西门子称重给料机在水泥行业的选用经验浅谈
日期：2009-4-13 23:41:34 来源：中国工控网
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摘要：文章结合作者的实际经验，介绍西门子称重给料机在水泥行业的典型应用、工作原理、
结构组成以及选型要点。
关键词：称重给料机 直接承重式 水泥 PID 控制
Abstract：Combine the experience of .the writer, it introduced Siemens weighing feeder
products typical applications in cement process, work principle, configuration and the key
points to selected.
Keywords:Weighing Feeder; Direct-Loading; Cement; PID Control
一、概述
物料计量与定量给料是水泥工业发展的基础，是实现生产过程自动化，保证产品产量、
质量、降低能耗，进行全面质量管理和经济分析的重要手段。现代化的水泥厂自动定量给料
计量设备已是工艺流程中重要设备之一。
在现代新型干法水泥生产中，原料站的配料、分解炉的煤粉输送计量控制、水泥配料等
一些粉体物料的计量控制，对水泥工业产品的产量、质量起着至关重要的作用。因此如何保
证粉状物体在配料控制过程中的稳定性、快速的响应能力和长短期精度，是目前每个水泥企
业所必须面对和解决的问题。
华润水泥控股现有公司成立至今已经建设近10条水泥干法生产线，也选用了不少厂家
的采用不同技术类型的称重给料机。在长期的使用过程中，我们发现不同类型的称重给料机
所体现出来的性能特点是完全不同的，对生产的产品质量、效率和维护成本有很大的影响。
二、工作原理及结构组成
称重给料机(Weighing Feeder)，有些国外厂商也称之为称量皮带给料机(Weigh Belt
Feeder)、定量给料机（Constant Feed Weigher）。
2.1、工作原理
称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；装在尾部滚筒或旋转设备上的数字式测速传感器，连续测量给料速度，该速度传感器的脉冲输出正比于皮带速度；速度信号与重量信号一起送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时流量。给料控制器将该流量与设定流量进行比较,由控制器输出信号控制变频器调速，实现定量给料的要求
（如图1）。
2.2、结构组成结构组成
称重给料机的核心部分是皮带秤（如图 2）。皮带秤的主要组成由秤架、积算仪和速度
传感器组成；而称重给料机系统的结构特点和精度主要由皮带秤的设计结构决定。也就是没有称重承载器。同其他秤架结构相比，它具有结构简单、设计紧凑；安装维护方便；
模块化设计，通用性好；以及精度高等特点
结构简单，设计紧凑
直承式秤架结构保证了物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上，皮重、料重
一起称，所以秤架结构非常简单，重量也非常轻。
安装维护方便
由于直承式秤架结构非常小巧紧凑，没有可动部件，也不存在诸如支点磨损等问题。同其他秤架结构相比，水平面方向的表面积非常小，不容易因为积灰（挂料）而引起零点变化。
秤架具有模块化特点，通用性好
秤架结构不仅简单，对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好，除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外，其余部分几乎是一样的。同时，模块化设计结构大大减少了维修和更换备件的工作量和成本。
秤架精确度高
由于采用的是高精确度专利产品三重梁平行四边形称重传感器，能完全避免皮带与托棍间摩擦产生的水平力对皮带秤精度的的影响，，其重复性是 0.01%，非线性和滞后均为0.02%。这样的高精确度对于称重给料机的名义精确度0.5%来说不仅足够，而且还有余地。因为采用直接承重式结构，也相应减少了因这些部件带来的测量精确度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。
另外，西门子公司皮带秤结构还采用了单托辊双传感器的设计结构也很有特点，既保证
了整个称重系统的平衡性（两点支撑），同时可以保证在布料布料不均匀时，可以通过配平
(Balance)技术将系统精度保持在最理想的状态。
3.2、秤体秤体结构结构
以前，我们在选择称重给料机时，对于称重给料机的整体秤架结构设计、材料、制造工艺等并不是很注意，但是在我厂的使用过程发现，很多称重给料机在安装初期的使用，基本上还能保证正常时，甚至达到较高的精度，但是在使用不到 1 年的时间内，秤体的整体结构开始变形，从而导致整个秤的精度无法保证。在秤体轻微的变形时，通过不同地做标定还能纠正称重给料机的精度，但是如果秤体变形严重的话，只能进行大修改造，甚至将秤架整体进行更换，即造成了投资成本的很大浪费，而增加巨大的维护成本。
我们也探讨过这种问题发生的原因，其实主要还是因为生产厂家在设计制造秤架过程中，所采用的秤体钢板材料过于单薄、制造比较简单所致。
西门子公司作为一家老牌的德国公司，在制造工艺方面显示了其一丝不苟、精益求精的
态度：
整体秤架全部采用6mm冷轧钢板；
不同国内外大部分厂家普遍采用焊接或工字钢的设计结构，西门子 WF 系列称重给料控制功能组合，基本上满足水泥行业应用的要求。
机整体采用了折钢技术，全部用螺栓连接，整体无焊缝；
采用悬臂式皮带结构，使安装更换环形皮带变得非常方便，基本上不需要拆卸任何部件，就能迅速地完成皮带更换的工作，而作为易耗件，皮带的更换工作是不可避免的；
秤体表面全部采用最高级的烤漆工艺，不同于以往的喷漆和涂漆工艺，该工艺不仅仅使得秤体表面外观非常光滑，而且可以保证秤体表面即使在风吹雨淋、现场由酸性气体腐蚀的情况下，仍能保证长年表面完整。避免了以往几乎每年都需要对秤体进行刷漆的维护工作，而些秤体油漆太过于“淡薄”，常常用了不到半年就因为油漆脱漏而生锈。
据西门子方介绍，西门子一般设计的称重给料机产品基本上都是按照高标准、长寿命的目标去执行的，从称重给料机的这些设计制造细节来看，是可以令人信服的。
3.3、控制系统控制系统(积算仪积算仪)
一般地讲，配料所用的称重给料机的控制器分为三种模式：单机控制器、机组控制器、PLC 型控制器。
单机控制器一般采用和皮带秤配套的带控制功能的积算仪或采用以单片机技术为基础的控制器来实现，优点是配置灵活，与称重给料机一一对应使用，一台设备出现故障不影响其他设备工作，属于分布式控制；缺点是能实现的功能受到限制，经常需要配其他控制系统才能实现较为复杂的控制功能。
机组控制器是以PC总线工控机为基础，优点是功能强大，操作直观方便，属于集中控制；缺点是系统可靠性不高，目前采用这种方式的厂家并不是很多。
PLC 型控制器是以PLC 这种目前在工业生产中普遍采用的控制设备为硬件，通过软件组态实现配料的功能。优点是：组态方式灵活、通讯方式多样、性价比很高，特别适合多台称重给料机共同组成较大型的配料系统的应用；缺点是：目前很多公司采用 PLC 的 I/O 输入功能直接接受来自称重传感器的模拟量信号，不仅精度很差，而且抗干扰能力很弱，在有些单位还出现过系统整体失控的严重事故。西门子公司推出了和Siemens Simatic 系统完全兼容的Siwarex FTC的解决方案很好弥补这种方案的不足。
西门子公司的WF系列称重给料机目前主要采用多功能积算仪BW500作为控制核心元件的方案。
BW500 积算仪是为皮带秤和称重给料机设计的功能强大的PID 功能可用于称重给料机的流量控制，可控积算仪，真正的双制恒定载荷或给料量。
具有专利技术的双称重传感器（最多四个传感器）平衡功能，能排除不均匀侧向负荷的影响，不需传感器匹配机械平衡；
具有在线标定、批量处理、湿度补偿、倾斜补偿等功能；
双路PID调节功能，可以根据不同的工艺需要设定PID的响应时间和调节范围；
有效地解决传感器的特性匹配问题, 相比于外接电位器, 可以显著提高系统的长期稳定性。
通过BW500的配置设定，可以实现多达7 种不同的PID
3.4、环形皮带环形皮带
专用的环形皮带，要求无接头、尺寸准确、单位长度重量恒定、皮带两侧边长相等。
皮带有普通平皮带、B型边皮带和裙边皮带几种，安息角很小的物料建议采用裙边皮带，
以避免物料散落，但是裙边皮带一般价格比较高。
在水泥行业应用，也有几种测量介质温度较高（超过80℃），应当选用高温皮带。
对于一些磨损比较严重的介质，建议尽量采用较厚的耐磨型皮带来延长其使用寿命。
3.5、其他电气部件其他电气部件
其他的主要部件包括：减速机、变频器等都是比较关键的部件，如选用不当也会影响称重给料机的整体性能。
四、主要应用主要应用
在水泥行业中，根据工艺不同，配料的品种和流量也稍有区别，采用称重给料机的数量也会根据设计的不同而不同。一般的讲，在水泥行业的需要采用称重给料机实现配料的地方包括：原料调配、原煤（窑头原煤入磨）和水泥调配等。
在原料调配中一般会对石灰石、粘土（高硅砂石）、铁矿粉等原料进行配料控制（如图6）。
在窑头原煤入磨位置，一般需要采用 1~2 台给煤机实现配煤。
在水泥调配中需要对熟料、火山灰、石膏、石灰石等介质进行配料。
在水泥行业的配料工艺中的应用通常流量都不是不大，一般都是在10~100 吨左右的流量控制居多。
在整体考察了西门子称重给料机的制造工艺，产品设计，同时也参考了几家国际上比较知名的水泥厂商的应用后，我们在新上马的华润(平南) 2条4500t/d 的水泥线采用了西门子WF系列称重给料机。我们相信这个决定一定会给企业带来良好的效益，并且大量节省以后的维护工作量及备件采购成本。
参考文献：
1, 张朝霞,刘翠琴．散料秤的结构原理及其在水泥行业的应用．中国建材装备．2002.3
2, 李童玉,储李德,王伟刚．影响定量给料机计量性能的因素探讨．水泥科技．2005.No.3
3, 方原柏．直接承重式电子皮带秤秤架．自动化信息．2004.12
4, 沈立人．配料系统称重准确度的考核方法．标准规范．2004.No.5
5、方原柏．电子皮带秤．北京：冶金工业出版社．2007；8
6, 胡阶明．西门子称重技术在水泥行业的应用．水泥技术．2006，3
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摘要：文章结合作者的实际经验，介绍西门子称重给料机在水泥行业的典型应用、工作原理、
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结构组成以及选型要点。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
关键词：称重给料机 直接承重式 水泥 PID 控制
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Abstract：Combine the experience of .the writer, it introduced Siemens weighing feeder
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Keywords:Weighing Feeder; Direct-Loading; Cement; PID Control
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一、概述
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物料计量与定量给料是水泥工业发展的基础，是实现生产过程自动化，保证产品产量、
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质量、降低能耗，进行全面质量管理和经济分析的重要手段。现代化的水泥厂自动定量给料
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计量设备已是工艺流程中重要设备之一。
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在现代新型干法水泥生产中，原料站的配料、分解炉的煤粉输送计量控制、水泥配料等
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一些粉体物料的计量控制，对水泥工业产品的产量、质量起着至关重要的作用。因此如何保
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业所必须面对和解决的问题。
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华润水泥控股现有公司成立至今已经建设近10条水泥干法生产线，也选用了不少厂家
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的采用不同技术类型的称重给料机。在长期的使用过程中，我们发现不同类型的称重给料机
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所体现出来的性能特点是完全不同的，对生产的产品质量、效率和维护成本有很大的影响。
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二、工作原理及结构组成
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称重给料机(Weighing Feeder)，有些国外厂商也称之为称量皮带给料机(Weigh Belt
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Feeder)、定量给料机（Constant Feed Weigher）。
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2.1、工作原理
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称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；装在尾部滚筒或旋转设备上的数字式测速传感器，连续测量给料速度，该速度传感器的脉冲输出正比于皮带速度；速度信号与重量信号一起送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时流量。给料控制器将该流量与设定流量进行比较,由控制器输出信号控制变频器调速，实现定量给料的要求
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（如图1）。
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2.2、结构组成结构组成
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称重给料机的核心部分是皮带秤（如图 2）。皮带秤的主要组成由秤架、积算仪和速度
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传感器组成；而称重给料机系统的结构特点和精度主要由皮带秤的设计结构决定。也就是没有称重承载器。同其他秤架结构相比，它具有结构简单、设计紧凑；安装维护方便；
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模块化设计，通用性好；以及精度高等特点
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结构简单，设计紧凑
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直承式秤架结构保证了物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上，皮重、料重
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一起称，所以秤架结构非常简单，重量也非常轻。
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安装维护方便
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由于直承式秤架结构非常小巧紧凑，没有可动部件，也不存在诸如支点磨损等问题。同其他秤架结构相比，水平面方向的表面积非常小，不容易因为积灰（挂料）而引起零点变化。
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秤架具有模块化特点，通用性好
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秤架结构不仅简单，对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好，除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外，其余部分几乎是一样的。同时，模块化设计结构大大减少了维修和更换备件的工作量和成本。
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秤架精确度高
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由于采用的是高精确度专利产品三重梁平行四边形称重传感器，能完全避免皮带与托棍间摩擦产生的水平力对皮带秤精度的的影响，，其重复性是 0.01%，非线性和滞后均为0.02%。这样的高精确度对于称重给料机的名义精确度0.5%来说不仅足够，而且还有余地。因为采用直接承重式结构，也相应减少了因这些部件带来的测量精确度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。
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另外，西门子公司皮带秤结构还采用了单托辊双传感器的设计结构也很有特点，既保证
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了整个称重系统的平衡性（两点支撑），同时可以保证在布料布料不均匀时，可以通过配平
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(Balance)技术将系统精度保持在最理想的状态。
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3.2、秤体秤体结构结构
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以前，我们在选择称重给料机时，对于称重给料机的整体秤架结构设计、材料、制造工艺等并不是很注意，但是在我厂的使用过程发现，很多称重给料机在安装初期的使用，基本上还能保证正常时，甚至达到较高的精度，但是在使用不到 1 年的时间内，秤体的整体结构开始变形，从而导致整个秤的精度无法保证。在秤体轻微的变形时，通过不同地做标定还能纠正称重给料机的精度，但是如果秤体变形严重的话，只能进行大修改造，甚至将秤架整体进行更换，即造成了投资成本的很大浪费，而增加巨大的维护成本。
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我们也探讨过这种问题发生的原因，其实主要还是因为生产厂家在设计制造秤架过程中，所采用的秤体钢板材料过于单薄、制造比较简单所致。
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西门子公司作为一家老牌的德国公司，在制造工艺方面显示了其一丝不苟、精益求精的
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态度：
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整体秤架全部采用6mm冷轧钢板；
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不同国内外大部分厂家普遍采用焊接或工字钢的设计结构，西门子 WF 系列称重给料控制功能组合，基本上满足水泥行业应用的要求。
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机整体采用了折钢技术，全部用螺栓连接，整体无焊缝；
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采用悬臂式皮带结构，使安装更换环形皮带变得非常方便，基本上不需要拆卸任何部件，就能迅速地完成皮带更换的工作，而作为易耗件，皮带的更换工作是不可避免的；
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秤体表面全部采用最高级的烤漆工艺，不同于以往的喷漆和涂漆工艺，该工艺不仅仅使得秤体表面外观非常光滑，而且可以保证秤体表面即使在风吹雨淋、现场由酸性气体腐蚀的情况下，仍能保证长年表面完整。避免了以往几乎每年都需要对秤体进行刷漆的维护工作，而些秤体油漆太过于“淡薄”，常常用了不到半年就因为油漆脱漏而生锈。
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据西门子方介绍，西门子一般设计的称重给料机产品基本上都是按照高标准、长寿命的目标去执行的，从称重给料机的这些设计制造细节来看，是可以令人信服的。
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3.3、控制系统控制系统(积算仪积算仪)
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一般地讲，配料所用的称重给料机的控制器分为三种模式：单机控制器、机组控制器、PLC 型控制器。
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单机控制器一般采用和皮带秤配套的带控制功能的积算仪或采用以单片机技术为基础的控制器来实现，优点是配置灵活，与称重给料机一一对应使用，一台设备出现故障不影响其他设备工作，属于分布式控制；缺点是能实现的功能受到限制，经常需要配其他控制系统才能实现较为复杂的控制功能。
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机组控制器是以PC总线工控机为基础，优点是功能强大，操作直观方便，属于集中控制；缺点是系统可靠性不高，目前采用这种方式的厂家并不是很多。
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PLC 型控制器是以PLC 这种目前在工业生产中普遍采用的控制设备为硬件，通过软件组态实现配料的功能。优点是：组态方式灵活、通讯方式多样、性价比很高，特别适合多台称重给料机共同组成较大型的配料系统的应用；缺点是：目前很多公司采用 PLC 的 I/O 输入功能直接接受来自称重传感器的模拟量信号，不仅精度很差，而且抗干扰能力很弱，在有些单位还出现过系统整体失控的严重事故。西门子公司推出了和Siemens Simatic 系统完全兼容的Siwarex FTC的解决方案很好弥补这种方案的不足。
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西门子公司的WF系列称重给料机目前主要采用多功能积算仪BW500作为控制核心元件的方案。
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BW500 积算仪是为皮带秤和称重给料机设计的功能强大的PID 功能可用于称重给料机的流量控制，可控积算仪，真正的双制恒定载荷或给料量。
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具有专利技术的双称重传感器（最多四个传感器）平衡功能，能排除不均匀侧向负荷的影响，不需传感器匹配机械平衡；
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具有在线标定、批量处理、湿度补偿、倾斜补偿等功能；
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双路PID调节功能，可以根据不同的工艺需要设定PID的响应时间和调节范围；
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有效地解决传感器的特性匹配问题, 相比于外接电位器, 可以显著提高系统的长期稳定性。
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通过BW500的配置设定，可以实现多达7 种不同的PID
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3.4、环形皮带环形皮带
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专用的环形皮带，要求无接头、尺寸准确、单位长度重量恒定、皮带两侧边长相等。
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皮带有普通平皮带、B型边皮带和裙边皮带几种，安息角很小的物料建议采用裙边皮带，
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以避免物料散落，但是裙边皮带一般价格比较高。
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在水泥行业应用，也有几种测量介质温度较高（超过80℃），应当选用高温皮带。
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对于一些磨损比较严重的介质，建议尽量采用较厚的耐磨型皮带来延长其使用寿命。
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3.5、其他电气部件其他电气部件
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其他的主要部件包括：减速机、变频器等都是比较关键的部件，如选用不当也会影响称重给料机的整体性能。
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四、主要应用主要应用
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在水泥行业中，根据工艺不同，配料的品种和流量也稍有区别，采用称重给料机的数量也会根据设计的不同而不同。一般的讲，在水泥行业的需要采用称重给料机实现配料的地方包括：原料调配、原煤（窑头原煤入磨）和水泥调配等。
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在原料调配中一般会对石灰石、粘土（高硅砂石）、铁矿粉等原料进行配料控制（如图6）。
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在窑头原煤入磨位置，一般需要采用 1~2 台给煤机实现配煤。
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在水泥调配中需要对熟料、火山灰、石膏、石灰石等介质进行配料。
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在水泥行业的配料工艺中的应用通常流量都不是不大，一般都是在10~100 吨左右的流量控制居多。
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在整体考察了西门子称重给料机的制造工艺，产品设计，同时也参考了几家国际上比较知名的水泥厂商的应用后，我们在新上马的华润(平南) 2条4500t/d 的水泥线采用了西门子WF系列称重给料机。我们相信这个决定一定会给企业带来良好的效益，并且大量节省以后的维护工作量及备件采购成本。
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参考文献：
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1, 张朝霞,刘翠琴．散料秤的结构原理及其在水泥行业的应用．中国建材装备．2002.3
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2, 李童玉,储李德,王伟刚．影响定量给料机计量性能的因素探讨．水泥科技．2005.No.3
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3, 方原柏．直接承重式电子皮带秤秤架．自动化信息．2004.12
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
4, 沈立人．配料系统称重准确度的考核方法．标准规范．2004.No.5
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5、方原柏．电子皮带秤．北京：冶金工业出版社．2007；8
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6, 胡阶明．西门子称重技术在水泥行业的应用．水泥技术．2006，3
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