淺談粉料計量監(jiān)控裝置在氧化鋁輸送中的應(yīng)用

關(guān)永軍

（東北大學(xué)設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 技術(shù)背景

電解鋁生產(chǎn)中，氧化鋁的輸送通常采用風(fēng)動溜槽輸送，其輸送量較難準(zhǔn)確計量，其輸送狀態(tài)也很難進(jìn)行監(jiān)控，為防止堵料，要設(shè)專人巡檢，增加了巡檢人員勞動強度。在巡檢過程中，巡檢人員帶著沉重的檢修工具箱，從氧化鋁倉庫開始，巡檢到電解車間中間倉庫，再從中間倉庫巡檢到凈化部分的溜槽輸送系統(tǒng)，這部分巡檢完成后，再從中間巡檢至電解車間外面的主溜槽輸送系統(tǒng)。最后，巡檢人員要對主溜槽至電解槽槽上溜槽部分進(jìn)行巡檢。巡檢的方法主要是借助鐵錘等工具，進(jìn)行敲擊，憑借經(jīng)驗仔細(xì)聽回音的方法進(jìn)行判斷。回音沉悶的地方一般為堵料點。巡檢勞動強度大，工作非常辛苦，尤其是嚴(yán)冬季節(jié)或盛夏季節(jié)更是如此，迎著寒風(fēng)、暴雪或烈日、暴雨，有時巡檢人員還得登高。在極端惡劣的環(huán)境下巡檢，巡檢人員勞動強度更是難以想象。

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，電解鋁廠規(guī)模也越來越大，近年來，國家對環(huán)保越來越重視，對環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，中小型鋁廠已逐漸退出了市場，新建的鋁廠一般都是大型鋁廠，其選址一般為偏遠(yuǎn)的山區(qū)，勞動力資源嚴(yán)重不足，招工難已成為制約鋁廠發(fā)展的重要因素。因此，有必要設(shè)計一種能對氧化鋁輸送的量進(jìn)行計量并具有監(jiān)控功能的裝置，以解決上述問題。

2 生產(chǎn)中存在的問題

電解鋁生產(chǎn)中需要大量的氧化鋁，氧化鋁存放于大型的氧化鋁儲倉中，倉下設(shè)有主風(fēng)動溜槽，主風(fēng)動溜槽與眾多分支風(fēng)動溜槽連接，分支風(fēng)動溜槽將車間外的氧化鋁輸送至車間內(nèi)，乃至輸送至電解槽上。安裝于電解槽上的分支溜槽設(shè)有眾多下料口，這些下料口與槽上料箱連接，輸送至電解車間內(nèi)的氧化鋁通過這些下料口給槽上料箱加料。由此可以看出，氧化鋁借助主風(fēng)動溜槽將氧化鋁輸送到分支風(fēng)動溜槽，再借助分支風(fēng)動溜槽輸送至各電解槽氧化鋁料箱。電解鋁生產(chǎn)中往往涉及輸入與產(chǎn)出的物料統(tǒng)計、核算，風(fēng)動溜槽的輸送量也是廣大電解鋁生產(chǎn)單位關(guān)心的問題，按照傳統(tǒng)工藝，風(fēng)動溜槽的輸送量很難計量。

輸送氧化鋁使用的風(fēng)動溜槽多數(shù)都是由鋼板焊接制作而成，氧化鋁在其內(nèi)部輸送，狀態(tài)借助傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝或器具很難監(jiān)測。風(fēng)洞溜槽輸送狀態(tài)一般由巡檢人員通過巡檢來判斷，巡檢的方法主要是借助鐵錘等工具，進(jìn)行敲擊，憑借經(jīng)驗仔細(xì)聽回音的方法進(jìn)行判斷，回音沉悶的地方一般為堵料點，但借助這種方法判斷，因個人身體等因素，有時判斷不準(zhǔn)確或偏差太大，浪費了巡檢人員的寶貴時間。

3 問題分析

風(fēng)動溜槽（如圖1）可以在任何距離間散裝地輸送干燥松散易流態(tài)化的粉狀物質(zhì)，輸送能力可達(dá)1500m3/h。該輸送裝置廣泛適用于建材、冶金、輕化、糧食等行業(yè)中水泥成品、水泥生料、粉煤灰、面粉以及磨機、選粉機和窯的喂料等輸送。如何對通過風(fēng)動溜槽輸送粉體的量進(jìn)行計量，一直是廣大業(yè)主關(guān)心的問題，有的企業(yè)借助皮帶秤進(jìn)行計量，結(jié)果失敗了。究其原因，風(fēng)動溜槽與皮帶秤之間無法很好地進(jìn)行銜接，同時，風(fēng)動溜槽內(nèi)部氣流波動對皮帶秤的精度產(chǎn)生不利影響。

在寒冷的冬季，因氧化鋁的輸送受環(huán)境影響很大，堵料情況出現(xiàn)的頻度大幅度提高，往往與空氣中的水汽太大有關(guān)。為了不影響生產(chǎn)，負(fù)責(zé)運行的巡檢人員巡查頻度也將隨之增加。風(fēng)動溜槽輸送的粉體顆粒硬度往往是很大的，如氧化鋁粉末等，因此，用于輸送硬度較大的粉體的風(fēng)動溜槽，一般是由鋼板焊接而成，為了方便觀察，在溜槽的側(cè)壁安裝觀察孔，即使這樣，溜槽內(nèi)物料運行狀態(tài)很難掌控，有時溜槽堵料了，又很難判斷堵料的具體位置。由于堵料位置不確定，只能憑借經(jīng)驗判斷，將被懷疑的溜槽段拆下，逐一排查。查到堵料位置，要徹底解決堵料，往往只能將溜槽拆解，將粉料取走后重新組裝。溜槽拆解過程中，氧化鋁大量外溢，往往要造成浪費。處于堵料狀態(tài)的風(fēng)動如圖2。

圖1 生產(chǎn)中使用的風(fēng)動溜槽

圖2 處于堵料狀態(tài)的風(fēng)動

4 解決問題

由東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司）根據(jù)生產(chǎn)實際需要研發(fā)的粉料計量監(jiān)控裝置，即可解決粉料輸送的計量和輸送狀態(tài)監(jiān)控問題，該裝置是由固定支架、軸、分料盤、料斗、擋板、計數(shù)裝置、阻尼裝置等組成，分料盤由眾多料斗組成，當(dāng)有料通過時，分料盤即可繞軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)無料通過時，分料盤停止旋轉(zhuǎn)。分料盤與軸通過鍵或螺栓固定為一個整體，分料盤的旋轉(zhuǎn)將帶動軸的旋轉(zhuǎn)，軸端設(shè)有計數(shù)裝置和速度傳感器，通過計數(shù)裝置可以實現(xiàn)計量，通過速度傳感器可以實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測。

5 具體實施

文中所述的粉料計量監(jiān)控裝置，包括固定支架，該固定支架上裝有軸，在軸上固定有分料盤，分料盤上設(shè)有料斗，上文所述軸的端部裝有計數(shù)裝置，計數(shù)裝置連接于PLC控制器，由PLC控制器根據(jù)所述料斗的容積及所述分料盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，算得流經(jīng)的粉料的量。當(dāng)粉料通過進(jìn)料口進(jìn)入計量監(jiān)控裝置時，分料盤在粉料作用下連續(xù)旋轉(zhuǎn)，分料盤的旋轉(zhuǎn)帶動軸轉(zhuǎn)動，裝在軸端的計數(shù)裝置對旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并將數(shù)據(jù)傳送至PLC控制器，由PLC控制器根據(jù)料斗的容積和分料盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，計算出流經(jīng)該裝置的粉料的量，達(dá)到對粉料進(jìn)行計量的目的。為了計量更準(zhǔn)確，可以通過實驗的方法，計算出誤差修正系數(shù)，借助該修正系數(shù)對計算出的粉料量進(jìn)行修正。

為防止分料盤運行慣性對計量精度的不利影響，分料盤的軸端裝有阻尼裝置，其作用就是要保證在無料進(jìn)入計量監(jiān)測裝置時，分料盤能及時準(zhǔn)確地停轉(zhuǎn)，從而保證了計量準(zhǔn)確。

狀態(tài)檢測的實現(xiàn)，從粉料計量監(jiān)控裝置運行原理可以看出，氧化鋁粉進(jìn)入裝置，裝置輸出信號，即為與粉料盤連接的軸的旋轉(zhuǎn)，為把這一旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)為電信號，借助了速度傳感器。速度傳感器有線速度傳感器和角速度傳感器之分，這里檢測的是軸旋轉(zhuǎn)，因此，選用角速度傳感器。角速度傳感器又可以分為接觸式和非接觸式兩類，這里選用接觸式速度傳感器。接觸式角速度傳感器與運動物體直接接觸。當(dāng)運動物體與角速度傳感器接觸時，摩擦力帶動傳感器的滾輪轉(zhuǎn)動。裝在滾輪上的轉(zhuǎn)動脈沖傳感器，發(fā)送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值，從而就能測出線速度。接觸式旋轉(zhuǎn)速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。但是，接觸滾輪的直徑是與運動物體始終接觸著，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長。而脈沖數(shù)對每個傳感器又是固定的，影響傳感器的測量精度。要提高測量精度，必須在二次儀表中增加補償電路。另外，接觸式難免產(chǎn)生滑差，滑差的存在也將影響測量的正確性。角速度傳感器只用于檢測軸的運行狀態(tài)，傳感器測量精度對軸的狀態(tài)檢測并無太大影響。這里所述的計量監(jiān)控裝置其示詳見圖3，該裝置經(jīng)過多次實驗，均獲得滿意的效果，該裝置已于2017年8月獲得國家實用新型專利。

圖3 計量監(jiān)控裝置示意圖

在系統(tǒng)控制設(shè)計中，要對分支點進(jìn)行監(jiān)控，安裝本文所述的計量監(jiān)測裝置，并設(shè)置允許堵料點數(shù)，當(dāng)堵料點數(shù)達(dá)到設(shè)定值，控制系統(tǒng)根據(jù)各堵料點的情況發(fā)出報警，同時，停止上游供料系統(tǒng)供料。若為風(fēng)動溜槽供料，關(guān)閉供風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)將停止供料；若是氣力輸送系統(tǒng)供料，則可通過切斷高壓風(fēng)停止供料；若是帶式輸送機供料，則可通過切斷帶式輸送機電源停止供料。上述動作的實現(xiàn)均為控制系統(tǒng)借助PLC控制器，以連鎖的形式進(jìn)行控制來實現(xiàn)。

隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。文中所述的物料計量和狀態(tài)監(jiān)控，廣大業(yè)主會結(jié)合生產(chǎn)實際需要，提出與本單位電解鋁產(chǎn)能相匹配的監(jiān)控系統(tǒng)。

6 用戶評價

計量監(jiān)控裝置在某工程中應(yīng)用后，能夠較準(zhǔn)確地進(jìn)行粉料計量，針對不同品質(zhì)、不同工況下的計量情況，人為對計量的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，使其計量結(jié)果更趨于實際值。經(jīng)過一段時間應(yīng)用和跟蹤回訪，因其結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低，受到了廣大用戶的高度評價。

7 結(jié)語

綜上所述，由我院研發(fā)團隊精心研究并開發(fā)出一種粉料計量監(jiān)控裝置，借助該裝置對氧化鋁輸送的量進(jìn)行計量并對其輸送狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，這種計量和監(jiān)控過程為實時的，有效防止堵料事故的發(fā)生。該裝置應(yīng)用后，輸送系統(tǒng)的運行，無須人工巡檢或值守，節(jié)省人力，大大提高了工作效率。