影響移動定量包裝精度的因素及對策

葉志剛

（北京燕山石油化工分公司，北京102500）

燕山石化二高壓裝置于2001年建成投產，生產能力為200Mt／a。該裝置有2條包裝生產線，每條生產線有6個料倉儲罐共計12個。設計選用的是英國克勞斯·理查森公司的E55型移動電子秤，單線生產能力1 200袋／小時。該移動包裝電子秤自投入使用以來，由于設備本身抗干擾能力差、精度控制一直不穩定；包裝計量精度不高、超差現象嚴重；備件匱乏造成日常包裝故障增多，嚴重影響了二高壓車間的正常生產，直接影響出廠產品的計量精度。在使用過程中甚至出現超過國家和公司規定的出廠物料精度要求的狀況，因而必須進行后續的秤校核，并將不合格包裝推下線，再將不合格的包裝進行拆袋、稱重和重新包裝，既增加了人工勞動強度，又影響了包裝的速度。若購置1臺新的包裝秤動輒幾十或上百萬元，而且從選型到安裝調試生產需幾個月時間，因而建議在現有基礎上進行技術改造。

1 包裝秤的工作原理

移動定量包裝秤可以在該生產線12個料罐下移動，其中包裝電子計量秤是重力式雙稱量斗式自動定量包裝秤，是按照事先設定的稱重程序和定量值將大批散裝物料自動分成質量相等的小份額載荷的稱重裝置。該裝置由儲料倉、給料裝置、稱重裝置、夾袋裝置、鋼結構支架、顯示控制單元、氣動系統、縫包輸送設備（選配）等組成，具有稱重設定，置零和自動零位跟蹤，自動、手動除皮，包裝動作聯鎖控制，稱重質量動態數字顯示，包裝總質量和袋數累計顯示等功能。

定量包裝秤的初始工作狀態：給料裝置、稱重裝置關閉，夾袋裝置處于松開狀態。在包裝秤進入自動運行狀態后，操作工按動啟動開關向系統發出稱重啟動信號，同時控制顯示器去皮置零，給料裝置工作，開始往稱量斗中進行粗給料。物料在進入稱量斗過程中，物料的質量信號經傳感器檢測轉變為模擬電信號送入稱重顯示控制器，經前置放大和A／D轉換為數字信號，以便進行質量計算及控制。當物料質量達到預置提前量時，系統發出控制信號使給料裝置進行細給料，當物料質量達到最終值時，系統發出控制信號使給料裝置停止工作，稱量結束。包裝機將包裝袋套到位后，夾袋到位光電開關向系統發出卸料允許信號，系統控制稱量門開啟，物料進入包裝袋內，然后控制夾袋機構松開，包裝袋自動落下，由輸送機送走縫包。在適當的時間內，包裝機套袋，進入下一個循環單元。如此循環往復自動運行。

2 影響包裝計量的幾個因素及改進措施

2.1 儲料倉中料位和物料特性的影響與對策

由于該包裝計量使用的是直落式給料方式，依靠物料自身的重力流動完成供料，因而儲料倉中料位的高低決定了物料正壓力的大小，是穩定供給物料的保證。在相同的控制供料閥門開度下，物料正壓力的不同，控制品質也會受其影響，如物料的形狀、吸潮性、黏度、堆密度和摩擦力等因素都會影響物料在容器中的流動性。有的物料顆粒小、堆密度高，則流動性好；有些物料顆粒大、堆密度小，則流動性差；有些物料受溫度、濕度影響，流動性也會隨之變化。為克服上述原因對計量的影響，筆者在儲料倉下端給料裝置上端的分料倉上增加物料流速調節的斜插擋板，通過調節插板插入深度調節由于料位和物料流動特性改變帶來的影響，保證物料的穩定供給，確保給料控制的有效。

2.2 給料控制的影響及對策

給料執行機構是包裝計量的核心，計量的準確度很大程度上取決于此。改造前的執行機構多采用汽缸執行機構，包裝車間粉塵較大，汽缸在此種惡劣條件下行程都會受到影響，而且汽缸易受氣壓影響，從而影響氣缸動作速度，導致系統不能穩定的工作，影響稱量的準確度。原執行機構故障率高且隨機性大，無法從參數設置上予以克服；汽缸行程固定可調性小，粗、細給料口的大小固定沒有可調性。如何有效控制向稱量斗中加添物料，是定量秤設計的關鍵技術之一。粗、細給料比例的確定直接影響到稱量準確度的高低和稱量速度的快慢，在一定的時間內要提高計量速度，給料口的大小是影響效率的重要因素。除粗、細給料量的控制方法影響稱量準確度外，中間飛料量的控制也是直接影響稱量準確度的一項重要因素，而中間飛料量的影響除前文所講的儲料倉的料位是穩定飛量大小的因素外，給料口到稱量斗中物料之間的距離也會直接影響稱量準確度。

為了更加穩定給料，徹底改變給料執行機構工作方式，由舊秤的汽缸給料方式改為伺服電機給料，由于變頻調速電動伺服機構的使用，使給料機構更加精準、更加易于控制，給料口的開度有更大的調節范圍，調整更加方便快捷，改善了因汽缸執行機構工作的不穩定和給料口開度對下料計量的影響，同時降低了執行機構的故障率和維修勞動強度，提高了包裝精度。在結構設計時，盡量縮短給料口距稱量斗的距離，以減少中間飛料量的大小，減小稱量誤差。同時，還應在給料口處設計一分料機構，以縮短飛料的行程和減小下料的沖擊。

2.3 稱量斗穩定性的影響和對策

稱量斗由原來的采用鋼絲平衡改為固定式安裝。改造后采用3只平行梁式稱重傳感器將稱量斗用螺栓固定在框架上，無論是在加放料還是開關料門時，稱量斗均不會產生晃動。用3支傳感器固定吊掛取代原來的2只傳感器固定吊掛稱重方式，使稱重料斗在工作時處于非常穩定的狀態，而且稱重傳感器可快速復位置零，該種方式可以避免由于結構的局限而影響測量精度。同時，還應注意安裝尺寸的一致性，防止產生安裝應力。安裝傳感器的時候，注意包裝秤的水平度和垂直度，注意對平行梁稱重傳感器在稱量時偏載產生的誤差，必要時應對應變梁進行修正。

2.4 平臺振動的影響及對策

移動包裝電子秤為了設計成可以移動的平臺，其自身的穩定性遠不如固定式包裝電子秤，平臺和稱重部分是剛性連接，振動極易干擾計量。另稱量斗、給料機構、夾袋機構和稱重傳感器等均組合在一個框架上，框架的穩定與否也會影響計量性能的穩定。特別是采用雙稱量斗組合結構時，系統結構的剛度不足，雙稱量斗在交替工作時，會產生互相干擾。

為了克服推袋器、縫包機、傳送帶、上袋器、下料機構等振動源均對稱重造成的影響，更換先進的推袋方式，加固平臺并改善平臺固定裝置。在秤體與平臺之間加入減振墊，連接方式由原來的硬連接改為軟連接，這些改進措施對克服振動對計量稱重的影響，保證計量精度起到了一定的效果。

2.5 空氣流動和粉塵的影響及對策

在整個計量過程中，當物料在加載或排放時，流動的物料，必然帶動容器中氣體的流動，加入多少立方的物料必須排出多少立方的氣體，氣體的流動也會影響稱量斗的晃動，對稱量斗產生浮力和壓力。同時，物料中的粉塵也會隨之流動，生產過程中需進行粉塵處理，克服吸力對稱重的影響。

由于氣壓的影響，稱量斗的穩定時間明顯加長，稱重控制品質明顯變壞。要克服由于空氣流動和除塵帶來的影響，必須保證氣流的平衡。因此，筆者將下料斗的側門由鐵板更換為帶透氣的紗門，并在給料機構增設呼吸紗門，既防止粒料的飛濺又確保氣流的平衡，克服了由于氣壓不平衡帶來的計量偏差。

2.6 包裝秤電氣系統改造

舊的包裝秤的配電相當復雜，所有的控制電路采用中間繼電器和時間繼電器來完成，因而維修困難。而且包裝現場的溫度和粉塵使這些電器元件的工作不穩定，故障率相當高。改造去除所有的中間繼電器和時間繼電器，用PLC實現對變頻器、秤斗、稱量儀表、伺服控制器的控制。改裝后的電氣柜內包含1個PLC、2個繼電器、2個固態繼電器及幾個變壓器，簡捷和可靠的電路裝置使包裝秤的故障率大幅降低。

2.7 稱重控制器的改進

原有控制器控制復雜，自適應性差，不能在線修改和調整，不利于日常使用與維護。改造后采用F800控制器，實現了在線操作調整，從而使下料控制模式更加簡便、靈活，提高了可操作性；具有自動調整、三級給料控制及自動落差補償等功能；強有力的可調式模擬濾波器、數字濾波器及移動平均等多種數字處理功能，可以消除因機械振動、外部沖擊等對計量精度及速度的影響，大幅提高了計量精度。

2.8 稱重速度的提高

為減小落差補償時間對稱量速度的影響，引入禁止比較判別和分組檢測的概念來提高速度。禁止比較判別是在前級給料結束后，通過延時后再進行信號判別的方式來克服沖擊值的影響，增大前級給料量，來提高稱量速度；分組檢測則是應用數學統計及誤差分析原理對稱重數據進行抽檢，由于不是對所有數據都檢測并加以記錄，所以對于不記錄的數據則可以不必等待秤體穩定，達到節省時間的目的，從而在保證精度的情況下提高了計量速度。

3 改造前后計量數據對比分析

系統改造后，通過每天對電子秤進行巡檢和抽樣，每天每臺秤抽檢記錄15個數據。為核算計量精度，在改造前后各1個月的抽檢數據中分別抽取連續3天15個數據作為樣本，采用均值和標準差公式求解得出4臺秤的實際精度，改造前后抽檢數據對比分析如圖1所示。

圖1 改造前后抽檢數據對比分析

稱重控制為25kg，從圖1可以看出，改造后與改造前相比，偏差偏離標準值明顯變小，且改造后穩定性更好。由上述隨機抽檢15組數據分析可知，改造前電子秤的樣本均值為 （25.029＋25.031＋25.033＋25.037）／4＝25.033kg，改造后電子秤的樣本均值為（25.000＋24.998＋25.004＋25.003）／4＝25.002kg。改造前每條生產線上電子秤的精度實際已經低于過去設計值0.2%的精度要求，這對生產是很不利的。改造后每臺電子秤計量精度在2‰基礎上，進一步達到了1‰，把產品包裝偏差控制在了1‰（±25g）范圍內，改造取得了預想的效果。

4 效益估算

系統改造成本60萬元，系統改造所帶來的經濟效益，主要從精度提高方面進行估算。從實際的抽樣數據看，改造前電子秤的樣本均值為25.033kg，改造后電子秤的樣本均值為25.002kg，則改造后每袋物料平均可以減少30.85g的計量損失。假設按照二高壓裝置產能0.2Mt／a計算，每噸物料可包裝40袋，每噸價格按照人民幣12 000元計算，則由于精度提高帶來的效益近300萬元。

5 結束語

改造后的電子秤經過一段時間的運行，系統性能穩定、工作可靠、計量準確、自適應能力強、包裝效率高、故障率低，較好地克服了原有移動包裝電子秤的一些缺點。由于此次改造不僅更換了高精度的稱重傳感器，而且從影響電子秤系統計量精度的每個環節都進行了相應地改造，并且從安裝方法到調試技巧都進行了仔細的研究和試驗，使電子秤的最終稱量精度高于設計值的0.1%，徹底解決了影響移動包裝電子秤的諸多問題，有效控制了產品不合格率，提高了經濟效益。

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