摘要:介绍了配料用电子皮带秤的应用场合、结构、工作方式、控制功能及设计选用。
关键词：电子皮带秤 配料用皮带秤 设计选用
0、概述
电子皮带秤只是测量物料的流量，而配料用电子皮带秤则与之不同，它一方面测量物料的流量，另一方面要以预先设定的流量从储料仓里向外输送物料。国外厂家把配料皮带秤称之为WEIGHFEEDER（称重给料机)、WEIGHBELTFEEDER（称量皮带给料机）、CONSTANTFEEDWEIGHER（定量给料秤）。
配料皮带秤除了以预先设定的流量作为定量给料的用途之外，还可在以下场合应用：
·控制多台配料皮带秤完成恒定的混合配料流，其中多种物料间保持恒定的重量配料比，而且混合配料流的总流量保持稳定；
·控制多台配料皮带秤完成波动的混合配料流，其中一种物料为主物料，由皮带秤进行计量，该皮带秤的瞬时流量信号作为其它一种或多种辅助物料配料皮带秤的流量设定值，所以主物料和辅助物料之间保持恒定的重量配料比，但混合配料流的总重量是随主物料量的波动而变化的，也就是说，主物料量并不是定量调节，而是随工艺条件的变化而可能发生变化的，而辅助物料配料皮带秤的流量设定值则因主物料皮带秤瞬时流量信号的变化而随之改变，所以辅助物料的流量是随动变化的，混合配料流的总流量也是随动变化的；
·在磨料机（如球磨机、棒磨机、自磨机等等）之类设备上使用的配料皮带秤，为了追求过程的最佳化，其物料配料皮带秤的流量设定值往往根据工艺过程的一些检测参数的变化而变化，如球磨机的磨音传感器（磨音大小间接反映球磨机内装料量的多少，磨音响，球磨机内装料量少，反之则球磨机内装料量多）、球磨机的粗料返回量等等参数。
1、配料用电子皮带秤的结构
配料皮带秤通常是由短皮带输送机构成，短皮带输送机可能就是一台悬臂式承载器，也可能是在短皮带输送机上安装一个单杠杆单托辊式承载器、双杠杆双托辊式承载器或悬浮式承载器。除了承载器之外，还包括滚筒、电机、环形皮带、入口料仓、裙板、外罩、清扫器、张力调整装置、跑偏开关等等，以下通过德国申克公司MULTIDOS介绍了解配料皮带秤的结构。MULTIDOS配料皮带秤用于中到大给料量的物料配料中，其尺寸紧凑、结构坚固、维护费用低，在采矿、冶金、化工、水泥等行业广泛应用。皮带宽度为650、800、1000、1200、1400mm，皮带前后滚筒中心距为1500、2000、2700、3500、4000、5000、6000、7000、8000mm，皮带速度最高0.5m/s，每小时给料量从数十吨到数百吨，精确度0.5%~0.25%（相对实际输送量），给料量可调范围比为1：50，物料温度小于80℃（特殊要求可达到130℃或170℃）。
MULTIDOS配料皮带秤由AC驱动装置驱动的平皮带输送机、加料斗、物料裙板DISOCONT带通信功能的电子测量和控制装置等组成，在输送机中装有承载器和称重传感器（见图1）。据介绍，承载器的结构为单托辊直接承重式，两个不锈钢密封型称重传感器左右侧各装一个。配料皮带秤还带皮带张力调整装置、清扫装置，可不用辅助设备即可更换皮带。根据物料性质，还可增订皮带上方盖板、头部外罩、尾部外罩等防尘设施。
图1申克公司MULTIDOS配料皮带秤
1-加料斗；2-物料裙板；3-DISOCONT带通信功能的电子测量和控制装置；
4-承载器和称重传感器；5-AC驱动装置；6-平皮带
2、配料皮带秤工作方式
配料皮带秤是装有皮带秤整个称量装置的皮带输送机，其中的称量装置完成物料量计量的任务，给料机完成物料量多少的调节任务，储料仓完成物料的储存和缓冲的任务，由配料皮带秤、给料机和储料仓构成一套配料装置。
2.1恒速皮带秤
恒速皮带秤指的是给料机调速、皮带机恒速方式的配料皮带秤。
给料机调速可以完成物料量多少的调节任务，而皮带机不可调速则皮带上的物料负荷随物料量的多少而变。早期的配料皮带秤采用这种方式的较多，最早用给料闸板上下移动的方法也可归于此类，此时用给料闸板上下移动的方法代替了给料机调速。
优点：
皮带机不可调速方式所用的调速设备较少；储料仓与配料皮带秤之间有给料机，便于皮带秤的调零、更换皮带等操作。
缺点：
皮带上的物料负荷随物料量的多少而变对物料称量精确度有影响，特别是在流量设定值变化范围大（例如超过5：1）或流量设定值长期工作在低量程区域影响更大。
适用范围：流量设定值变化范围小的配料皮带秤。
2.2拖料皮带秤
拖料皮带秤指的是无给料机、皮带机调速方式的配料皮带秤。配料皮带秤直接安装在储料仓的下方，以拖料的方式从储料仓中拖出物料。这种情况下可调速的皮带机既完成物料量的称量任务，又作为可调速的皮带给料机完成物料量多少的调节任务，所以在拖料皮带秤这种工作方式中，严格地讲，不能称为无给料机，只是无专用的给料机，给料机的功能由配料皮带秤的皮带机顺带完成。
在储料仓的出口处，通常在水平方向装有切断闸门，在皮带面上的垂直方向上安装有可上下移动的给料闸板。切断闸门通常用于切断储料仓的下料，以便完成配料皮带秤的调零、更换皮带等操作。给料闸板通常开度固定，在流量设定值变化时，只是皮带机速度变化，而皮带上的物料负荷始终保持稳定；但当流量设定值变化较大且超出配料皮带秤的皮带机的调速范围时，才由人工操作给料闸板，使配料皮带秤在一个新的皮带上物料负荷值下工作。
优点：
由于无给料机，系统构成最简单，设备投资最省，例如一台给料量为数百吨的圆盘给料机价格达数十万元，甚至超过一些高性能的配料皮带秤的价格；节省电能消耗，如一台圆盘给料机的电机功率通常为数千瓦至数十千瓦，这部分电能的年经营费用也相当可观；皮带上的物料负荷不随物料量的多少而变，对物料称量精确度的提高有好处；无给料机降低了配料系统中的高差，对新建系统来说可节省投资，对老系统来说，增加配料皮带秤的方案更容易实施；
缺点：
储料仓直接坐在配料皮带秤的皮带机上，较大的料柱压力使配料皮带秤的皮带张力加大；对某些不适合皮带给料机给料的物料不使用，例如干粉状物料、粘性物料；配料皮带秤的皮带机与储料仓之间没有专用的给料机缓冲，皮带秤的调零、更换皮带等操作较难完成；
适用范围：
流动性能较好、湿度适中、较适合皮带给料机给料的物料。
这种配料方式目前应用最多，特别是国外一些大公司极力推荐这一种配料方式，或许这与国外厂家把配料皮带秤称之为WEIGHFEEDER(称重给料机)、WEIGHBELTFEEDER(称量皮带给料机)有关，因为他们把配料皮带秤实实在在地当作一台给料机。
在多次国内大型工厂的物料配料系统招标项目中，即使标书要求采用给料机、皮带机双调速皮带秤，但国外大公司根据标书所列物料性质，仍坚持采用拖料皮带秤方案报价，其理由是这一方案系统结构最简单，投资最省，而且他们有类似系统成功运行的经验。对于大型储料仓直接坐在配料皮带秤的皮带机上、较大的料柱压力使配料皮带秤的皮带张力加大的问题，国外大公司的理论解释是：大型储料仓虽然料柱较高，但当料柱超过一定高度后，料柱的压力被储料仓的侧壁承受，所以配料皮带秤的受料段皮带并没有承受想象中那样大的压力。作者1995年在云南某公司烧结及磷炉配料系统的招标书中，曾按工艺要求，磷矿石、焦炭、烧结返料等3种物料共6台配料秤采用圆盘给料机、配料皮带机双调速方式，但参与投标的瑞士哈斯勒公司、德国申克公司、美国泰耶（THAYER）公司均以拖料皮带秤方案报价，最后中标的瑞士哈斯勒公司的配料皮带秤在实际运行中的确给料正常、工作可靠、运行费用节省，而且没有出现过因料柱高、皮带秤的受料段皮带承受压力过大的故障。
2.3双调速皮带秤
双调速皮带秤指的是给料机、皮带机均调速方式的配料皮带秤。给料机调速调速是为了改变物料给料量，皮带机调速是为了使皮带上的物料负荷始终保持稳定。双调速有两种方式：一是给料机、皮带机同步调速，即采用机械方法，由一台调速电机同步带动给料机与皮带机；二是给料机、皮带机分别由两台调速电机调速。同步调速方式多了机械装置，但省了一台调速电机，总的来说节省了投资；两台调速电机调速多了一台调速电机，投资虽然增加了一点，但调整更加灵活，适应物料量设定的变化范围更宽。
优点：
通常皮带上的物料负荷不随物料量的多少而变，对物料称量精确度的提高有好处；储料仓与配料皮带秤之间有给料机，便于皮带秤的调零、更换皮带等操作。
缺点：
系统构成较为复杂，有两台设备需要调速，投资最高；
适用范围：配料精确度要求高、流量设定值变化范围大的配料皮带秤。
3、配料用电子皮带秤的控制功能
配料皮带秤加给料机组成一个反馈控制系统，在通常情况下系统的滞后很小，所以常规的PID控制一般能取得较好的控制效果，一些厂家为了提高控制精确度和满足一些特殊要求，也推出了一些新的控制功能。如日本大和公司E型配料皮带秤提出了瞬时值控制和累计值控制两种控制功能，将皮带秤上物料瞬时流量值作为控制量的称为瞬时值控制，将皮带秤一段时间物料累计流量值作为控制量的称为累计值控制。
图2为瞬时值控制随时间的变化曲线，水平线AB表示基准设定值，曲线位于AB线之上表示世纪输送量大于基准设定值，曲线位于AB线之下表示世纪输送量小于基准设定值。ε为时间t1的控制偏差，瞬时值控制即要求使ε为零的控制。但在控制过程中，有可能如图所示曲线位于AB线之上的时间长，偏差ε值较大，这样在一段时间后从总的控制效果来看虽然偏差ε并不太大，但随时间的推移可能累计值会出现一个较大的差值。
图2瞬时值控制示意图
图3为累计值控制随时间的变化曲线，水平线AB仍表示基准设定值，但控制运算不是以瞬间（例如t2）的瞬时流量值与基准设定值的偏差进行，而是以该时间之前的从t1到t2的矩形OABT的面积（代表该段时间应该输送的物料量）作为基准设定值，将它与同一时间实际累计值（即图中斜线部分图形所代表的面积）进行比较，累计值控制即要求使该累计偏差值为零的控制。由上面介绍可知，随时间延长，代表分母的基准设定值越大，可使调节过程的误差比值越小。因而其控制精确度高，可完全补正调节过程中的偏差，当负载大或对大块物料进行控制时刻得到较好的配料精确度。资料中介绍的控制精确度采用瞬时值控制可达到1%（相对最大设定值），而采用累计值控制可达到1%~0.67%（相对最大设定值）。
图3累计值控制示意图
4、配料用电子皮带秤的选用
4.1工作方式
前面已经介绍过配料用电子皮带秤的工作方式有三种：恒速皮带秤、拖料皮带秤、双调速皮带秤。恒速皮带秤系统构成较为简单，适用于流量设定值变化范围小的配料皮带秤；拖料皮带秤无给料机，系统构成最简单，设备投资最省，但配料皮带秤的皮带机与储料仓之间没有专用的给料机缓冲，皮带秤的调零、更换皮带等操作较难完成，只适用于流动性能较好、湿度适中、较适合皮带给料机给料的物料；双调速皮带秤皮带上的物料负荷不随物料量的多少而变，对物料称量精确度的提高有好处，储料仓与配料皮带秤之间有给料机，便于皮带秤的调零、更换皮带等操作，但系统构成较为复杂，有两台设备需要调速，投资最高，适用于配料精确度要求高、流量设定值变化范围大的配料皮带秤。
4.2调速方式选择
配料用电子皮带秤的给料机、皮带机的电机驱动系统常见的有电磁调速、直流调速、变频调速三种。电磁调速系统最简单，设备价格低，但调速性能差、调节范围窄，特别容易受粉尘的影响；直流调速系统复杂，设备价格高，调速性能好、调节范围较宽，也容易受粉尘的影响；变频调速系统比较简单，设备价格中等，调速性能好、调节范围最宽，可在粉尘环境条件下工作，节能效果明显。目前大多数配料用电子皮带秤的电机驱动系统采用变频调速。
4.3预给料装置的选型
流动性能较好、湿度适中的物料，当采用拖料皮带秤时不设预给料装置；带粘性和含有少量水分的粒状物料可选圆盘给料机、电磁振动给料机；干燥的细粉状物料可选螺旋给料机、密封叶轮给料机、流量控制阀门；
预给料装置还需考虑的问题是该装置是否能接收控制系统给出的4~20Ma标准信号。
4.4控制器选择
配料用电子皮带秤的控制器一般分成三种模式：单机控制器、机组控制器、PLC型控制器。单机控制器目前是以单片机技术为基础的，其结构简单、配置灵活，与配料用电子皮带秤一对一使用；机组控制器是以PC总线工控机为基础的，其功能强，操作直观方便，配料用电子皮带秤台数较多时价格较低，由于是多对一使用，在配料可靠性要求高的地方不宜选用；PLC型控制器是以PLC这类在生产的过程中广泛使用控制设备为硬件，通过软件组态实现配料功能，其硬件可靠性高、组态方式灵活，通讯方式多样，具有很高的性价比，特别适合于与大型PLC、DCS系统无缝连接，例如它可以采用像Profibus-DP、DeviceNet之类现场总线与上位机连接。
