本文從現狀、可行性、實施效果等幾方面介紹了一種鋁用天車電子秤技術改造設計方案。

一、引言

電解鋁用天車是電解鋁生產的核心關鍵設備之一，在整個電解鋁生產工藝中起著至關重要的作用。四川啟明星鋁業有限責任公司 （以下簡稱“公司”） 的電解鋁用天車總共有六臺，其中五臺為法國 ECL 天車，其功能非常全面，包括出鋁、加料、換極、臺母線、打殼、撈渣等功能。精確出鋁就是電解鋁用天車的一項重要功能，用于按計劃精確控制從電解槽中吸出鋁的量。這個功能對穩定電解鋁生產工藝，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 天車電子稱重系統采用軸銷式稱重傳感器配 OPENLINK 稱重單元和精確出鋁系統的稱重方式，經過十多年的運行，我們發現這種稱重方式存在很多問題，造成現在電子秤故障率高，嚴重影響電解的正常生產運行。其表現為：

（1） 稱量不準，在傳感器的安裝方式上，由軸銷式傳感器插入關節軸承，通過關節軸承傳力到傳感器上使傳感器輸出重量信號。這就要求關節軸承隨時保證非常靈活，但由于現場環境非常惡劣，導致關節軸承經常出現卡死現象，稱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，就會出現較大的誤差，而使稱重不準確。

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

（3） 稱重傳感器和 OPENLINK 稱重單元均為進口備件，價格昂貴，稱重傳感器 4 萬多一個，OPENLINK 稱重單元 2 萬元一個。

（4） 操作不方便，故障率高。OPENLINK 稱重單元無面板顯示無操作按鈕，每次操作必須用筆記本電腦通過 RS232 進行操作，非常不方便。而且 OPENLINK 稱重單元無防塵設計，在電解這種高溫高粉塵強電磁場環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 萬左右 （包括修舊利廢的備件）。

（5） 經常拆裝傳感器，導致傳感器、關節軸承與 T 型板間的配合間隙變大，使傳感器、關節軸承在 T 型板之間經常串動 （4#，5#PTM 表現非常明顯，每兩三天要進行一次撥正處理），出現較大的誤差，而使稱重不準確。所以到了不得不改的地步。

（6） 稱重傳感器為進口備件，采購周期長。

（7） 今后電解滿負荷生產，故障率可能還會進一步提高。

三、技術方案可行性分析

通過充分的準備，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，經過近一年的使用觀察，效果非常理想。

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

（2） 減少故障率，1# 天車電子秤已穩定運行近一年，通過使用觀察，基本實現零故障。

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

（4） 國產傳感器便宜，一臺天車兩只傳感器8290 元，并且到貨周期短。

（5） 拆裝方便，縮短了檢修時間，提高了天車的正常開動率，避免對電解生產的影響。

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

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

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

（9） 如果在五臺天車上推廣，每年將節省更換備件的費用二三十萬。

四、詳細實施方案

在原傳感器上方 T 型連接板與框架上 （如圖 1所示），對稱安裝兩只國產高溫電阻應變式稱重傳感器。

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

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，并對稱重儀表進行實物標定。

技術難點：技術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，對稱安裝兩只國產高溫電阻應變式稱重傳感器。傳感器的安裝精度要求非常高，因為要在兩個分離的連接板與框架之間鉆 16 個孔，而且要保證這 16個孔的相對位置精度，要不然就無法準確安裝傳感器，前功盡棄。

（2） 稱重系統的校準標定，由于采用稱重顯示儀，校準工作相對簡單方便，按照說明書即可方便進行標定。

（3） 稱重系統系統調試，由于這是最關鍵的一步，把原來的 OPENLINK 稱重單元改為托利多的稱重顯示儀，并且采用的是數字通訊模式，參數非常多，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，與原來的 OPENLINK 稱重單元大不一樣，必須對這些參數一個一個的調試配置，用電腦讀出各個數據接口的數據，分析數據格式、通訊協議，對照數據位進行修改，最后得到滿意的效果。以上三方面的工作經過一段時間技術和物質的準備，已逐一落實解決，具備實施的條件。

在實施過程中，由于牽涉高空作業，必須按照高空作業要求做好防護措施，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、經濟、安全環保及社會效益分析：

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產稱重傳感器的情況來看，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，更換過一只傳感器，儀表，基本上沒壞過。

改造前后備件對比，如表 2 所示。

從改造前、后的備件對比來看，改造前的進口備件非常昂貴，而改造后的國產備件卻便宜得多。

更換不可靠的 OPENLINK 稱重單元為國產稱重控制器，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，使整個系統操作更簡單、可靠性更高、故障率大大降低。提高稱量精度，誤差±20kg，出鋁過程非常平穩，滿足了精確出鋁的要求。

六、結束語

基于在 1# 天車上成功經驗，我們在 2015 年上半年陸續對其余四臺天車進行改造，效果非常好。經過改造，這五臺天車每年只節省更換備件的費用就達 25 萬元左右，而且故障率非常低，操作更簡單，稱量精度高。通過這次改造，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式傳感器應用于電解鋁生產環境，應大膽地通過技術原理分析、比較，進行徹底的改造，以達到一個好的效果。