵，使其抬高18 mm(如圖4所示)，消除皮帶張力的影響。

圖4 加墊鐵抬高運行托輥和稱重托輥

按照安裝要求，重新調校水平。電子皮帶秤前后各安裝2組運行托輥，下方安裝2組稱重托輥，共6組 托輥，機械尺寸一致。6組托輥水平誤差在±0.8 mm 以內，且中心線和皮帶的中心線在同一水平。6組托輥都需要與皮帶輸送機機架保持垂直，2組稱重托輥不能低于相鄰托輥，拉線校水平示意圖如圖5所示。校平托輥是最重要的安裝過程，校平質量對稱量精度具有決定性影響。

A1、A2—前端運行托輥 S1、S2—稱重托輥 R1、R2—后端運行托輥圖5 拉線校水平示意圖

2.4.2 傳感器配平

重新調校托輥水平后，重新進行傳感器配平，以消除傳感器側向受力的影響。

2.4.3 零點校驗和量程校驗

重新安裝后，零點校驗和量程校驗(鏈碼)數據如表4所示。

表4 零點校驗和量程校驗數據

由表4可知：零點和量程經過3次校驗，零點相對誤差和量程相對誤差在±0.05 %以內,符合要求。

2.4.4 實物驗證

重新安裝后，實物驗證數據如表5所示。

表5 實物驗證數據

由表5可知：雖然實物標定仍存在誤差(偏小)，但偏差穩定性較好，偏差值始終為負，且每次校驗偏差值接近。BW500提供的線性化功能可以彌補稱量系統中的缺陷，最終采用此功能進行系數修正，要求修正系數控制在±10 %以內。修正系數由式(1)計算得出。

(1)

修正后重新進行實物驗證，修正后實物驗證數據如表6所示。

表6 修正后實物驗證數據

由表6可知：修正后的電子皮帶秤精度誤差在±0.25 %以內，達到使用要求。

2.5 電子皮帶秤的日常維護

實際工作中，對系統進行及時地校準、細致周到地維護，是保證電子皮帶秤準確度的必要條件?？砂凑杖缦路绞綄﹄娮悠С舆M行日常維護：

1)定期清理運行托輥、稱重托輥和稱重傳感器之間的物料堆積。定期清理測速滾筒上的物料，保證與皮帶接觸良好，無打滑現象。

2)定期對稱重托輥和測速滾筒軸承進行潤滑。

3)定期對稱量區域托輥的準直性進行檢測調整。

4)每天對電子皮帶秤的零點進行校準，每月用鏈碼對電子皮帶秤進行量程校驗。

5)半年對電子皮帶秤進行一次實物驗證，調整修正系數。

3 結 論

1)為確保安裝精度，稱重托輥前后各2組托輥同時更換成規格尺寸一致的運行托輥，并調試這6組托輥水平。

2)按照電子皮帶秤安裝要求，調校托輥水平。同時，要求測速滾筒中心線與皮帶中心線在同一水平，測速滾筒與皮帶輸送機機架垂直。測速傳感器軸心與測速滾筒軸心同心。

3)為排除不均勻側向荷載的影響，在標定前，首先進行傳感器配平，每進行一次配平，必須重新進行零點校驗和量程校驗。

4)每次零點校驗的結果，均與上次校驗結果進行比較，得出零點偏差，要求偏差在±0.05 %以內。

5)實物驗證的目的是驗證量程校驗的精度，在量程校驗重復性很好的情況下，可以通過修正系數使電子皮帶秤達到更高的精度。