水泥廠物料計量是水泥企業(yè)各生產線環(huán)節(jié)中的重要環(huán)節(jié)。計量對提高水泥產品質量、降低成本、增效利廢和實現(xiàn)環(huán)境保護具有重要意義。在新世紀，國家“控制總量、調整結構”和“上大改小、淘汰落后”等政策的前提下，我國水泥工業(yè)迅速發(fā)展，新型干法生產線技術也日臻成熟，規(guī)模在不斷擴大，新增日產2000噸以下的生產線越來越少，據統(tǒng)計僅2004年，我國新建日產5000～6000噸的新型干法生產線32條，日產10000噸生產線4條，為了適應我國日產2500噸以上大型水泥生產線配料計量的要求，早日實現(xiàn)大型干法水泥廠設備完全國產化目標，合肥金山公司在原有定量給料機的基礎上開發(fā)出性能穩(wěn)定、計量精度高適應水泥生產線大型化的重型定量給料機（簡稱重型皮帶秤），并在皖維日產6000噸新型干法水泥生產線上得到了成功地應用。

　　1. 系統(tǒng)組成及工作原理

　　TDG-DEM重型皮帶秤控制系統(tǒng)由秤體、旋轉編碼器、荷重傳感器和FCO-461控制儀表等構成（秤體如圖1所示）。物料經過皮帶秤的稱量段時，稱重傳感器輸出0～20mV電壓信號，經過現(xiàn)場處理單元進行放大，轉換成電流信號傳送至儀表，再經過12位AD轉換后送入CPU。皮帶的速度由旋轉編碼器進行檢測，經處理后送入CPU。主機CPU將采集的荷重信號與速度信號進行運算、補償后得到實際的流量信號。該流量與給定流量比較后，根據偏差的大小進行預置調節(jié)運算及PID運算，將其結果通過D/A轉換器輸出一路標準模擬信號到變頻器，以改變拖動電機的轉速，從而使實際的給料量快速、精確、穩(wěn)定地跟蹤給定流量。

圖1  TDG-DEM重型定量給料機

　　2.  機械設計

　　重型皮帶秤的機械設計重點在于大型化，不同于一般輕型皮帶秤，它要求承載能力大不變形，保護功能強，能夠適應大型干法水泥生產線的要求。下面闡述一下幾個關鍵部分的設計：

　　1)主傳動滾筒的機械設計

　　主動滾筒直接決定皮帶的運行速度，承受皮帶的張力，主動滾筒的直徑與皮帶的包角直接決定皮帶與滾筒間的摩擦力大小，皮帶在運行過程中是否打滑，又直接影響到定量給料機的計量與給料精度。根據重型定量給料機必須滿足2500t/d以上水泥廠的計量要求，又根據定量給料機不同于皮帶輸送機，皮帶速度盡量控制在0.5m/s以內。而定量給料機的整機長度又不宜太長，一般不超過8米，根據我們的經驗，確定主動滾筒直徑不小于320mm，不大于420mm，滾筒厚度不小于8～10mm，剛度大，結構穩(wěn)定，運行可靠。主動滾筒的長度，根據給料能力的不同和皮帶寬度的不同，不小于1680mm，不大于2480mm。

　　(2)稱量托輥、運行托輥的機械設計

　　稱量與運行托輥屬細長零件，直徑小于90mm，長度至2480mm，其長徑比為27.5：1，要求剛度大，同軸性好，轉動靈活，特別是稱量托輥要求壁厚均勻，轉動靈活，無偏心、偏重。在重型定量給料機上我們將此零件設計成獨立外掛軸承式，便于加工，同時又滿足了使用要求。而傳統(tǒng)的托輥結構形式給加工帶來困難，難以保證質量。

　　(3)稱量裝置的機械設計

　　稱量裝置是皮帶定量給料機的關鍵部件，定量給料機重型、大型化后，按傳統(tǒng)的方式設計稱量裝置，必定笨重，整體剛度也會降低，對計量精度和穩(wěn)定性帶來影響，特別是物料偏載時，造成計量誤差。為此，新稱量裝置設計為管式框架雙傳力結構，采用雙傳感器稱重，省去配重裝置，采用杠桿原理，減少稱量裝置和皮帶自重對稱重傳感器產生的預壓力，結構穩(wěn)定，應用效果良好。

　　(4)十字簧片支點的設計與確定

　　重型定量給料機計量輸送的物料量大，皮帶的每米荷重大，皮帶自身重量大，稱量裝置自身重量大，一般簧片結構難以滿足要求，我們采用雙簧片結構，經試用，效果良好，既增大了支點的承載能力，又保證了支點的靈活性。

　　(5)選用新型測速裝置

　　皮帶定量給料機的皮帶運行速度測量是否準確，直接影響給料機的計量精度，重型定量給料機上采用旋轉編碼器裝置來測量皮帶速度，與傳統(tǒng)的磁電式測速裝置相比，測速精度大大提高。

　　3、控制儀表的研制

　　FCO-461控制儀表是金山公司最新研制的第5代稱重儀表，主要用于重型定量給料機的控制與計量。它的設計如下：

　　(1)CPU的選擇

　　目前市場上的CPU種類可謂是五花八門，但主流芯片還是51系列芯片，美國Cygnal公司最新推出的高集成度（SoC）的帶8052內核的C8051F020芯片，它是將高性能模數、數模轉換器、64K的flash、大容量的內部SRAM(256B-8KB+256B)集成在一塊芯片上，是高速流水線結構CPU,大多數指令執(zhí)行時間為1-2時鐘周期（標準8051為12-24），它是世界上速度最高的8051CPU，它可在低頻的情況下達到高速的效果。用它作為控制儀表的CPU，性能穩(wěn)定可靠。同時，采用目前較流行的單片機C語言（keil C）進行編程，條理清晰、效率高。

　　(2)顯示器的選擇

　　FCO-461儀表采用的高亮VFD顯示器，它是字體本身發(fā)光的顯示器，即使在較強的日光下也能正常顯示，而數碼管和液晶顯示器卻無法做到這一點。

　　(3)電源的選擇

　　FCO-461儀表采用24V輸入模塊化高性能開關電源，SMT工藝，小型金屬外殼，具有瞬態(tài)電壓抑制器過壓保護電路，抗干擾能力強。

　　(4)采用自動去皮技術

　　當皮帶運行一段時間，由于皮帶跑偏或皮帶上會附著一些細小物料以及其它一些原因會造成皮帶零點的漂移，F(xiàn)CO-461儀表通過分析判斷進行自動去皮，以跟蹤實際皮重消除因皮帶零點波動帶來的誤差。

　　(5)采用多重濾波技術

　　輸入輸出接口采用光電隔離、阻容濾波、瞬態(tài)電壓抑制器過壓保護等多種硬件抗干擾技術，以及數字濾波、數據校驗和看門狗復位等軟件抗干擾措施，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。

　　(6)具有多種通訊功能

　　FCO-461儀表不僅具有標準的4～20mA模擬量和開關量通訊功能，同時還設計了一個標準的RS232串行口和一個標準的RS422/485串行口，通訊協(xié)議采用目前較流行的Modbus RTU 通訊協(xié)議，可很方便地與上位機和DCS系統(tǒng)進行連接。

　　(7)具有Profibus現(xiàn)場總線通訊功能

　　隨著我國水泥工業(yè)的快速發(fā)展，水泥廠自動化技術也得到相應的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術在大型干法水泥生產線上也得到越來越廣范的應用。儀表具有現(xiàn)場總線通訊功能為實現(xiàn)大型水泥干法生產線綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供可行的解決方案，為工業(yè)自動化第四代過程控制系統(tǒng)（DCS）過渡到第五代過程控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）提供有力的保障。目前，在國內其他廠家的計量儀表中還不具有這一功能。

　　FCO-461儀表具有Profibus現(xiàn)場總線通訊功能，Profibus是Process FieldBus的縮寫，是一種國際化、開放式、不依賴于生產商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應用于工業(yè)自動化，它最大傳輸速率為12Mbit/s。當FCO-461儀表被DCS系統(tǒng)或FCS系統(tǒng)組態(tài)時，它向主站傳遞瞬時流量、設定流量、累計值、皮帶速度值、各種報警信號、啟動停止等大量數字信息。而它們僅僅通過一根電纜作為傳輸介質，用戶投資成本大大降低。同時采用數字信號通信可避免模擬信號的衰減和變形，有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度。

　　(8)采用雙CPU硬件結構

　　考慮到高速通訊將占用大量的時間，系統(tǒng)的實時性將很難保證，因次儀表采用雙CPU結構，一只CPU專門用于總線通訊，一只CPU用于實時控制，從而有效地保證定量給料機的實時控制和測量精度。

　　4.  實際應用

　　安徽皖維水泥有限公司日產6000噸水泥生產線是我院設計的一種新型干法帶六級旋風預熱器的預分解窯生產線，在入窯生料控制系統(tǒng)和生料配比系統(tǒng)中采用了我們設計的重型皮帶秤代替入窯流量計作為計量控制設備。入窯生料粉皮帶秤皮帶寬度為2200mm，秤體長度為8000mm，是目前國產最寬最大的皮帶秤。它與流量閥、截止閥、稱重倉以及控制系統(tǒng)構成入窯生料控制系統(tǒng)。由于生料粉具有極強流動性的物理特性，因此用皮帶秤進行計量時容易沖料和溢料，為了防止沖料，我們在下料斗上采取措施以減緩物料流動性。在皮帶面上采取密封措施以防止溢料污染環(huán)境?？刂粕喜捎妙A置控制加前饋的自適應PID調節(jié)方式，它是雙回路的閉環(huán)系統(tǒng)。首先，根據設定流量預置閥門的輸出，實現(xiàn)初步預給料，再通過設定荷重與檢測荷重的差值來調節(jié)閥門，同時對閥門的調節(jié)加約束條件，保證皮帶秤上物料的負荷維持在設定的相對水平，從而實現(xiàn)穩(wěn)定喂料；通過設定流量與檢測流量的差值來調節(jié)皮帶秤，從而實現(xiàn)準確計量。皖維日產6000噸水泥生產線生料粉正常用量大約在420噸/小時左右，經應用系統(tǒng)非常穩(wěn)定，波動僅在5‰以內，受到用戶一致好評。生料配料系統(tǒng)采用的重型皮帶秤皮帶寬度為1600mm，中心距為3000mm，用來計量石灰石，臺時產量為500噸。在使用一段時間后，用戶對其進行了實物標定，其結果如下：

2005年7月28日的實物標定數據 

　　從標定的數據來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，計量準確、控制精度高。

　　結束語

　　通過皖維水泥廠的實際運行情況，表明TDG-DEM重型皮帶秤已經達到了國外先進重型皮帶秤的水平，工作穩(wěn)定，運行可靠，操作方便，完全能夠滿足2500t/d以上大型化干法水泥生產線的原料配料、水泥配料及入窯生料定量喂料的要求。