胡彥文，祁維軍，曹文強，楊一仁

(青海云天化國際化肥有限公司，青海 西寧 811600)

0 引 言

青海云天化國際化肥有限公司(簡稱青海云天化)有4套復(fù)合肥裝置，總產(chǎn)能400 kt/a的一期高塔復(fù)合肥裝置+二期高塔復(fù)合肥裝置于2010年投產(chǎn)，200 kt/a轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置(亦稱多功能復(fù)合肥裝置)于2013年投產(chǎn)，30 kt/a水溶肥裝置于2017年投產(chǎn)。青海云天化復(fù)合肥裝置生產(chǎn)中，原料均通過配料秤進(jìn)行添加，原始設(shè)計配料秤型號均為DEL0620T4/650×2000，變頻器ACS/2.2kW，傳感器Z6FDI 50KG C3，稱重控制器ICS-DT-6，配料秤量程3～15 t/h、精度±0.5%，原料添加量是否準(zhǔn)確，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)成本。復(fù)合肥裝置原設(shè)計的配料秤均為動態(tài)配料秤，隨著生產(chǎn)系統(tǒng)自動化水平提高與工藝指標(biāo)的不斷優(yōu)化等，動態(tài)配料秤的精度已無法滿足生產(chǎn)需求。為此，青海云天化對動態(tài)配料秤誤差來源進(jìn)行分析，技改為靜態(tài)配料秤后，收到了較好的效果。以下對有關(guān)情況作一介紹。

1 動態(tài)配料秤工作原理及誤差來源分析

1.1 動態(tài)配料秤結(jié)構(gòu)及工作原理

動態(tài)配料秤稱重段的稱重傳感器和速度傳感器將物料的重力轉(zhuǎn)換成電信號，傳送至稱重控制器進(jìn)行信號處理和運算，得到物料的瞬時流量和累計量。生產(chǎn)人員可根據(jù)產(chǎn)品配方在稱重控制器上進(jìn)行物料添加量的設(shè)定，稱重控制器據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)變頻器頻率及皮帶轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)物料添加量的目的。

動態(tài)配料秤正常運行狀態(tài)下，皮帶上的物料近似均勻，但實際上有薄有厚，皮帶機的帶速根據(jù)設(shè)定而變化，理論上稱重傳感器測量的皮帶單位長度載荷重量與測速傳感器測量的皮帶傾斜角度等有關(guān)系數(shù)均為瞬時值，因此，一段時間內(nèi)的物料累計量用積分值來表示。

1.2 動態(tài)配料秤誤差來源分析

1.2.1 稱重傳感器的測量(力)誤差

理想狀態(tài)下，稱重傳感器測到的重量只有稱重托輥、稱量段皮帶以及皮帶上物料的重量。但實際生產(chǎn)中皮帶是轉(zhuǎn)動的，會有“膠帶效應(yīng)”，皮帶的張力也會作用于稱重傳感器，而此張力不是恒定的——隨著托輥上物料的黏粘、皮帶速度快慢、皮帶是否跑偏等，此張力一直在變化，測量誤差也會變化，而且隨著粘料的逐漸增多，誤差也逐漸增大。稱重傳感器的控制特點：每臺秤單獨運行，所有操作在稱重控制器操作面板上完成，操作頻率高，易損壞，數(shù)據(jù)記錄需人工在紙上完成。

1.2.2 測速傳感器的測速誤差

速度傳感器通過測量減速機齒輪的轉(zhuǎn)速間接算出皮帶速度，當(dāng)托輥、頭尾傳動滾筒粘料時，滾筒軌跡會從正圓變?yōu)闄E圓，嚴(yán)重時皮帶還會出現(xiàn)跑偏，此時測速誤差會增大；另外，皮帶過松、物料吸潮后皮帶打滑也會造成測速誤差增大。

1.2.3 機械誤差

頭尾輪、托輥粘料，皮帶跑偏、刮蹭，托輥軸承卡澀，均會導(dǎo)致“膠帶效應(yīng)”加劇，測力誤差和測速誤差隨之增大，且機械誤差隨設(shè)備運行時間的延長會越來越明顯。

1.2.4 校驗誤差

動態(tài)配料秤原設(shè)計為掛碼校驗，運行后期，隨著測力誤差、測速誤差、機械誤差的增大，掛碼校驗誤差會超過10%，因此一般采用實物校驗來減少校驗誤差，但由于物料要經(jīng)過預(yù)先稱重計量后再加入料倉，每次校驗時倉中余料清理須徹底，過程中參與人員多、環(huán)節(jié)多，出現(xiàn)人為誤差幾率高，校驗誤差也會增大。

2018年12月28日水溶肥裝置動態(tài)配料秤實物校驗記錄見表1?？梢钥吹?，由于誤差來源多，稱重計量很不穩(wěn)定。另外，運行過程中由于皮帶跑偏、料倉中料位變化，每批次皮帶的啟停均會引起皮帶張力發(fā)生變化，出現(xiàn)無法避免的系統(tǒng)性誤差。實際生產(chǎn)中，復(fù)合肥裝置動態(tài)配料秤計量誤差普遍在2%～5%，產(chǎn)品養(yǎng)分很難控制，有時甚至出現(xiàn)不合格產(chǎn)品，且動態(tài)配料秤每周均需清理檢修、每次交接班(四班兩倒)均需進(jìn)行實物校驗，維護(hù)工作量大、校驗頻次高?？傊@種動態(tài)配料秤已無法滿足生產(chǎn)所需。

2 優(yōu)化技改措施

復(fù)合肥裝置配料秤稱量的準(zhǔn)確性對產(chǎn)品養(yǎng)分達(dá)標(biāo)和保證產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。從動態(tài)配料秤的結(jié)構(gòu)原理、誤差來源、日常維護(hù)等方面進(jìn)行分析，要提高配料秤的精度，減小測量誤差，就要避免“膠帶效應(yīng)”、測力誤差、測速誤差、機械誤差等，青海云天化經(jīng)調(diào)研及探究，決定對復(fù)合肥裝置配料秤進(jìn)行優(yōu)化改造，并重新選型，實現(xiàn)靜態(tài)稱重、連續(xù)給料、集中控制等功能。靜態(tài)稱重容易實現(xiàn)，而連續(xù)給料的實現(xiàn)需使用PLC系統(tǒng)、變頻器、電腦等自動化設(shè)備以及程序軟件，通過設(shè)計、編程形成配料系統(tǒng)。青海云天化經(jīng)過對靜態(tài)配料秤(其計量精度在±0.5%以內(nèi))的考察和研究，確定高塔復(fù)合肥裝置、轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置改用雙帶式靜態(tài)配料秤，水溶肥裝置改用減重式配料秤，具體情況如下。

2.1 高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤

高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤，其給料皮帶和稱重皮帶通過1臺變頻器一拖二調(diào)節(jié)速度，控制給料皮帶和稱重皮帶同速、同停、同啟。稱重皮帶采用4只傳感器全懸浮稱重(類似于磅秤)，每皮帶秤物料稱重時，給料皮帶和稱重皮帶同時暫停1～2 s，完成1次稱重，通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行累計、計算和控制。由于是靜態(tài)稱重，稱重精度得以大幅提升——可控制在±0.5%以內(nèi)。雙帶式配料秤的特點：除稱重傳感器為毫伏信號外，其他設(shè)備的信號均由485通訊完成，減少了信號誤差，且其結(jié)構(gòu)和線路比較簡單；杜絕了“膠帶效應(yīng)”帶來的誤差；稱重時因稱重皮帶暫停1～2 s，占用系統(tǒng)時間，其量程在50 t/h以內(nèi)。2022年3月26日一期高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤校驗記錄見表2?？梢钥吹?，雙帶式配料秤稱重測量精度很高、誤差很小。

表2 一期高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤校驗記錄

2017年7月、2017年12月一期、二期高塔復(fù)合肥裝置先后改用雙帶式配料秤技改實施后，配料系統(tǒng)運行穩(wěn)定，雙帶式配料秤每月檢修1次(主要是傳感器清灰、檢查校驗、減速機加油、托輥清理等常規(guī)項目)，檢修工作量很少，遇生產(chǎn)配方調(diào)整時，只需進(jìn)行去皮重操作，用砝碼檢查其稱重計量數(shù)據(jù)是否正常。

2.2 轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤

轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤與高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤的組成結(jié)構(gòu)稍有不同，使用雙變頻器，分別控制稱重皮帶機和給料皮帶機，而且配有稱重料倉，上位機采用觸摸屏；配料秤啟停、手動/自動切換由操作臺上按鈕完成，屬批次配料；皮帶停止靜態(tài)瞬間稱重計量，通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行累計、計算和控制；配料速度50～60次/h，單次、單臺配料(稱量)范圍50～700 kg，量程在3～35 t/h以內(nèi)，裝置最高負(fù)荷時單秤稱重量12 t/h左右。2022年3月3日轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤校驗記錄見表3。可以看到，轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤比高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤的校驗誤差稍大，這是因為轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置配料秤自身秤架比較重，選用的傳感器(SUNCELLS SB-2T型)量程為2 t，量程的20%～80%范圍內(nèi)定量精度在±0.5%以內(nèi)，而高塔復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤使用的傳感器(STC-200kg型)量程為200 kg。

表3 轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置雙帶式配料秤校驗記錄

2016年12月轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置改用雙帶式配料秤技改實施后，配料系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未有因配料秤方面的問題而出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。

2.3 水溶肥裝置減重式配料秤

水溶肥裝置減重式配料秤，其稱重倉(C20241-1)、螺旋給料機(PL20311-1)、下料切斷閥(XV-20321-3)由緊固件安裝在一體，使用3臺傳感器(SLB415-2.2/2200kg)懸浮式支撐；稱重控制器通過傳感器的信號計算稱重料倉中物料的累計量，并用通訊信號在上位機實時顯示，操作工據(jù)水溶肥配方在上位機設(shè)定加料值，PLC系統(tǒng)據(jù)設(shè)定值控制啟動變頻器和螺旋給料機并打開下料閥加料，下料量達(dá)到預(yù)設(shè)值時，關(guān)閉下料閥、停變頻器，完成配料；料倉中剩余料以及加料情況，可根據(jù)稱重控制器的狀態(tài)信號判斷；配料速度20～30次/h，單次、單臺配料(稱量)范圍30～1 000 kg，量程為3～30 t/h，裝置最高負(fù)荷時單秤稱重量6 t/h左右。2021年3月23日水溶肥裝置減重式配料秤校驗記錄見表4。可以看到，減重式配料秤稱量準(zhǔn)確性較高。

表4 水溶肥裝置減重式配料秤校驗記錄

2020年10月水溶肥裝置改用減重式配料秤技改實施后，配料系統(tǒng)運行很穩(wěn)定，每月檢修校驗1次，平時無維護(hù)事項。

3 靜態(tài)配料秤維護(hù)情況

2021年青海云天化轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置、一期高塔復(fù)合肥裝置、二期高塔復(fù)合肥裝置、水溶肥裝置靜態(tài)配料秤缺陷工單數(shù)分別為7、1、3、1；2022年1—6月轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置、一期高塔復(fù)合肥裝置、二期高塔復(fù)合肥裝置、水溶肥裝置靜態(tài)配料秤缺陷工單數(shù)分別為5、1、2、1?？梢钥吹剑D(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置配料秤的故障率較其他3套裝置高，這與轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置靜態(tài)配料秤的設(shè)計結(jié)構(gòu)等有關(guān)：第一，其配料秤技改及投用最早，設(shè)計理念沒有其他3套復(fù)合肥裝置配料秤先進(jìn)，且其控制室在原料庫，每次檢修發(fā)現(xiàn)元器件附著的粉塵很多，吸潮腐蝕、損壞次數(shù)多；第二，啟動、停止、自動切換等功能均使用按鈕開關(guān)完成，操作頻次高，工作環(huán)境粉塵多，易損壞；第三，去皮重、清零操作通過稱重控制器的操作按鈕完成，常出現(xiàn)誤操作、參數(shù)被修改等問題。鑒于轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置配料秤存在的這些問題，在其他3套復(fù)合肥裝置配料秤技改時進(jìn)行了優(yōu)化，高塔復(fù)合肥裝置和水溶肥裝置配料秤的所有操作在主控室的上位機電腦上完成，減少了故障源，并增加了生產(chǎn)數(shù)據(jù)趨勢記錄、重要設(shè)備聲光報警以及故障記錄與生產(chǎn)報表自動生成等輔助功能。

4 配料秤選型及發(fā)展方向

實踐表明，配料秤選型首選靜態(tài)配料秤，具體選擇時還需考慮物料性質(zhì)與裝置產(chǎn)能等：物料組成種類繁多、結(jié)塊多、單次配料量大，宜選擇帶稱重緩沖倉的，如轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置配套的雙帶式配料秤；物料組成單一、配料少，可選用無稱重料倉、裙邊皮帶式的，投資省、性價比高，如高塔復(fù)合肥裝置配套的雙帶式配料秤；物料干凈、易氧化、衛(wèi)生級別要求高，可選用減重式配料秤，如水溶肥裝置配套的減重式配料秤。

目前國內(nèi)靜態(tài)配料秤使用的傳感器多為模擬量傳感器，存在電纜易損壞、中間連接復(fù)雜、故障不易判斷、環(huán)境和人為影響因素?zé)o法預(yù)測等問題。因此，在新項目設(shè)計和配料秤選型中，要向智能化的方向探索，例如，傳感器和稱重儀表選用數(shù)字式智能型，采用數(shù)字信號通訊傳輸，提高智能化水平；配料系統(tǒng)具有傳感器運行數(shù)據(jù)檢測和故障預(yù)判能力，利于高效、準(zhǔn)確維護(hù)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過多年的探索與研究，青海云天化復(fù)合肥裝置改用靜態(tài)配料秤后，其測量精度能保證在±0.5%以內(nèi)，結(jié)合PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動配料。在國內(nèi)復(fù)合肥行業(yè)中，青海云天化復(fù)合肥裝置靜態(tài)配料秤的設(shè)計和配置比較先進(jìn)，運行比較穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期改造目標(biāo)；目前主要的不足之處是使用過程中出現(xiàn)故障時只能被動地采取處理措施，無法對稱重儀表進(jìn)行全生命周期監(jiān)控、故障預(yù)判以及計劃性維護(hù)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、數(shù)字技術(shù)等的快速發(fā)展，當(dāng)下數(shù)字式稱重模塊和智能儀表逐漸成為配料秤選型的主流配置，數(shù)字式、智能化已成為配料系統(tǒng)設(shè)計選型的發(fā)展方向。