影响移动定量包装精度的因素及对策

叶志刚

（北京燕山石油化工分公司，北京102500）

燕山石化二高压装置于2001年建成投产，生产能力为200Mt／a。该装置有2条包装生产线，每条生产线有6个料仓储罐共计12个。设计选用的是英国克劳斯·理查森公司的E55型移动电子秤，单线生产能力1 200袋／小时。该移动包装电子秤自投入使用以来，由于设备本身抗干扰能力差、精度控制一直不稳定；包装计量精度不高、超差现象严重；备件匮乏造成日常包装故障增多，严重影响了二高压车间的正常生产，直接影响出厂产品的计量精度。在使用过程中甚至出现超过国家和公司规定的出厂物料精度要求的状况，因而必须进行后续的秤校核，并将不合格包装推下线，再将不合格的包装进行拆袋、称重和重新包装，既增加了人工劳动强度，又影响了包装的速度。若购置1台新的包装秤动辄几十或上百万元，而且从选型到安装调试生产需几个月时间，因而建议在现有基础上进行技术改造。

1 包装秤的工作原理

移动定量包装秤可以在该生产线12个料罐下移动，其中包装电子计量秤是重力式双称量斗式自动定量包装秤，是按照事先设定的称重程序和定量值将大批散装物料自动分成质量相等的小份额载荷的称重装置。该装置由储料仓、给料装置、称重装置、夹袋装置、钢结构支架、显示控制单元、气动系统、缝包输送设备（选配）等组成，具有称重设定，置零和自动零位跟踪，自动、手动除皮，包装动作联锁控制，称重质量动态数字显示，包装总质量和袋数累计显示等功能。

定量包装秤的初始工作状态：给料装置、称重装置关闭，夹袋装置处于松开状态。在包装秤进入自动运行状态后，操作工按动启动开关向系统发出称重启动信号，同时控制显示器去皮置零，给料装置工作，开始往称量斗中进行粗给料。物料在进入称量斗过程中，物料的质量信号经传感器检测转变为模拟电信号送入称重显示控制器，经前置放大和A／D转换为数字信号，以便进行质量计算及控制。当物料质量达到预置提前量时，系统发出控制信号使给料装置进行细给料，当物料质量达到最终值时，系统发出控制信号使给料装置停止工作，称量结束。包装机将包装袋套到位后，夹袋到位光电开关向系统发出卸料允许信号，系统控制称量门开启，物料进入包装袋内，然后控制夹袋机构松开，包装袋自动落下，由输送机送走缝包。在适当的时间内，包装机套袋，进入下一个循环单元。如此循环往复自动运行。

2 影响包装计量的几个因素及改进措施

2.1 储料仓中料位和物料特性的影响与对策

由于该包装计量使用的是直落式给料方式，依靠物料自身的重力流动完成供料，因而储料仓中料位的高低决定了物料正压力的大小，是稳定供给物料的保证。在相同的控制供料阀门开度下，物料正压力的不同，控制品质也会受其影响，如物料的形状、吸潮性、黏度、堆密度和摩擦力等因素都会影响物料在容器中的流动性。有的物料颗粒小、堆密度高，则流动性好；有些物料颗粒大、堆密度小，则流动性差；有些物料受温度、湿度影响，流动性也会随之变化。为克服上述原因对计量的影响，笔者在储料仓下端给料装置上端的分料仓上增加物料流速调节的斜插挡板，通过调节插板插入深度调节由于料位和物料流动特性改变带来的影响，保证物料的稳定供给，确保给料控制的有效。

2.2 给料控制的影响及对策

给料执行机构是包装计量的核心，计量的准确度很大程度上取决于此。改造前的执行机构多采用汽缸执行机构，包装车间粉尘较大，汽缸在此种恶劣条件下行程都会受到影响，而且汽缸易受气压影响，从而影响气缸动作速度，导致系统不能稳定的工作，影响称量的准确度。原执行机构故障率高且随机性大，无法从参数设置上予以克服；汽缸行程固定可调性小，粗、细给料口的大小固定没有可调性。如何有效控制向称量斗中加添物料，是定量秤设计的关键技术之一。粗、细给料比例的确定直接影响到称量准确度的高低和称量速度的快慢，在一定的时间内要提高计量速度，给料口的大小是影响效率的重要因素。除粗、细给料量的控制方法影响称量准确度外，中间飞料量的控制也是直接影响称量准确度的一项重要因素，而中间飞料量的影响除前文所讲的储料仓的料位是稳定飞量大小的因素外，给料口到称量斗中物料之间的距离也会直接影响称量准确度。

为了更加稳定给料，彻底改变给料执行机构工作方式，由旧秤的汽缸给料方式改为伺服电机给料，由于变频调速电动伺服机构的使用，使给料机构更加精准、更加易于控制，给料口的开度有更大的调节范围，调整更加方便快捷，改善了因汽缸执行机构工作的不稳定和给料口开度对下料计量的影响，同时降低了执行机构的故障率和维修劳动强度，提高了包装精度。在结构设计时，尽量缩短给料口距称量斗的距离，以减少中间飞料量的大小，减小称量误差。同时，还应在给料口处设计一分料机构，以缩短飞料的行程和减小下料的冲击。

2.3 称量斗稳定性的影响和对策

称量斗由原来的采用钢丝平衡改为固定式安装。改造后采用3只平行梁式称重传感器将称量斗用螺栓固定在框架上，无论是在加放料还是开关料门时，称量斗均不会产生晃动。用3支传感器固定吊挂取代原来的2只传感器固定吊挂称重方式，使称重料斗在工作时处于非常稳定的状态，而且称重传感器可快速复位置零，该种方式可以避免由于结构的局限而影响测量精度。同时，还应注意安装尺寸的一致性，防止产生安装应力。安装传感器的时候，注意包装秤的水平度和垂直度，注意对平行梁称重传感器在称量时偏载产生的误差，必要时应对应变梁进行修正。

2.4 平台振动的影响及对策

移动包装电子秤为了设计成可以移动的平台，其自身的稳定性远不如固定式包装电子秤，平台和称重部分是刚性连接，振动极易干扰计量。另称量斗、给料机构、夹袋机构和称重传感器等均组合在一个框架上，框架的稳定与否也会影响计量性能的稳定。特别是采用双称量斗组合结构时，系统结构的刚度不足，双称量斗在交替工作时，会产生互相干扰。

为了克服推袋器、缝包机、传送带、上袋器、下料机构等振动源均对称重造成的影响，更换先进的推袋方式，加固平台并改善平台固定装置。在秤体与平台之间加入减振垫，连接方式由原来的硬连接改为软连接，这些改进措施对克服振动对计量称重的影响，保证计量精度起到了一定的效果。

2.5 空气流动和粉尘的影响及对策

在整个计量过程中，当物料在加载或排放时，流动的物料，必然带动容器中气体的流动，加入多少立方的物料必须排出多少立方的气体，气体的流动也会影响称量斗的晃动，对称量斗产生浮力和压力。同时，物料中的粉尘也会随之流动，生产过程中需进行粉尘处理，克服吸力对称重的影响。

由于气压的影响，称量斗的稳定时间明显加长，称重控制品质明显变坏。要克服由于空气流动和除尘带来的影响，必须保证气流的平衡。因此，笔者将下料斗的侧门由铁板更换为带透气的纱门，并在给料机构增设呼吸纱门，既防止粒料的飞溅又确保气流的平衡，克服了由于气压不平衡带来的计量偏差。

2.6 包装秤电气系统改造

旧的包装秤的配电相当复杂，所有的控制电路采用中间继电器和时间继电器来完成，因而维修困难。而且包装现场的温度和粉尘使这些电器元件的工作不稳定，故障率相当高。改造去除所有的中间继电器和时间继电器，用PLC实现对变频器、秤斗、称量仪表、伺服控制器的控制。改装后的电气柜内包含1个PLC、2个继电器、2个固态继电器及几个变压器，简捷和可靠的电路装置使包装秤的故障率大幅降低。

2.7 称重控制器的改进

原有控制器控制复杂，自适应性差，不能在线修改和调整，不利于日常使用与维护。改造后采用F800控制器，实现了在线操作调整，从而使下料控制模式更加简便、灵活，提高了可操作性；具有自动调整、三级给料控制及自动落差补偿等功能；强有力的可调式模拟滤波器、数字滤波器及移动平均等多种数字处理功能，可以消除因机械振动、外部冲击等对计量精度及速度的影响，大幅提高了计量精度。

2.8 称重速度的提高

为减小落差补偿时间对称量速度的影响，引入禁止比较判别和分组检测的概念来提高速度。禁止比较判别是在前级给料结束后，通过延时后再进行信号判别的方式来克服冲击值的影响，增大前级给料量，来提高称量速度；分组检测则是应用数学统计及误差分析原理对称重数据进行抽检，由于不是对所有数据都检测并加以记录，所以对于不记录的数据则可以不必等待秤体稳定，达到节省时间的目的，从而在保证精度的情况下提高了计量速度。

3 改造前后计量数据对比分析

系统改造后，通过每天对电子秤进行巡检和抽样，每天每台秤抽检记录15个数据。为核算计量精度，在改造前后各1个月的抽检数据中分别抽取连续3天15个数据作为样本，采用均值和标准差公式求解得出4台秤的实际精度，改造前后抽检数据对比分析如图1所示。

图1 改造前后抽检数据对比分析

称重控制为25kg，从图1可以看出，改造后与改造前相比，偏差偏离标准值明显变小，且改造后稳定性更好。由上述随机抽检15组数据分析可知，改造前电子秤的样本均值为 （25.029＋25.031＋25.033＋25.037）／4＝25.033kg，改造后电子秤的样本均值为（25.000＋24.998＋25.004＋25.003）／4＝25.002kg。改造前每条生产线上电子秤的精度实际已经低于过去设计值0.2%的精度要求，这对生产是很不利的。改造后每台电子秤计量精度在2‰基础上，进一步达到了1‰，把产品包装偏差控制在了1‰（±25g）范围内，改造取得了预想的效果。

4 效益估算

系统改造成本60万元，系统改造所带来的经济效益，主要从精度提高方面进行估算。从实际的抽样数据看，改造前电子秤的样本均值为25.033kg，改造后电子秤的样本均值为25.002kg，则改造后每袋物料平均可以减少30.85g的计量损失。假设按照二高压装置产能0.2Mt／a计算，每吨物料可包装40袋，每吨价格按照人民币12 000元计算，则由于精度提高带来的效益近300万元。

5 结束语

改造后的电子秤经过一段时间的运行，系统性能稳定、工作可靠、计量准确、自适应能力强、包装效率高、故障率低，较好地克服了原有移动包装电子秤的一些缺点。由于此次改造不仅更换了高精度的称重传感器，而且从影响电子秤系统计量精度的每个环节都进行了相应地改造，并且从安装方法到调试技巧都进行了仔细的研究和试验，使电子秤的最终称量精度高于设计值的0.1%，彻底解决了影响移动包装电子秤的诸多问题，有效控制了产品不合格率，提高了经济效益。

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