本文從現狀、可行性、實(shí)施效果等幾方面介紹了一種鋁用天車(chē)電子秤技術(shù)改造設計方案。

一、引言

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

二、項目概況

現在公司的電解 ECL 天車(chē)電子稱(chēng)重系統采用軸銷(xiāo)式稱(chēng)重傳感器配 OPENLINK 稱(chēng)重單元和精確出鋁系統的稱(chēng)重方式，經(jīng)過(guò)十多年的運行，我們發(fā)現這種稱(chēng)重方式存在很多問(wèn)題，造成現在電子秤故障率高，嚴重影響電解的正常生產(chǎn)運行。其表現為：

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

（2） 出現問(wèn)題后，由于傳感器的安裝技術(shù)要求高，拆裝困難，每次拆裝校準一次將安排 4 人花費 10 小時(shí) ~15 小時(shí)，嚴重影響電解生產(chǎn)。

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

（4） 操作不方便，故障率高。OPENLINK 稱(chēng)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(chēng)重單元無(wú)防塵設計，在電解這種高溫高粉塵強電磁場(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，導致傳感器、關(guān)節軸承與 T 型板間的配合間隙變大，使傳感器、關(guān)節軸承在 T 型板之間經(jīng)常串動(dòng) （4#，5#PTM 表現非常明顯，每?jì)扇煲M(jìn)行一次撥正處理），出現較大的誤差，而使稱(chēng)重不準確。所以到了不得不改的地步。

（6） 稱(chēng)重傳感器為進(jìn)口備件，采購周期長(cháng)。

（7） 今后電解滿(mǎn)負荷生產(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)充分的準備，2014 年的 1 月 16 日，在1#PTM 上率先開(kāi)始改造，并獲得成功。改造后，經(jīng)過(guò)近一年的使用觀(guān)察，效果非常理想。

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

（2） 減少故障率，1# 天車(chē)電子秤已穩定運行近一年，通過(guò)使用觀(guān)察，基本實(shí)現零故障。

（3） 對稱(chēng)安裝兩只傳感器，提高稱(chēng)量精度，誤差:±20kg，出鋁過(guò)程非常平穩，滿(mǎn)足了精確出鋁的要求。

（4） 國產(chǎn)傳感器便宜，一臺天車(chē)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(chē)的正常開(kāi)動(dòng)率，避免對電解生產(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(cháng)期使用。

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

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

（9） 如果在五臺天車(chē)上推廣，每年將節省更換備件的費用二三十萬(wàn)。

四、詳細實(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），對稱(chēng)安裝兩只國產(chǎn)高溫電阻應變式稱(chēng)重傳感器。

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

安裝：脫開(kāi)圖示位置 T 型連接板與框架的連接螺栓，根據傳感器尺寸鉆孔，把傳感器安裝在 T型連接板與框架之間，并對稱(chēng)重儀表進(jìn)行實(shí)物標定。

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調試。

（1） 傳感器的安裝方式原來(lái)是軸銷(xiāo)式傳感器，我們要在原傳感器上方 T 型連接板與框架上，對稱(chēng)安裝兩只國產(chǎn)高溫電阻應變式稱(chēng)重傳感器。傳感器的安裝精度要求非常高，因為要在兩個(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)孔的相對位置精度，要不然就無(wú)法準確安裝傳感器，前功盡棄。

（2） 稱(chēng)重系統的校準標定，由于采用稱(chēng)重顯示儀，校準工作相對簡(jiǎn)單方便，按照說(shuō)明書(shū)即可方便進(jìn)行標定。

（3） 稱(chēng)重系統系統調試，由于這是最關(guān)鍵的一步，把原來(lái)的 OPENLINK 稱(chēng)重單元改為托利多的稱(chēng)重顯示儀，并且采用的是數字通訊模式，參數非常多，稱(chēng)重顯示儀與精確出鋁主控板之間、稱(chēng)重顯示儀與吊線(xiàn)盒小顯示表之間，與原來(lái)的 OPENLINK 稱(chēng)重單元大不一樣，必須對這些參數一個(gè)一個(gè)的調試配置，用電腦讀出各個(gè)數據接口的數據，分析數據格式、通訊協(xié)議，對照數據位進(jìn)行修改，最后得到滿(mǎn)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)要求做好防護措施，防止摔傷、砸傷。天車(chē)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、安全環(huán)保及社會(huì )效益分析：

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

改造前后備件對比，如表 2 所示。

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

更換不可靠的 OPENLINK 稱(chēng)重單元為國產(chǎn)稱(chēng)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)出鋁執行機構系統，直接控制電磁閥出鋁，并且提供超載欠載保護，使整個(gè)系統操作更簡(jiǎn)單、可靠性更高、故障率大大降低。提高稱(chēng)量精度，誤差±20kg，出鋁過(guò)程非常平穩，滿(mǎn)足了精確出鋁的要求。

六、結束語(yǔ)

基于在 1# 天車(chē)上成功經(jīng)驗，我們在 2015 年上半年陸續對其余四臺天車(chē)進(jìn)行改造，效果非常好。經(jīng)過(guò)改造，這五臺天車(chē)每年只節省更換備件的費用就達 25 萬(wàn)元左右，而且故障率非常低，操作更簡(jiǎn)單，稱(chēng)量精度高。通過(guò)這次改造，使我認識到，對于一些設計上的“硬傷”，比如本次改造中的軸銷(xiāo)式傳感器應用于電解鋁生產(chǎn)環(huán)境，應大膽地通過(guò)技術(shù)原理分析、比較，進(jìn)行徹底的改造，以達到一個(gè)好的效果。