西门子MMI-2电子皮带秤在锦丰矿业公司的应用

庞立新，张耀军，徐 标，谢 康

(贵州锦丰矿业有限公司)

贵州锦丰矿业有限公司(下称“锦丰矿业公司”)是中国黄金集团有限公司下属的一家大型黄金生产企业，选矿厂自2007年投产以来，一直使用ICS-14型全悬浮电子皮带秤进行矿石处理量计量，这台电子皮带秤是选矿厂用于企业内部计量矿石处理量的唯一仪表，也是企业处理矿量的重要依据。由于该电子皮带秤使用年限较长，秤架腐蚀，计量偏差较大，需要经常校准纠偏，所以决定更换一套测量精度高，运行稳定性好的电子皮带秤。通过对目前使用较广泛的悬浮式电子皮带秤、直接承重式电子皮带秤的比较发现，西门子电子皮带秤具有适用于在线称量、精度高、重复性好、坚固可靠、安装简便、现场维护成本低等特点，且是目前最先进的电子皮带秤之一。锦丰矿业公司选用一套西门子MMI-2承重式双托辊电子皮带秤(下称“电子皮带秤”)，针对其在安装调试过程中出现的问题，采取合理有效的措施，使电子皮带秤运行稳定，满足工艺使用要求。

1 电子皮带秤组成及工作原理

电子皮带秤由MSI单托辊架(2台)、BW500积算仪、WS300测速传感器3部分组成。其中,每个MSI单托辊架配备2个称重传感器[1]，其结构如图1所示。

图1 电子皮带秤结构示意图

电子皮带秤采用平行四边形称重传感器，它只承受通过称重托辊传送来的垂直力，不受各种侧向力(包括皮带秤及物料在运行方向的水平分力、托辊摩擦力)的影响，并且它对所承受的垂直力可快速反应。当皮带输送物料时，称量段上的物料负载通过称重托辊作用于称重传感器，称重传感器检测到物料的垂直力后，提供正比于负载的电子信号(毫伏级)，并将该信号传送至积算仪中，经过放大、滤波、A/D转换等转换成数字信号。同时安装在回程皮带上的测速传感器，将皮带运行速度信号转换成脉冲信号，传送至积算仪。积算仪将2个信号进行乘积运算(物料流量=物料质量×速度)，从而计算出物料的质量累计值和瞬时值。

2 电子皮带秤的安装调试

2.1 安装位置选择

电子皮带秤的安装条件和位置非常重要，不满足其条件，很难达到电子皮带秤的测量精度要求。电子皮带秤安装位置影响测量精度的主要因素有：皮带张力、物料紊动和皮带曲面。

1)皮带张力。皮带张力是一个水平力，对物料重力测量会产生干扰。皮带张力的变化与皮带的速度、物料输送量、皮带长度、输送物料的提升高度等因素有关。以上因素数值越大，皮带张力越大，从而对电子皮带秤的影响越大。对同一条皮带来说，越靠近头部滚筒，皮带张力越大，而尾部张力则相对较小。因此,电子皮带秤的安装位置应选择张力变化较小的位置。

2)物料紊动。物料离开给料点，在皮带上堆积，会产生紊动，需经过一段行程才能稳定下来。应在物料稳定后，留有1个托辊间距进一步稳定皮带，再进行称量，可以有效降低物料紊动对测量精度的影响。

3)皮带曲面。有弯曲度的皮带输送装置会使皮带腾空离开托辊，破坏了皮带空载状态下的零点平衡。因此，在有弯曲度存在的位置不适宜安装电子皮带秤，否则会降低电子皮带秤的精确度。为保证电子皮带秤测量的稳定性与准确性，应选择在皮带较为水平的位置安装秤架[2]。

由于锦丰矿业公司采用的是有坡度的凹面皮带输送机，秤架的安装位置选择在皮带较为水平的位置，后端选择距离曲线切点12 m处，前端选择距离最近下料口10 m处安装电子皮带秤。电子皮带秤安装位置如图2所示。

图2 电子皮带秤安装位置示意图

2.2 托辊安装

拆掉皮带输送机上原有的2组托辊，在该位置安装2组电子皮带秤称重托辊，为确保安装精度，称重托辊前后各安装2组运行托辊，且规格尺寸一致，并将电子皮带秤运行托辊和称重托辊调试至水平。现场托辊布置如图3所示。

图3 现场托辊布置

2.3 电子皮带秤校验

按国家计量检定规程要求，电子皮带秤投入使用前必须经过检定(标定)才能保证电子皮带秤的计量准确度。为了保证电子皮带秤称量系统的精度，首先需要对零点与量程进行周期性调校，一般采用挂码校准与链码校准的方法。但是,挂码校准与链码校准不能充分模拟电子皮带秤实际工况下的多种潜在误差源，会在校准过程中产生无法消除的误差。挂码校准与链码校准采用的标准值是依据理论计算得出的，而不是量值传递的计量值[3]。因此，需要进行实物校准，采用自卸卡车装矿料过磅秤后从应急加料口加料的方式进行实物验证。

2.3.1 传感器配平

电子皮带秤具有对称重传感器进行电子配平的独特功能，主要目的是排除不均匀侧向荷载的影响[4]。由于皮带跑偏或物料在皮带上分布不均匀，导致每个称重托辊上的左右2个传感器受力不均匀，对称量结果产生一定的影响。通过在每个传感器上放置10 kg砝码，执行传感器配平后，就可以将这一影响消除。以下3种情况必须进行传感器配平：①当1个或2个传感器安装以后；②当电子皮带秤重新安装时；③当积算仪更换时。

2.3.2 传感器调校

传感器调校前后数据如表1所示。

表1 传感器调校前后数据

由表1可知：调校前，未拆除托辊架，托辊1的2个传感器(A和B)受力偏差较大，可达0.8 mV(要求每个托辊的2个传感器受力偏差控制在0.2 mV以内)；托辊2的2个传感器(C和D)受力满足使用要求。造成A和B受力偏差较大的原因是传感器安装或托辊架安装时未进行调校。调校前，拆除托辊架，托辊1的2个传感器受力偏差可达0.9 mV，排除了托辊架安装的影响因素，可能是传感器安装导致的偏差。通过调整传感器紧固螺栓对传感器进行调校，每个称重托辊的2个传感器受力偏差最大为0.2 mV，满足要求。重新安装托辊架，每个称重托辊的2个传感器受力偏差在0.2 mV以内，满足要求。托辊1和托辊2的传感器受力大小，可在标定完成后，通过修正系数予以修正。

2.3.3 零点校验和量程校验

零点校验和量程校验(链码)数据如表2所示。零点偏差和量程偏差是本次校验值与上次校验值相比较得出的结果，正偏差表示本次校验值大于上次校验值，负偏差表示本次校验值小于上次校验值。经过多次校验后，偏差控制在±0.05 %以内则校验通过。

表2 零点校验和量程校验数据

由表2校验数据可知：电子皮带秤零点校验3次，第3次零点相对误差为-0.01 %，结果满足使用要求；量程校验4次，量程相对误差始终为正，而且偏差较大(大于0.05 %，有固定正偏差影响因素存在)，说明称量重复性很好。

2.3.4 实物验证

需要皮带输送机运行整数圈，以减小皮带本身对电子皮带秤精度造成的影响。实物验证数据如表3所示。

表3 实物验证数据

由表3可知：电子皮带秤称量3次，重复性较好。相对误差均为负值，说明积算仪显示值始终小于实际矿石量，而且偏差较大，未达到电子皮带秤的精度要求。其原因为电子皮带秤存在影响测量精度的固定因素，这一因素始终使测量值偏小。在实际称量过程中，矿料通过皮带及称重托辊作用于称重传感器，由于称重托辊受非准直度、皮带张力及皮带运行阻力等“皮带效应”的影响[5],加上板式给料机在皮带上给料分布不均匀，瞬时量波动过大，导致计量误差。

2.4 安装调试

2.4.1 改进安装方案

皮带输送机承载时，适度张紧的皮带应在托辊之间存在约2 %间距的下垂距离[6]。根据实物验证结果，称重传感器检测到的物料垂直力偏小，皮带张力导致皮带腾空，使皮带和称重托辊接触不充分而抵消了部分物料垂直力。通过以上分析，判断皮带张力和现场安装是计量误差产生的主要原因。因此，为保证皮带在托辊范围内的水平度和托辊倾角的一致性[4]，需在原安装基础上在运行托辊和称重托辊下加垫铁，使其抬高18 mm(如图4所示)，消除皮带张力的影响。

图4 加垫铁抬高运行托辊和称重托辊

按照安装要求，重新调校水平。电子皮带秤前后各安装2组运行托辊，下方安装2组称重托辊，共6组 托辊，机械尺寸一致。6组托辊水平误差在±0.8 mm 以内，且中心线和皮带的中心线在同一水平。6组托辊都需要与皮带输送机机架保持垂直，2组称重托辊不能低于相邻托辊，拉线校水平示意图如图5所示。校平托辊是最重要的安装过程，校平质量对称量精度具有决定性影响。

A1、A2—前端运行托辊 S1、S2—称重托辊 R1、R2—后端运行托辊图5 拉线校水平示意图

2.4.2 传感器配平

重新调校托辊水平后，重新进行传感器配平，以消除传感器侧向受力的影响。

2.4.3 零点校验和量程校验

重新安装后，零点校验和量程校验(链码)数据如表4所示。

表4 零点校验和量程校验数据

由表4可知：零点和量程经过3次校验，零点相对误差和量程相对误差在±0.05 %以内,符合要求。

2.4.4 实物验证

重新安装后，实物验证数据如表5所示。

表5 实物验证数据

由表5可知：虽然实物标定仍存在误差(偏小)，但偏差稳定性较好，偏差值始终为负，且每次校验偏差值接近。BW500提供的线性化功能可以弥补称量系统中的缺陷，最终采用此功能进行系数修正，要求修正系数控制在±10 %以内。修正系数由式(1)计算得出。

(1)

修正后重新进行实物验证，修正后实物验证数据如表6所示。

表6 修正后实物验证数据

由表6可知：修正后的电子皮带秤精度误差在±0.25 %以内，达到使用要求。

2.5 电子皮带秤的日常维护

实际工作中，对系统进行及时地校准、细致周到地维护，是保证电子皮带秤准确度的必要条件。可按照如下方式对电子皮带秤进行日常维护：

1)定期清理运行托辊、称重托辊和称重传感器之间的物料堆积。定期清理测速滚筒上的物料，保证与皮带接触良好，无打滑现象。

2)定期对称重托辊和测速滚筒轴承进行润滑。

3)定期对称量区域托辊的准直性进行检测调整。

4)每天对电子皮带秤的零点进行校准，每月用链码对电子皮带秤进行量程校验。

5)半年对电子皮带秤进行一次实物验证，调整修正系数。

3 结 论

1)为确保安装精度，称重托辊前后各2组托辊同时更换成规格尺寸一致的运行托辊，并调试这6组托辊水平。

2)按照电子皮带秤安装要求，调校托辊水平。同时，要求测速滚筒中心线与皮带中心线在同一水平，测速滚筒与皮带输送机机架垂直。测速传感器轴心与测速滚筒轴心同心。

3)为排除不均匀侧向荷载的影响，在标定前，首先进行传感器配平，每进行一次配平，必须重新进行零点校验和量程校验。

4)每次零点校验的结果，均与上次校验结果进行比较，得出零点偏差，要求偏差在±0.05 %以内。

5)实物验证的目的是验证量程校验的精度，在量程校验重复性很好的情况下，可以通过修正系数使电子皮带秤达到更高的精度。