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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(duì)出廠(chǎng)袋裝水泥的質(zhì)量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)袋重）規(guī)定， 包裝機(jī)的平均袋重設(shè)置應(yīng)該符合兩個(gè)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(shí)，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(wàn)t計(jì)算（2.4X107 袋），就會(huì)形成12 000t水泥的流失（即若實(shí)際生 產(chǎn)121.2萬(wàn)t水泥,裝袋后卻是以120萬(wàn)t銷(xiāo)售）。由 此可見(jiàn)，對(duì)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(lèi)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(chēng)重方式可分為機(jī)械式和電子式， 按裝料單元運(yùn)動(dòng)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(chēng)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(lái)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(guò)程中，落灰是無(wú)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(chēng)重傳感器 檢測(cè)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(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)生產(chǎn)率很低，比較適用于 中小型水泥廠(chǎng)。

1.4回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)

常見(jiàn)的有六嘴、八嘴、十四嘴等，在旋轉(zhuǎn)過(guò)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(dòng)生 產(chǎn)率要比固定式高出許多。由于其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量高、袋重 指標(biāo)優(yōu)異，因而應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

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

國(guó)內(nèi)常用的有唐山、黃石、無(wú)錫等地制造的國(guó)產(chǎn) 機(jī)器以及進(jìn)口的德國(guó)HAVER機(jī)器，其工作原理和過(guò) 程大致相同，維護(hù)時(shí)主要是要求秤架清潔靈活，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)動(dòng)作迅速可靠（見(jiàn)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(guò)程中速度保持不變（可稱(chēng)為一 次灌裝），見(jiàn)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(shí)（如45kg左右時(shí)） 降低灌裝速度，以提高精確度，見(jiàn)圖lb。

 

 

圖1 一次灌裝和二次灌裝的時(shí)間與料量關(guān)系

當(dāng)袋重達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，控制器發(fā)出指令，由于慣 性作用灌裝機(jī)構(gòu)不會(huì)馬上關(guān)閉,設(shè)袋重達(dá)到目標(biāo)值時(shí) 間為而，灌裝停止時(shí)間為£3,慣性速度為。（假設(shè)v為勻 減速運(yùn)動(dòng)）,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(jiàn)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(shí)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(shí)間，這就要求選用驅(qū)動(dòng)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(gè)道理。

 

 

圖2接近目標(biāo)袋重時(shí)一次灌裝和
二次灌裝的時(shí)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(kāi)度調(diào)整到最大，此時(shí)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(duì)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(duì)最終袋重進(jìn)行檢測(cè)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(huì)突變這一事實(shí)，將 最終誤差反饋到包裝機(jī)控制器,對(duì)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(cè)的是包括皮重的每袋總重， 沒(méi)有自動(dòng)除皮功能，無(wú)法對(duì)自身的皮重變化做出調(diào) 整,因此生產(chǎn)過(guò)程中必須及時(shí)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(tái)時(shí)產(chǎn)量、增加制造成本，因 此部分包裝機(jī)沒(méi)有釆取二次裝料技術(shù)。筆者通過(guò)探索，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)灌裝葉輪、氣缸（電 磁鐵）驅(qū)動(dòng)閘板的包裝機(jī)上，不需要增加任何設(shè)備，只 需將電動(dòng)機(jī)的停止信號(hào)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(hào)仍為50.5kg, 這樣,利用電動(dòng)機(jī)的慣性構(gòu)成二次裝料。

2.4對(duì)二次灌裝技術(shù)的認(rèn)識(shí)

可能是出于成本的考慮，一些包裝機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì) 二次裝料技術(shù)有異議，認(rèn)為沒(méi)有必要。但包裝機(jī)老牌 廠(chǎng)家HAVER公司認(rèn)為，二次裝料必不可少，而且細(xì) 裝料的時(shí)間應(yīng)該大于&。筆者在實(shí)踐中也切實(shí)體會(huì) 到二次裝料技術(shù)對(duì)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(lái) 的一次裝料改為二次裝料的方案，應(yīng)用效果很好。 2.5對(duì)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(shí) 間，提前停止裝料電動(dòng)機(jī)，依靠電動(dòng)機(jī)慣性構(gòu)成三次 裝料,對(duì)機(jī)器工作有利無(wú)弊，在不影響包裝機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn) 量的情況下，計(jì)量精度可進(jìn)一步提高。三次裝料時(shí)間 取決于電動(dòng)機(jī)停車(chē)的慣性時(shí)間,HAVER包裝機(jī)上裝 料電動(dòng)機(jī)有能耗制動(dòng)，故停車(chē)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(hù)根據(jù)自 己的裝料電動(dòng)機(jī)有無(wú)制動(dòng)、袋重指標(biāo)要求、機(jī)器臺(tái)時(shí) 產(chǎn)量要求、水泥流動(dòng)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(shí)機(jī)器 臺(tái)時(shí)產(chǎn)量被降低;水泥流動(dòng)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(zhǎng)期實(shí)踐摸索,出于降低成本 的目的，自己開(kāi)發(fā)了一款控制器，于2007年6月在 HAVER 6RS（FE）包裝機(jī)5號(hào)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(méi)有調(diào)整過(guò)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(kāi)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(méi)有自動(dòng)除皮功能，如果生產(chǎn)過(guò)程中的落灰不能及 時(shí)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(guó)產(chǎn)化過(guò)程中對(duì)包裝機(jī)控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，使 得開(kāi)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(shí)，此時(shí)的m₃已經(jīng) 完全確定,我們此時(shí)再次檢測(cè)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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