苯酐装置全自动包装码垛控制系统的改造

摘要：利用PLC技术、变频器技术以及伺服驱动技术等对本包装系统的控制单元进行改造，主要针对旧的苯酐装置全自动称重包装系统的缺点进行控制核心、检测元件、操作面板、控制元件及执行元件等的技术化改造。经过改造，整体工作组工作性能明显高于改造前，在保证产品规格内，减少了称重精度不够带来的经济损失；提高了包装速度，解决了生产效率低下带来的产量上不去的弊端。

关键词：苯酐产品称重包装机 改造 PLC 变频器 伺服驱动

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0017-03

苯酐又名：邻苯二甲酸酐，为白色鳞片状或结晶性粉末，目前广泛应用于化工、医药、电子、农业、涂料、精细化工等工业部门。某石化公司染料厂的ME-203B苯酐产品称重包装机是意大利进口设备，整套包装系统包括电子定量秤、平台、供袋机、装袋机、夹口整形机、折边机、立袋输送机、倒袋机。设备称重能力为800袋/小时（每袋25Kg），称重精度±0.2%，包装能力为800袋/小时，总耗电量20kw，总耗气量40Nm3/hr。该套设备已运行十多年，设备损坏严重，如今其包装能力大幅度下降，现能力下降每小时2～3吨，且称重误差大，机械易损件磨损严重，更换频繁，但由于进口备件价格昂贵，且供货周期长，不但提高了本装置的生产成本，给设备检修也带来了极大的困难，已经满足不了装置满负荷生产的要求，急需对此系统包装机部分进行更新，从而提高装置包装工段的生产能力。由此公司拟对该套全自动称重包装系统进行多方面的改进，力求通过本课题的开发，一方面提高本装置的包装生产能力、称重包装精度，进而提高产品的竞争力，另一方面力求使设备操作简单化，减少设备停机处理故障频次，从而降低人力、物耗等带来的生产成本的提高，进而实现装置产能最大化、效益最大化。

1 苯酐装置全自动包装码垛控制系统结构

本包装码垛成套设备的控制系统由四个控制单元组成，为称重控制单元、包装控制单元、输送检测控制单元和码垛控制单元，分别控制相应的设备组成单元。各组成单元包容设备划分如图1所示。改造后的包装码垛控制系统的四个控制单元根据各自的末端信号联锁运行。

其工艺流程为：（1）电子秤进入自动运行后，控制相应的执行元件—伺服电机来完成粗给料、精给料动作，并在称重结束后向包装控制单元（一般指PLC）发出称重结束信号；包装控制单元在其料袋准备好后（指取袋、开袋等一系列动作），向称重控制单元发出允许卸料信号，称重控制单元控制其卸料斗打开，将物料投入料袋中，包装控制单元控制装好的料袋经缝口后进入输送检测单元。若自动包装单元出现故障停机，则电子秤随之停止；若电子秤停止，包装单元完成操作后停机待料。（2）包装单元启动后，将给输送检测单元一个启动信号，同时，输送检测控制单元的控制元件给包装控制单元一个正常信号；如果包装控制单元在自动运行过程中没有接收到输送检测单元的正常信号，包装单元将停止运行，在输送检测单元的故障排除后，才能正常运行。（3）在生产线全线正常运行时，当包装控制单元和码垛控制单元建立联锁时，码垛控制器向包装控制器发出正常运行信号，当码垛单元出现故障报警停止时，码垛控制单元的正常信号自动断开，包装单元也相应的停止，直到码垛单元正常运行为止；当包装控制单元和码垛控制单元解除联锁时，各自都可以独立工作，且互不影响。

2 苯酐装置全自动包装码垛控制系统改造内容

2.1 称重控制单元改造

在机械结构和控制方式上进行了改造。

首先，在机械结构上，将原有的单储料斗称重方式改为电子定量包装秤动态称重系统。仍采用直流式喂料方式，但采用双气缸控制给料，两个称重传感器吊挂称重的方式，给料机构采用伺服电机驱动落料阀门，实行分级变速给料，使得给料速度平稳、迅速且满足高精度的要求。同时，落料闸门和落料筒之间的间隙可调，不但可以防止物料溢出，也可灵活的开启和关闭落料闸门。

其次，控制部分采用灵敏的电阻应变式拉力称重传感器，结合PLC的模拟量输入端口实现电子定量秤动态称重系统。

2.2 控制系统改造

原有的苯酐装置包装码垛控制系统采用的是早期开发的控制器，此次改造将原有控制器都替换为可编程控制器PLC，与检测元件（光电开关、接近开关、正负压检测开关）、操作面板（由触摸式人机界面、按钮开关、指示灯等组成）、控制元件（如：变频器、伺服驱动器、交流接触器和电磁阀等）以及执行元件（如：电动机和气缸）等构成先进、灵活的PLC控制系统。其控制单元组成可由图2表示。

电源部分：将总负荷隔离开关设计为表面安装、带旋转手柄的形式，方便操作；加装漏电保护开关，对操作人员和设备进行安全保护；对每个电机加装单独的空气开关，代替传统热保护继电器；对每个变频器加装单独的保护断路器。

PLC选用欧姆龙公司的产品，该公司产品型号丰富且接口方便，并配套较好的售后服务。

对各个子系统的电机速度控制均采用变频器，根据电机额定功率和额定电流且考虑系统的小型化，选用富士E11系列变频器。

伺服驱动器采用德国STOBER公司的SDS4000系列伺服驱动器，这个类型的伺服驱动器是高精度，动力强劲的伺服驱动器，其内部内置制动电阻、制动断路器，使用十分方便，且防护等级为IP56/IP66。

2.3 操作界面改造

原有系统的操作界面简单，仅配套按钮、指示灯等传统操作方式，必须是熟练的工人才能根据操作流程对苯酐装置包装码垛系统进行控制，此次改造在操作界面的改造上下了大工夫，配合工作流程将主要并且常用的按钮和指示灯镶配在面板上，并特别选用台达PWS1711系列可触摸式人机界面。该产品带有5.7″的LCD显示屏，具有操作简单，显示直观，可直接触动屏幕进行控制，配合PLC控制方式，操作人员只需简单培训即可对装置进行操作，操作简单、直观，使用方便。图3是整个苯酐装置全自动包装码垛装置的操作面板。图4所示是包装机操作主界面的触摸屏界面。

3 改造效果

3.1 提高称重控制精度所产生的经济效益

通过对称重控制单元结构和控制方式的改进，提高了整个全自动包装码垛系统的称重精度，每个料包的平均重量预计至少降低0.01千克，按照我公司去年苯酐的年产量40000吨，每吨12000元（12元每千克）进行计算，预计可为公司带来收益约19.2万元左右。

收益=年产量x40（包/吨）x降低重量x单价

=40000（吨）x40（包/吨）x0.01（kg/包）x12（元/kg）=19.2（万元）

3.2 提高包装速度所节约的时间

通过对包装控制系统的改造，整体包装时间得到降低，原来平均包装时间为800袋/小时，包装一包需要4秒，改造后的包装速度提高到1200包/小时，包装一包仅需3秒，预计每包可减少1秒，假设系统有一半时间是稳定工作，那么每批生产可以节约时间大约为：

节约时间=年产量x40（包/吨）x每包节约时间

=40000（吨）x40（包/吨）x（1秒/包）

=80000（秒）=约133.3（小时）

3.3 其他间接效益

整个系统的改进均采用了PLC控制，这种控制方式十分容易与PC通过RS132口线进行连接，并对整个包装码垛系统进行实时监控，也就利于对物料的各项参数进行采集、统计和调整，根据平时使用的观察和统计，可实时通过更改各项参数对物料、包装材料、超差、累积误差等进行调整，保证各项工程的精度，做到可追溯性，也就做到了对产品重量等产品质量进行控制，以其获得良好的市场。

另外，将原有系统进行了改进后，节约的生产时间，并减少了操作人员的人数，这也获得了节约生产开支、节约人员开支的部分经济效益。

4 结语

经过系统的改进，整个苯酐全自动包装码垛系统的性能达到以下指标：

¨ 称重能力 1200bags/h，25kg/bag；

¨ 称重精度 每包0.2%，复秤灵敏度为±10g

¨ 包装能力 1200bags/h

¨ 码垛能力 1400 bags/h

¨ 气源压力 0.5～0.7Mpa

¨ 总耗气量 110Nm3/h

¨ 总耗电量 AC380V/220±10%，50Hz±1%，AC三相五线制，55kW

以上指标可显示，整体工作组工作性能明显高于改造前，在保证产品规格内，减少了称重精度不够带来的经济损失；提高了包装速度，解决了生产效率低下带来的带来的产量上不去的弊端；采用PLC控制系统，实时监控生产过程，克服了包装码垛系统年代久远、易损、易坏不利维修的缺点；另外，PLC控制系统操作简便，降低了工人数量、降低了工人工作量及人为操作失误带来的种种不利因素。最后，PLC控制系统的模块化设计将为今后的系统扩展带来极大地便利条件。

参考文献

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