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0引言

為符合GB175-1999＜硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽 水泥》對出廠袋裝水泥的質(zhì)量（以下簡稱袋重）規(guī)定， 包裝機(jī)的平均袋重設(shè)置應(yīng)該符合兩個條件:①平均袋 重不低于50kg；②平均袋重不低于（49+3S）kg,其中S 為樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差。舉例，當(dāng)S為0.8kg時，平均袋重最 小應(yīng)設(shè)置為51.4蛇。由于各包裝機(jī)技術(shù)指標(biāo)的差異， 產(chǎn)品樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差相差很大，優(yōu)良的能達(dá)到 0.3~0.5kg,差的達(dá)1kg以上。以樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差0.5kg的包裝機(jī)為例，要達(dá)到 GB175-1999的相關(guān)要求，平均袋重就要不低 于50.5kg,以年生產(chǎn)袋裝水泥120萬t計(jì)算（2.4X107 袋），就會形成12 000t水泥的流失（即若實(shí)際生 產(chǎn)121.2萬t水泥,裝袋后卻是以120萬t銷售）。由 此可見，對企業(yè)而言提高袋重控制水平，減小樣本標(biāo) 準(zhǔn)偏差具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。

1各類水泥包裝機(jī)的袋重控制原理和特點(diǎn)

水泥包裝機(jī)按稱重方式可分為機(jī)械式和電子式， 按裝料單元運(yùn)動與否可以分為固定式和回轉(zhuǎn)式。

1.1機(jī)械式包裝機(jī)

稱重機(jī)構(gòu)根據(jù)杠桿原理制造，杠桿一端掛有配重 塊,另一端是秤架，中間是支點(diǎn)，依靠杠桿機(jī)構(gòu)的上下 翻轉(zhuǎn)來控制袋重。機(jī)械式包裝機(jī)的袋重控制性能很 差，原因有二:一是配重、支點(diǎn)摩擦阻力變化、袋座上 的落灰等都被帶入計(jì)量，造成秤的零點(diǎn)偏離，而在水 泥包裝過程中，落灰是無法避免的；二是在粉塵的環(huán) 境下,杠桿支點(diǎn)的靈活性容易受到影響。

L2電子式包裝機(jī)

電子式包裝機(jī)依靠彈簧片支撐秤架，稱重傳感器 檢測袋重，控制器計(jì)量控制，氣缸（或電磁鐵）為執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。電子控制系統(tǒng)可以在每袋水泥裝料前對秤架進(jìn) 行除皮歸零，確保了秤零點(diǎn)的準(zhǔn)確，而氣缸（或電磁 鐵）受環(huán)境影響小，動作可靠迅速。

1.3固定式包裝機(jī)

常有單嘴、雙嘴、四嘴，操作工正坐在秤架前方進(jìn) 行操作，因?yàn)椴僮鞴さ氖?、腳隨時可以接觸秤架而改 變袋重，故這種包裝機(jī)袋重控制容易受人為因素干 擾，而且固定式包裝機(jī)勞動生產(chǎn)率很低，比較適用于 中小型水泥廠。

1.4回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)

常見的有六嘴、八嘴、十四嘴等，在旋轉(zhuǎn)過程中裝 料,操作工不能干擾袋重，而且回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)勞動生 產(chǎn)率要比固定式高出許多。由于其臺時產(chǎn)量高、袋重 指標(biāo)優(yōu)異，因而應(yīng)用越來越廣泛。

2回轉(zhuǎn)式電子稱重水泥包裝機(jī)的袋重控制與 實(shí)踐

國內(nèi)常用的有唐山、黃石、無錫等地制造的國產(chǎn) 機(jī)器以及進(jìn)口的德國HAVER機(jī)器，其工作原理和過 程大致相同，維護(hù)時主要是要求秤架清潔靈活，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)動作迅速可靠（見參考文獻(xiàn)［1］）。下面僅就其袋重 控制及筆者的實(shí)踐進(jìn)行分析和介紹。

2.1二次裝料技術(shù)

有的包裝機(jī)灌裝過程中速度保持不變（可稱為一 次灌裝），見圖la。有的釆取二次裝料技術(shù)，即快速一 慢速裝料方式，在接近目標(biāo)袋重時（如45kg左右時） 降低灌裝速度，以提高精確度，見圖lb。

 

 

圖1 一次灌裝和二次灌裝的時間與料量關(guān)系

當(dāng)袋重達(dá)到目標(biāo)值時，控制器發(fā)出指令，由于慣 性作用灌裝機(jī)構(gòu)不會馬上關(guān)閉,設(shè)袋重達(dá)到目標(biāo)值時 間為而，灌裝停止時間為£3,慣性速度為。（假設(shè)v為勻 減速運(yùn)動）,此期間袋重的增加量m₃= Cqv（t）dt（q可視為常數(shù)）。圖1中兩種灌裝方式在袋重達(dá)到目標(biāo)值 后的速度情況見圖2。由于慣性作用出料嘴關(guān)閉后流 量q受多方面因素影響,所以要求出料嘴關(guān)閉時間要 準(zhǔn)確穩(wěn)定。由于嶼存在諸多不確定性，因此也在整 袋誤差中占有比較大的比例。要減小",一是要縮短 h,即加快關(guān)閉時間，這就要求選用驅(qū)動力足夠的氣缸 （電磁鐵）;二是要降低0©。釆取二次裝料技術(shù)就是這 個道理。

 

 

圖2接近目標(biāo)袋重時一次灌裝和
二次灌裝的時間與速度關(guān)系

筆者在釆用二次裝料技術(shù)的包裝機(jī)上試驗(yàn)，將細(xì) 裝料的閘板開度調(diào)整到最大，此時樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差急劇 增大。

2.2閉環(huán)控制系統(tǒng)

在順包皮帶后安裝輸送輻道及校正秤，與控制室 中央控制器、包裝機(jī)機(jī)上控制器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng), 對袋重進(jìn)行連續(xù)校正。采取縮短虹降低的方式只 能有限降低誤差。而在此閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由校正秤 對最終袋重進(jìn)行檢測分析，以驗(yàn)證袋重是否合格，基 于連續(xù)生產(chǎn)的兩袋水泥的m₃不會突變這一事實(shí)，將 最終誤差反饋到包裝機(jī)控制器,對袋重的預(yù)設(shè)定值進(jìn) 行調(diào)整，從而大大降低了袋重誤差。需要特別注意的是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，袋重以校 正秤為基準(zhǔn)，校正秤檢測的是包括皮重的每袋總重， 沒有自動除皮功能，無法對自身的皮重變化做出調(diào) 整,因此生產(chǎn)過程中必須及時清理落灰，始終保持校 正秤零點(diǎn)穩(wěn)定。

2.3 一次灌裝包裝機(jī)控制器的改造

二次裝料技術(shù)可以顯著降低袋重誤差，但相比一 次灌裝，要增加控制器輸出點(diǎn)數(shù)、增加電磁閥和三位 氣缸（使用電磁鐵）、降低臺時產(chǎn)量、增加制造成本，因 此部分包裝機(jī)沒有釆取二次裝料技術(shù)。筆者通過探索，在電動機(jī)驅(qū)動灌裝葉輪、氣缸（電 磁鐵）驅(qū)動閘板的包裝機(jī)上，不需要增加任何設(shè)備，只 需將電動機(jī)的停止信號由目標(biāo)袋重略微提前,例如設(shè) 置為50kg,而氣缸（電磁鐵）的關(guān)閉信號仍為50.5kg, 這樣,利用電動機(jī)的慣性構(gòu)成二次裝料。

2.4對二次灌裝技術(shù)的認(rèn)識

可能是出于成本的考慮，一些包裝機(jī)生產(chǎn)廠家對 二次裝料技術(shù)有異議，認(rèn)為沒有必要。但包裝機(jī)老牌 廠家HAVER公司認(rèn)為，二次裝料必不可少，而且細(xì) 裝料的時間應(yīng)該大于&。筆者在實(shí)踐中也切實(shí)體會 到二次裝料技術(shù)對于改善計(jì)量精度至關(guān)重要，并在實(shí) 踐中實(shí)施了不增加硬件、不增加成本的基礎(chǔ)上將原來 的一次裝料改為二次裝料的方案，應(yīng)用效果很好。 2.5對三次灌裝技術(shù)的實(shí)踐

在已經(jīng)采用了二次裝料技術(shù)的包裝機(jī)上,可以在 不增加硬件、不增加成本的基礎(chǔ)上，縮短二次裝料時 間，提前停止裝料電動機(jī)，依靠電動機(jī)慣性構(gòu)成三次 裝料,對機(jī)器工作有利無弊，在不影響包裝機(jī)臺時產(chǎn) 量的情況下，計(jì)量精度可進(jìn)一步提高。三次裝料時間 取決于電動機(jī)停車的慣性時間,HAVER包裝機(jī)上裝 料電動機(jī)有能耗制動，故停車很快。筆者目前設(shè)置的 二次裝料轉(zhuǎn)換點(diǎn)為47kg（HAVER原設(shè)置42kg）,三次 裝料轉(zhuǎn)換點(diǎn)為49.5kg,這些設(shè)置值需要由用戶根據(jù)自 己的裝料電動機(jī)有無制動、袋重指標(biāo)要求、機(jī)器臺時 產(chǎn)量要求、水泥流動性能等實(shí)際情況確定。袋重精度 要求嚴(yán)格,就要降低二次、三次裝料轉(zhuǎn)換點(diǎn)，同時機(jī)器 臺時產(chǎn)量被降低;水泥流動性能差,就要提髙二次、三 次裝料轉(zhuǎn)換點(diǎn)。筆者在本單位的HAVER 6RS（FE） .HAVER 6RS MECII包裝機(jī)上進(jìn)行了長期實(shí)踐摸索,出于降低成本 的目的，自己開發(fā)了一款控制器，于2007年6月在 HAVER 6RS（FE）包裝機(jī)5號裝料嘴上試使用,8月 中旬調(diào)試正常。從8月到現(xiàn)在一直沒有調(diào)整過袋重設(shè) 定值，筆者多次抽檢袋重，效果理想（數(shù)據(jù)略）。實(shí)踐證 明控制器工作是可靠的，三次裝料技術(shù)是可行的。

2.6開環(huán)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

閉環(huán)控制系統(tǒng)可以大大減小誤差,但需要增加校 正秤、中央控制器等,成本增加不少，特別是由于校正 秤沒有自動除皮功能，如果生產(chǎn)過程中的落灰不能及 時清理，反而造成嚴(yán)重的袋重誤差。筆者在本單位包裝機(jī)系統(tǒng)的校正秤損壞后，在配 件國產(chǎn)化過程中對包裝機(jī)控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，使 得開環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制的功能。其控制原理是： 在圖2b的t₃以后，但尚未卸包之時，此時的m₃已經(jīng) 完全確定,我們此時再次檢測袋重并與預(yù)設(shè)定值進(jìn)行 比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整預(yù)設(shè)定值，從而構(gòu)成閉環(huán)控 制系統(tǒng)，實(shí)踐證明是可行的。

 

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