化工企業(yè)定量包裝計(jì)量監(jiān)測信息化應(yīng)用

劉洋

中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司 儀表和計(jì)量中心（浙江 寧波 315200）

某企業(yè)聚烯烴包裝車間擁有8 條25 kg 定量包裝線，年出廠約100×104t。包裝計(jì)量檢驗(yàn)采用每條線每小時(shí)隨機(jī)抽樣10包的方法，抽檢樣本代表性不足，沒有起到抽檢的效果。因此技術(shù)人員嘗試將包裝線復(fù)檢秤稱量讀數(shù)采集到數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)分析后真實(shí)有效地反映定量包裝的計(jì)量情況，確保包裝計(jì)量符合國家貿(mào)易要求，同時(shí)保障包裝凈含量滿足客戶權(quán)益。

1 人工計(jì)量檢驗(yàn)抽檢的缺陷

聚烯烴包裝車間有8 條25 kg 定量包裝線。原計(jì)量抽檢方式是每條線每小時(shí)隨機(jī)抽取10包，用電子臺(tái)秤稱重記錄，要求平均凈重不得低于25 kg。

從國家批量商品凈含量的要求[1]中，用抽樣方法評定一個(gè)檢驗(yàn)批的定量包裝商品，應(yīng)當(dāng)按照表1規(guī)定的抽樣方案進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)和計(jì)算。

按照表1 規(guī)定的計(jì)量檢驗(yàn)抽檢方案抽檢，樣本平均實(shí)際含量符合要求后，可判別該檢驗(yàn)批次符合要求，置信度為99.5%。

從表1中可知該包裝車間選用抽取樣本數(shù)量為n=10，那么對應(yīng)的檢驗(yàn)批量N應(yīng)該為11~50 區(qū)間內(nèi)，但實(shí)際上定量包裝生產(chǎn)線包裝生產(chǎn)能力達(dá)到1 200 包/h 以上。按照表1 要求應(yīng)以每小時(shí)包裝產(chǎn)品N=1 200 作為一個(gè)檢驗(yàn)批次，抽樣方案應(yīng)該選取n=80。所以該包裝車間的抽樣方案不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，不能起到判別檢驗(yàn)批次的作用。

表1 計(jì)量檢驗(yàn)抽樣方案

如果按照規(guī)定抽樣，8條25 kg包裝線工作量每小時(shí)為640 包，以人工抽樣稱量的方式需要耗費(fèi)大量的人力物力，是企業(yè)難以承受的。比較其他同類企業(yè)包裝線的計(jì)量抽檢方案，也難以達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)判斷檢驗(yàn)批合格要求的抽檢包次。面對這樣的問題，技術(shù)人員考慮運(yùn)用數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)庫技術(shù)對定量包裝線復(fù)檢秤數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步監(jiān)控和計(jì)量檢驗(yàn)運(yùn)用。

2 定量包裝線組成及復(fù)檢秤介紹

定量包裝線包括定量包裝機(jī)及配套設(shè)備、輸送線以及碼垛機(jī)三大部分組成[2]。產(chǎn)品在包裝機(jī)經(jīng)過稱量、裝袋、熱封后，通過輸送線的整形、金檢、重檢和噴碼后碼放成垛。如圖1所示。

圖1 定量包裝線示意圖

其中輸送線中包含復(fù)檢秤，其功能為：對每包產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)和重量復(fù)檢，對超過毛重標(biāo)準(zhǔn)±100 g的產(chǎn)品通過自動(dòng)剔包機(jī)從輸送線上自動(dòng)剔出[3]。以滿足國家規(guī)范規(guī)定的對定量包裝25 kg 的產(chǎn)品單包允許短缺量為1%的計(jì)量要求，同時(shí)也可以防止產(chǎn)品包裝異常超裝。如圖2所示。

圖2 包裝線復(fù)檢秤

3 復(fù)檢秤計(jì)量檢驗(yàn)

包裝線復(fù)檢秤安裝在輸送線上，對每包產(chǎn)品都進(jìn)行稱量[4]。以此作為計(jì)量檢驗(yàn)，前提有2個(gè)問題需要解決。

1）復(fù)檢秤稱量的準(zhǔn)確性和可靠性[5]。要考慮復(fù)檢秤為動(dòng)態(tài)稱量，機(jī)械變化和振動(dòng)會(huì)造成測量結(jié)果波動(dòng)。每年定期委托地區(qū)計(jì)量院按照國家檢定規(guī)程對復(fù)檢秤嚴(yán)格檢定[6]，計(jì)量溯源確定符合III 級秤計(jì)量要求；加強(qiáng)復(fù)檢秤和電子臺(tái)秤間的比對監(jiān)督。車間要求每班次在包裝線穩(wěn)定運(yùn)行后，隨機(jī)抽取4包產(chǎn)品，用復(fù)檢秤和電子臺(tái)秤分別稱量后，不得出現(xiàn)偏差大于20 g；若偏差過大，需要用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對電子臺(tái)秤和復(fù)檢秤進(jìn)行復(fù)核校驗(yàn)。監(jiān)督控制復(fù)檢秤的準(zhǔn)確性。

2）樣本數(shù)據(jù)的記錄和追溯性。每包產(chǎn)品在復(fù)檢秤上停留時(shí)間不到3 s，數(shù)據(jù)人工記錄容易出錯(cuò)，所記錄的料包需要輸送自動(dòng)碼垛，如何留樣追蹤。

考慮采用數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的模式。用網(wǎng)絡(luò)通訊方式，上傳記錄復(fù)檢秤每包稱量數(shù)據(jù)和稱量時(shí)間。同時(shí)也可根據(jù)包裝袋噴碼時(shí)間追溯到該包產(chǎn)品的存儲(chǔ)位置。

采用以上措施解決2 個(gè)問題后，記錄的復(fù)檢秤稱量數(shù)據(jù)可完全覆蓋所有包裝產(chǎn)品，計(jì)算得到整個(gè)包裝批次的平均毛凈重，與通過抽樣樣本的統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算檢驗(yàn)判別方式相比，不存在樣本代表性問題，全面數(shù)據(jù)使計(jì)量檢驗(yàn)更準(zhǔn)確。

4 復(fù)檢秤稱量數(shù)據(jù)上傳改造

在公司計(jì)量系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一款軟件，利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)將各包裝線復(fù)檢秤讀數(shù)采集起來做數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

4.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

建立三層信息網(wǎng)絡(luò)，第一層是各包裝線復(fù)檢秤，將包裝線產(chǎn)品稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。第二層是包裝車間上位機(jī)或接口機(jī)，可實(shí)時(shí)顯示各包裝線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)上傳。第三層是公司計(jì)量系統(tǒng)，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯，并以大數(shù)據(jù)分析方式展示。

4.2 復(fù)檢秤通訊改造

對所有8 條包裝線可行性調(diào)研，8 臺(tái)復(fù)檢秤控制器均具有MODBUS RTU通訊協(xié)議數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，其中6臺(tái)復(fù)檢秤數(shù)據(jù)已經(jīng)通過串口上傳至包裝線上位機(jī)WinCC系統(tǒng)，可通過現(xiàn)場敷設(shè)網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。同時(shí)公司計(jì)量管理系統(tǒng)也可以對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和批量統(tǒng)計(jì)核算。針對不同情況，制定和實(shí)施了以下2種方案。

4.2.1 方案一

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：2 臺(tái)復(fù)檢秤數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D1

2）數(shù)據(jù)采集服務(wù)：2 條線復(fù)檢秤機(jī)柜中部署一個(gè)串口通訊網(wǎng)關(guān)，將Modbus-RTU 協(xié)議轉(zhuǎn)換為Mod?bus-TCP協(xié)議，并接入數(shù)采網(wǎng)。后臺(tái)部署Modbus取數(shù)服務(wù)，讀取合格袋數(shù)及檢重結(jié)果，并進(jìn)行判斷，每當(dāng)合格袋數(shù)增加1，將檢重結(jié)果、當(dāng)前時(shí)間（以數(shù)采服務(wù)器本地時(shí)間為準(zhǔn)）及包裝線名稱上傳至計(jì)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通訊的地址見表2。

表2 數(shù)據(jù)通訊的地址

4.2.2 方案二

1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：6條線復(fù)檢秤數(shù)據(jù)進(jìn)2臺(tái)上位機(jī)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2

2）數(shù)據(jù)采集服務(wù)：現(xiàn)場有2臺(tái)上位機(jī)，在每臺(tái)上位機(jī)上部署服務(wù)，將復(fù)檢秤的稱重結(jié)果數(shù)據(jù)從L700_OPCServer 獲取，OPC 協(xié)議轉(zhuǎn)換為 Modbus 協(xié)議，使用上位機(jī)空余的串口，通過串口通訊網(wǎng)關(guān)，將Modbus-RTU協(xié)議轉(zhuǎn)換為Modbus-TCP協(xié)議，并接入數(shù)采網(wǎng)。后臺(tái)部署Modbus取數(shù)服務(wù)，讀取袋數(shù)及檢重結(jié)果，并進(jìn)行判斷，每當(dāng)袋數(shù)增加1，將檢重結(jié)果、當(dāng)前時(shí)間(以數(shù)采服務(wù)器本地時(shí)間為準(zhǔn))及包裝線名稱上傳至計(jì)量系統(tǒng)。

4.3 計(jì)量系統(tǒng)存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)界面

現(xiàn)場復(fù)檢秤讀數(shù)上傳到公司計(jì)量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫后，在計(jì)量系統(tǒng)中設(shè)置2個(gè)查看界面。

復(fù)檢秤日數(shù)據(jù)管理界面可以查看包裝線名稱、單包稱重時(shí)間、毛重、包次號等數(shù)據(jù)。管理人員設(shè)置包裝袋重、規(guī)格、偏差上下限等條件，自動(dòng)計(jì)算凈重差量。

復(fù)檢秤月數(shù)據(jù)管理界面，顯示經(jīng)數(shù)據(jù)庫篩選剔除超過100 g差量異常剔包后合格包數(shù)總和，合格凈重總和，計(jì)算每月所有包裝產(chǎn)品平均凈重。

通過以上復(fù)檢秤現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)改造和計(jì)量系統(tǒng)增加功能界面的改造，使原有人工抽檢得到簡化，節(jié)省了勞力投入[7]。實(shí)現(xiàn)計(jì)量管理人員對包裝線的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，計(jì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)反映了定量包裝線生產(chǎn)的實(shí)際情況，可以反饋指導(dǎo)裝置生產(chǎn)。可進(jìn)一步防止定量包裝凈含量偏高造成的公司效益流失。

5 建議

以上措施的應(yīng)用解決了以往計(jì)量檢驗(yàn)抽樣不夠科學(xué)，難以起到判別批次是否計(jì)量合格的弊端。在嚴(yán)格監(jiān)控復(fù)檢秤準(zhǔn)確度溯源的前提下，對包裝稱量數(shù)據(jù)全記錄監(jiān)控，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控檢驗(yàn)定量包裝計(jì)量合格的目的。對于利用稱量數(shù)據(jù)信息化處理，有以下建議：

1）部分包裝線月平均凈重高于國家要求的10 g以上。設(shè)想包裝車間年生產(chǎn)4 000 萬袋包裝產(chǎn)品，若在符合國家要求的前提下，控制每袋少裝1 g，可以為企業(yè)減少效益流失數(shù)10 萬元。實(shí)時(shí)監(jiān)控復(fù)檢秤數(shù)據(jù)變化，偏差增大時(shí)，可提醒技術(shù)人員確認(rèn)定量包裝秤運(yùn)行問題，考慮對定量包裝秤做自動(dòng)化反饋控制。

2）目前在用電子臺(tái)秤普遍具備數(shù)據(jù)上傳功能。可以結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，將準(zhǔn)確度更高的精密電子臺(tái)秤作為可移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)器具，對復(fù)檢秤定期校驗(yàn)，自動(dòng)生成校驗(yàn)記錄，出具校驗(yàn)修正數(shù)據(jù)，在計(jì)量系統(tǒng)中對復(fù)檢數(shù)據(jù)同步修正，可以得到更準(zhǔn)確的稱量結(jié)果。

3）聚烯烴產(chǎn)品牌號眾多，不同客戶需求不同牌號的產(chǎn)品。目前計(jì)量檢驗(yàn)從生產(chǎn)角度出發(fā)，不區(qū)分牌號，沒有做到客戶針對性。可能出現(xiàn)某種牌號產(chǎn)品某批次產(chǎn)品異常，而統(tǒng)計(jì)判斷不出的情況。可考慮結(jié)合工藝生產(chǎn)將記錄的包裝檢驗(yàn)數(shù)據(jù)按牌號區(qū)分后得出不同牌號的計(jì)量檢驗(yàn)結(jié)果。