氧化铝生产过程称重配料系统的设计
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时间：2017-11-04
在氧化铝生产工艺中，为满足生产的需要，设计一套自动配料系统。此配料系统将完成3种物料（石灰石、铝矿石、无烟煤）的自动配比控制。自动配比方式有2种，即总量比例控制和主从比例控制。在主从比例控制方式下，操作员只需设定几种物料的下料比例，再选取一种物料为主变量，则其他物料的下料量将按比例地跟随主变量下料量。当主变量下料量改变时，其它物料的下料量立即改变，保证下料比例不变。当需要改变物料下料比例时，操作员只需改变比例值，各物料的下料量立即按照新的比例设定。为了使操作更方便，适应性更强，可以选取一种或多种或全部物料单独控制，其下料量由操作员完全控制，不随其它物料变化。本设计采用的是主从比例控制。
此配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。
1.称重方式选择
在氧化铝生产过程中，常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2种。进料式称量有2种实现方法，第1种方式称为零位法，即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料，在称量值达到设定值时停止给料，然后打开闸门将料卸出，再从零位重新称量下一物料；第2种方式称为增量法，即称量料斗接收、称量好一种物料后，不排空料斗，而是只将电子秤内部计数值清零，再接收另一物料显然，零位法的称量精度比增量法的称量精度高。
在进料式称量中，由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净，从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量，不存在卸料干净与否的问题，因而该方式特别适合于称量难称的物料，如易粘附的物料等，其缺点是设备比较复杂，需要同时有给料装置和卸料装置，要求车间高度较高，并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值，从而导致传感器量程增大，造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式稱量的精度比进料式称量的精度低。
2.给料方式选择
目前，称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。
与电磁振动给料机相比，螺旋给料机给料均匀，受外界影响小，机械振动小，运行平稳，对称量的干扰也小，可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器，重量大，效率较低。对于液体物料，一般采用阀门控制给料量。
而在本设计中，由于氧化铝生产工艺的物料为固体，故我们采用的是螺旋给料机。
3.生产线结构
（1）采用固定式单组份料斗秤的结构：每个料仓对应1台料斗秤，各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。
（2）采用固定式多组份料斗秤的结构：几个料仓对应l台料斗秤，各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。
（3）采用移动式料斗秤的结构：通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。
（4）采用称重带式输送机式的多组份秤的结构：料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构，各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。
3.2.1 配料系统的组成
一般的自动配料系统由以下几部分组成：
（1）给料部分 给料部分是从料仓（或储罐）向称重设备中加料的执行机构
根据物料的不同特性，选用不同的给料设备，如电磁振动给料机、螺旋给料机、单（双）速电磁阀等。
（2）称量部分 称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。
（3）排料设备 排料可以是称重设备（减量法）或排放设备（增量法、零位法）。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电（气）动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。
（4）控制系统 配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统在一些比较简单的称重配料系统中，也可以采用工业计算机（IPC）加数据采集板卡的形式进行配料的控制。
（5）校秤系统 配料系统传感器应定期进行调校，以保证系统配料精度。
3.2.2 输送装置的设计
此配料系统所配物料有3种（石灰石、铝矿石、无烟煤），均为块状物料，均采用皮带运输机输送，通过变频电机控制皮带速度，调整下料量。
为了能够适应维修、备用、互换的需求，3种物料的运送皮带都选用相同的规格，皮带宽度为800mm，最大下料量为60t/h，在下料口部位做相应的设计，能够方便调整皮带上物料的厚度，配合皮带速度的调整，实现下料量大范围的控制。放料门采用气动放料门，结构简单、紧凑，适用于对放料速度要求较高的场合。
3.2.3 计量系统的设计
根据下料量的要求，对称重元件及测速元件进行设计。
1.称重元件设计
（1）电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比进行秤量，该秤可控制物料的秤量、卸料。当饲料到规定的数值时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执行下一步饲料的送料和秤重，依此类推，直到全部饲料配比完毕。
电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命，特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。称重仪表性能稳定，抗干扰能力强，功耗低、可靠性高，而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能，可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达250KG/M。它的输出信号驱动其微型输出继电器，以开关量形式将信号送入PLC，它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。
2.测速元件的设计
这里采用变频器进行调速。
为了提高配料精度，给料方式采用快、慢速给料。当料斗中料重小于设定比例的时，配料皮带电机在变频器调节下，转速大于额定转速，即快速给料；在料斗中料重大于设定比例时，配料皮带电机在变频器调节下，电机转速低于额定转速，即慢速给料。
此配料系统的设计包括称重方式选择、给料方式选择、生产线结构方式选择、配料控制系统的设计等。
1.称重方式选择
在氧化铝生产过程中，常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2种。进料式称量有2种实现方法，第1种方式称为零位法，即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料，在称量值达到设定值时停止给料，然后打开闸门将料卸出，再从零位重新称量下一物料；第2种方式称为增量法，即称量料斗接收、称量好一种物料后，不排空料斗，而是只将电子秤内部计数值清零，再接收另一物料显然，零位法的称量精度比增量法的称量精度高。
在进料式称量中，由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净，从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量，不存在卸料干净与否的问题，因而该方式特别适合于称量难称的物料，如易粘附的物料等，其缺点是设备比较复杂，需要同时有给料装置和卸料装置，要求车间高度较高，并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值，从而导致传感器量程增大，造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式稱量的精度比进料式称量的精度低。
2.给料方式选择
目前，称重配料系统最常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。
与电磁振动给料机相比，螺旋给料机给料均匀，受外界影响小，机械振动小，运行平稳，对称量的干扰也小，可以避免因振动造成的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器，重量大，效率较低。对于液体物料，一般采用阀门控制给料量。
而在本设计中，由于氧化铝生产工艺的物料为固体，故我们采用的是螺旋给料机。
3.生产线结构
（1）采用固定式单组份料斗秤的结构：每个料仓对应1台料斗秤，各组份原料在称量后由溜槽、集料带或集料小车收集并导入后续工序。
（2）采用固定式多组份料斗秤的结构：几个料仓对应l台料斗秤，各组份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料带或集料小车收集并导入后续工序。
（3）采用移动式料斗秤的结构：通过移动带有称量料斗的集料小车进行各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位精度。
（4）采用称重带式输送机式的多组份秤的结构：料仓的出料机构就是多组份秤的给料机构，各种物料在移动的配料带上由皮带秤进行累加称重。
3.2.1 配料系统的组成
一般的自动配料系统由以下几部分组成：
（1）给料部分 给料部分是从料仓（或储罐）向称重设备中加料的执行机构
根据物料的不同特性，选用不同的给料设备，如电磁振动给料机、螺旋给料机、单（双）速电磁阀等。
（2）称量部分 称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。
（3）排料设备 排料可以是称重设备（减量法）或排放设备（增量法、零位法）。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、电（气）动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。
（4）控制系统 配料控制系统由称量仪表、上位工控机、可编程控制器及其他控制器件等组成。典型的配料控制系统在一些比较简单的称重配料系统中，也可以采用工业计算机（IPC）加数据采集板卡的形式进行配料的控制。
（5）校秤系统 配料系统传感器应定期进行调校，以保证系统配料精度。
3.2.2 输送装置的设计
此配料系统所配物料有3种（石灰石、铝矿石、无烟煤），均为块状物料，均采用皮带运输机输送，通过变频电机控制皮带速度，调整下料量。
为了能够适应维修、备用、互换的需求，3种物料的运送皮带都选用相同的规格，皮带宽度为800mm，最大下料量为60t/h，在下料口部位做相应的设计，能够方便调整皮带上物料的厚度，配合皮带速度的调整，实现下料量大范围的控制。放料门采用气动放料门，结构简单、紧凑，适用于对放料速度要求较高的场合。
3.2.3 计量系统的设计
根据下料量的要求，对称重元件及测速元件进行设计。
1.称重元件设计
（1）电子秤以自动秤量方式将散状物料按预定的配比进行秤量，该秤可控制物料的秤量、卸料。当饲料到规定的数值时，指针移到相应的接近开关处，使电子秤动作，再执行下一步饲料的送料和秤重，依此类推，直到全部饲料配比完毕。
电子秤由秤体、称重传感器和放料门组成。称重传感器采用高精度称重传感器，该钢制弹性体具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命，特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。称重仪表性能稳定，抗干扰能力强，功耗低、可靠性高，而且具有远程数据通讯功能、设定预置功能及落差补偿功能，可实现准确、高速动态采样。其最大载荷可达250KG/M。它的输出信号驱动其微型输出继电器，以开关量形式将信号送入PLC，它有调零、去皮重、加皮重和拨码盘设定称量值等功能。
2.测速元件的设计
这里采用变频器进行调速。
为了提高配料精度，给料方式采用快、慢速给料。当料斗中料重小于设定比例的时，配料皮带电机在变频器调节下，转速大于额定转速，即快速给料；在料斗中料重大于设定比例时，配料皮带电机在变频器调节下，电机转速低于额定转速，即慢速给料。
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