本文从现状、可行性、实施效果等几方面介绍了一种铝用天车电子秤技术改造设计方案。

一、引言

电解铝用天车是电解铝生产的核心关键设备之一，在整个电解铝生产工艺中起着至关重要的作用。四川启明星铝业有限责任公司 （以下简称“公司”） 的电解铝用天车总共有六台，其中五台为法国 ECL 天车，其功能非常全面，包括出铝、加料、换极、台母线、打壳、捞渣等功能。精确出铝就是电解铝用天车的一项重要功能，用于按计划精确控制从电解槽中吸出铝的量。这个功能对稳定电解铝生产工艺，保证电解槽铝水平、物料平衡非常重要。

二、项目概况

现在公司的电解 ECL 天车电子称重系统采用轴销式称重传感器配 OPENLINK 称重单元和精确出铝系统的称重方式，经过十多年的运行，我们发现这种称重方式存在很多问题，造成现在电子秤故障率高，严重影响电解的正常生产运行。其表现为：

（1） 称量不准，在传感器的安装方式上，由轴销式传感器插入关节轴承，通过关节轴承传力到传感器上使传感器输出重量信号。这就要求关节轴承随时保证非常灵活，但由于现场环境非常恶劣，导致关节轴承经常出现卡死现象，称重传感器为精密元件，一旦出现卡涩现象，出现与垂直向下的分力的情况，就会出现较大的误差，而使称重不准确。

（2） 出现问题后，由于传感器的安装技术要求高，拆装困难，每次拆装校准一次将安排 4 人花费 10 小时 ~15 小时，严重影响电解生产。

（3） 称重传感器和 OPENLINK 称重单元均为进口备件，价格昂贵，称重传感器 4 万多一个，OPENLINK 称重单元 2 万元一个。

（4） 操作不方便，故障率高。OPENLINK 称重单元无面板显示无操作按钮，每次操作必须用笔记本电脑通过 RS232 进行操作，非常不方便。而且 OPENLINK 称重单元无防尘设计，在电解这种高温高粉尘强电磁场环境下故障率也非常高。

2013 年更换部件的情况如表 1 所示。

每年更换备件的费用就有 25 万左右 （包括修旧利废的备件）。

（5） 经常拆装传感器，导致传感器、关节轴承与 T 型板间的配合间隙变大，使传感器、关节轴承在 T 型板之间经常串动 （4#，5#PTM 表现非常明显，每两三天要进行一次拨正处理），出现较大的误差，而使称重不准确。所以到了不得不改的地步。

（6） 称重传感器为进口备件，采购周期长。

（7） 今后电解满负荷生产，故障率可能还会进一步提高。

三、技术方案可行性分析

通过充分的准备，2014 年的 1 月 16 日，在1#PTM 上率先开始改造，并获得成功。改造后，经过近一年的使用观察，效果非常理想。

（1） 由于采用固定安装方式，没有可动部件，彻底解决了轴销传感器因卡涩影响称重的问题。

（2） 减少故障率，1# 天车电子秤已稳定运行近一年，通过使用观察，基本实现零故障。

（3） 对称安装两只传感器，提高称量精度，误差:±20kg，出铝过程非常平稳，满足了精确出铝的要求。

（4） 国产传感器便宜，一台天车两只传感器8290 元，并且到货周期短。

（5） 拆装方便，缩短了检修时间，提高了天车的正常开动率，避免对电解生产的影响。

（6） 选用高温型传感器，工作环境温度为- 40℃～250℃，可在电解环境下长期使用。

（7） 由于采用两只传感器对称安装，即使其中一只坏了，仍可甩开坏传感器，以单传感器方式应付电解紧急生产所需。

（8） 更换不可靠的 OPENLINK 称重单元为国产称重控制器，并且配备新型的精确出铝主控板，去掉自动出铝执行机构系统，直接控制电磁阀出铝，并且提供超载欠载保护，使整个系统操作更简单，可靠性更高，故障率大大降低。

（9） 如果在五台天车上推广，每年将节省更换备件的费用二三十万。

四、详细实施方案

在原传感器上方 T 型连接板与框架上 （如图 1所示），对称安装两只国产高温电阻应变式称重传感器。

传感器的选择：根据安装空间尺寸的限制与以往使用经验，结合各种技术参数，选用CZL- YB- 17Ⅲ- HT7型高温电阻应变式称重传感器。

安装：脱开图示位置 T 型连接板与框架的连接螺栓，根据传感器尺寸钻孔，把传感器安装在 T型连接板与框架之间，并对称重仪表进行实物标定。

技术难点：技术性难度最大的地方是传感器的改造安装和系统调试。

（1） 传感器的安装方式原来是轴销式传感器，我们要在原传感器上方 T 型连接板与框架上，对称安装两只国产高温电阻应变式称重传感器。传感器的安装精度要求非常高，因为要在两个分离的连接板与框架之间钻 16 个孔，而且要保证这 16个孔的相对位置精度，要不然就无法准确安装传感器，前功尽弃。

（2） 称重系统的校准标定，由于采用称重显示仪，校准工作相对简单方便，按照说明书即可方便进行标定。

（3） 称重系统系统调试，由于这是最关键的一步，把原来的 OPENLINK 称重单元改为托利多的称重显示仪，并且采用的是数字通讯模式，参数非常多，称重显示仪与精确出铝主控板之间、称重显示仪与吊线盒小显示表之间，与原来的 OPENLINK 称重单元大不一样，必须对这些参数一个一个的调试配置，用电脑读出各个数据接口的数据，分析数据格式、通讯协议，对照数据位进行修改，最后得到满意的效果。以上三方面的工作经过一段时间技术和物质的准备，已逐一落实解决，具备实施的条件。

在实施过程中，由于牵涉高空作业，必须按照高空作业要求做好防护措施，防止摔伤、砸伤。天车电子秤传感器改造示意图，如图 2 所示。

改造后的原理框图

五、经济、安全环保及社会效益分析：

从 1#PTM 天车试改造的情况，以及氟化盐天车使用托利多仪表及国产称重传感器的情况来看，故障率极低。氟化盐天车使用太平洋称重工程公司的称重传感器 11 年，更换过一只传感器，仪表，基本上没坏过。

改造前后备件对比，如表 2 所示。

从改造前、后的备件对比来看，改造前的进口备件非常昂贵，而改造后的国产备件却便宜得多。

更换不可靠的 OPENLINK 称重单元为国产称重控制器，并且配备新型的 GS- DIC- 04T 精确出铝主控板，去掉自动出铝执行机构系统，直接控制电磁阀出铝，并且提供超载欠载保护，使整个系统操作更简单、可靠性更高、故障率大大降低。提高称量精度，误差±20kg，出铝过程非常平稳，满足了精确出铝的要求。

六、结束语

基于在 1# 天车上成功经验，我们在 2015 年上半年陆续对其余四台天车进行改造，效果非常好。经过改造，这五台天车每年只节省更换备件的费用就达 25 万元左右，而且故障率非常低，操作更简单，称量精度高。通过这次改造，使我认识到，对于一些设计上的“硬伤”，比如本次改造中的轴销式传感器应用于电解铝生产环境，应大胆地通过技术原理分析、比较，进行彻底的改造，以达到一个好的效果。