本文從現(xiàn)狀、可行性、實(shí)施效果等幾方面介紹了一種鋁用天車電子秤技術(shù)改造設(shè)計(jì)方案。

一、引言

電解鋁用天車是電解鋁生產(chǎn)的核心關(guān)鍵設(shè)備之一，在整個(gè)電解鋁生產(chǎn)工藝中起著至關(guān)重要的作用。四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司 （以下簡(jiǎn)稱“公司”） 的電解鋁用天車總共有六臺(tái)，其中五臺(tái)為法國(guó) ECL 天車，其功能非常全面，包括出鋁、加料、換極、臺(tái)母線、打殼、撈渣等功能。精確出鋁就是電解鋁用天車的一項(xiàng)重要功能，用于按計(jì)劃精確控制從電解槽中吸出鋁的量。這個(gè)功能對(duì)穩(wěn)定電解鋁生產(chǎn)工藝，保證電解槽鋁水平、物料平衡非常重要。

二、項(xiàng)目概況

現(xiàn)在公司的電解 ECL 天車電子稱重系統(tǒng)采用軸銷式稱重傳感器配 OPENLINK 稱重單元和精確出鋁系統(tǒng)的稱重方式，經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)這種稱重方式存在很多問(wèn)題，造成現(xiàn)在電子秤故障率高，嚴(yán)重影響電解的正常生產(chǎn)運(yùn)行。其表現(xiàn)為：

（1） 稱量不準(zhǔn)，在傳感器的安裝方式上，由軸銷式傳感器插入關(guān)節(jié)軸承，通過(guò)關(guān)節(jié)軸承傳力到傳感器上使傳感器輸出重量信號(hào)。這就要求關(guān)節(jié)軸承隨時(shí)保證非常靈活，但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常惡劣，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軸承經(jīng)常出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，稱重傳感器為精密元件，一旦出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，出現(xiàn)與垂直向下的分力的情況，就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，而使稱重不準(zhǔn)確。

（2） 出現(xiàn)問(wèn)題后，由于傳感器的安裝技術(shù)要求高，拆裝困難，每次拆裝校準(zhǔn)一次將安排 4 人花費(fèi) 10 小時(shí) ~15 小時(shí)，嚴(yán)重影響電解生產(chǎn)。

（3） 稱重傳感器和 OPENLINK 稱重單元均為進(jìn)口備件，價(jià)格昂貴，稱重傳感器 4 萬(wàn)多一個(gè)，OPENLINK 稱重單元 2 萬(wàn)元一個(gè)。

（4） 操作不方便，故障率高。OPENLINK 稱重單元無(wú)面板顯示無(wú)操作按鈕，每次操作必須用筆記本電腦通過(guò) RS232 進(jìn)行操作，非常不方便。而且 OPENLINK 稱重單元無(wú)防塵設(shè)計(jì)，在電解這種高溫高粉塵強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下故障率也非常高。

2013 年更換部件的情況如表 1 所示。

每年更換備件的費(fèi)用就有 25 萬(wàn)左右 （包括修舊利廢的備件）。

（5） 經(jīng)常拆裝傳感器，導(dǎo)致傳感器、關(guān)節(jié)軸承與 T 型板間的配合間隙變大，使傳感器、關(guān)節(jié)軸承在 T 型板之間經(jīng)常串動(dòng) （4#，5#PTM 表現(xiàn)非常明顯，每?jī)扇煲M(jìn)行一次撥正處理），出現(xiàn)較大的誤差，而使稱重不準(zhǔn)確。所以到了不得不改的地步。

（6） 稱重傳感器為進(jìn)口備件，采購(gòu)周期長(zhǎng)。

（7） 今后電解滿負(fù)荷生產(chǎn)，故障率可能還會(huì)進(jìn)一步提高。

三、技術(shù)方案可行性分析

通過(guò)充分的準(zhǔn)備，2014 年的 1 月 16 日，在1#PTM 上率先開始改造，并獲得成功。改造后，經(jīng)過(guò)近一年的使用觀察，效果非常理想。

（1） 由于采用固定安裝方式，沒有可動(dòng)部件，徹底解決了軸銷傳感器因卡澀影響稱重的問(wèn)題。

（2） 減少故障率，1# 天車電子秤已穩(wěn)定運(yùn)行近一年，通過(guò)使用觀察，基本實(shí)現(xiàn)零故障。

（3） 對(duì)稱安裝兩只傳感器，提高稱量精度，誤差:±20kg，出鋁過(guò)程非常平穩(wěn)，滿足了精確出鋁的要求。

（4） 國(guó)產(chǎn)傳感器便宜，一臺(tái)天車兩只傳感器8290 元，并且到貨周期短。

（5） 拆裝方便，縮短了檢修時(shí)間，提高了天車的正常開動(dòng)率，避免對(duì)電解生產(chǎn)的影響。

（6） 選用高溫型傳感器，工作環(huán)境溫度為- 40℃～250℃，可在電解環(huán)境下長(zhǎng)期使用。

（7） 由于采用兩只傳感器對(duì)稱安裝，即使其中一只壞了，仍可甩開壞傳感器，以單傳感器方式應(yīng)付電解緊急生產(chǎn)所需。

（8） 更換不可靠的 OPENLINK 稱重單元為國(guó)產(chǎn)稱重控制器，并且配備新型的精確出鋁主控板，去掉自動(dòng)出鋁執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，直接控制電磁閥出鋁，并且提供超載欠載保護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)單，可靠性更高，故障率大大降低。

（9） 如果在五臺(tái)天車上推廣，每年將節(jié)省更換備件的費(fèi)用二三十萬(wàn)。

四、詳細(xì)實(shí)施方案

在原傳感器上方 T 型連接板與框架上 （如圖 1所示），對(duì)稱安裝兩只國(guó)產(chǎn)高溫電阻應(yīng)變式稱重傳感器。

傳感器的選擇：根據(jù)安裝空間尺寸的限制與以往使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合各種技術(shù)參數(shù)，選用CZL- YB- 17Ⅲ- HT7型高溫電阻應(yīng)變式稱重傳感器。

安裝：脫開圖示位置 T 型連接板與框架的連接螺栓，根據(jù)傳感器尺寸鉆孔，把傳感器安裝在 T型連接板與框架之間，并對(duì)稱重儀表進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定。

技術(shù)難點(diǎn)：技術(shù)性難度最大的地方是傳感器的改造安裝和系統(tǒng)調(diào)試。

（1） 傳感器的安裝方式原來(lái)是軸銷式傳感器，我們要在原傳感器上方 T 型連接板與框架上，對(duì)稱安裝兩只國(guó)產(chǎn)高溫電阻應(yīng)變式稱重傳感器。傳感器的安裝精度要求非常高，因?yàn)橐趦蓚€(gè)分離的連接板與框架之間鉆 16 個(gè)孔，而且要保證這 16個(gè)孔的相對(duì)位置精度，要不然就無(wú)法準(zhǔn)確安裝傳感器，前功盡棄。

（2） 稱重系統(tǒng)的校準(zhǔn)標(biāo)定，由于采用稱重顯示儀，校準(zhǔn)工作相對(duì)簡(jiǎn)單方便，按照說(shuō)明書即可方便進(jìn)行標(biāo)定。

（3） 稱重系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)試，由于這是最關(guān)鍵的一步，把原來(lái)的 OPENLINK 稱重單元改為托利多的稱重顯示儀，并且采用的是數(shù)字通訊模式，參數(shù)非常多，稱重顯示儀與精確出鋁主控板之間、稱重顯示儀與吊線盒小顯示表之間，與原來(lái)的 OPENLINK 稱重單元大不一樣，必須對(duì)這些參數(shù)一個(gè)一個(gè)的調(diào)試配置，用電腦讀出各個(gè)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)格式、通訊協(xié)議，對(duì)照數(shù)據(jù)位進(jìn)行修改，最后得到滿意的效果。以上三方面的工作經(jīng)過(guò)一段時(shí)間技術(shù)和物質(zhì)的準(zhǔn)備，已逐一落實(shí)解決，具備實(shí)施的條件。

在實(shí)施過(guò)程中，由于牽涉高空作業(yè)，必須按照高空作業(yè)要求做好防護(hù)措施，防止摔傷、砸傷。天車電子秤傳感器改造示意圖，如圖 2 所示。

改造后的原理框圖

五、經(jīng)濟(jì)、安全環(huán)保及社會(huì)效益分析：

從 1#PTM 天車試改造的情況，以及氟化鹽天車使用托利多儀表及國(guó)產(chǎn)稱重傳感器的情況來(lái)看，故障率極低。氟化鹽天車使用太平洋稱重工程公司的稱重傳感器 11 年，更換過(guò)一只傳感器，儀表，基本上沒壞過(guò)。

改造前后備件對(duì)比，如表 2 所示。

從改造前、后的備件對(duì)比來(lái)看，改造前的進(jìn)口備件非常昂貴，而改造后的國(guó)產(chǎn)備件卻便宜得多。

更換不可靠的 OPENLINK 稱重單元為國(guó)產(chǎn)稱重控制器，并且配備新型的 GS- DIC- 04T 精確出鋁主控板，去掉自動(dòng)出鋁執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，直接控制電磁閥出鋁，并且提供超載欠載保護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)單、可靠性更高、故障率大大降低。提高稱量精度，誤差±20kg，出鋁過(guò)程非常平穩(wěn)，滿足了精確出鋁的要求。

六、結(jié)束語(yǔ)

基于在 1# 天車上成功經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)?/span> 2015 年上半年陸續(xù)對(duì)其余四臺(tái)天車進(jìn)行改造，效果非常好。經(jīng)過(guò)改造，這五臺(tái)天車每年只節(jié)省更換備件的費(fèi)用就達(dá) 25 萬(wàn)元左右，而且故障率非常低，操作更簡(jiǎn)單，稱量精度高。通過(guò)這次改造，使我認(rèn)識(shí)到，對(duì)于一些設(shè)計(jì)上的“硬傷”，比如本次改造中的軸銷式傳感器應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)環(huán)境，應(yīng)大膽地通過(guò)技術(shù)原理分析、比較，進(jìn)行徹底的改造，以達(dá)到一個(gè)好的效果。