聚丙烯生產(chǎn)包裝線中包裝機故障的綜合判析

鄭 海 康 鑫 呂 博 萬小慧

(中國石油蘭州石化設備維修公司，蘭州 730060)

聚丙烯生產(chǎn)包裝線中包裝機故障的綜合判析

鄭 海 康 鑫 呂 博 萬小慧

(中國石油蘭州石化設備維修公司，蘭州 730060)

在聚丙烯生產(chǎn)過程中，一旦包裝線發(fā)生故障將會對整個工藝生產(chǎn)造成影響，為此就包裝線故障率較高的包裝機部分進行綜合分析判斷，為今后的包裝機維護提供指導。

包裝機 故障 日常維護

中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)11萬噸聚丙烯裝置的ZL1200型(哈爾濱博實自動化設備公司生產(chǎn)，以下簡稱哈博實包裝線)包裝線按功能單元分為電子定量秤、包裝機、傳送和碼垛機，分別由各自獨立的PLC控制，自動化程度較高，在聚丙烯生產(chǎn)中極其關鍵，一旦包裝線發(fā)生故障，將會對整個工藝生產(chǎn)造成影響，嚴重時會造成由于包裝機無法包裝使得反應工段和造粒工段的產(chǎn)量下降甚至停工。

從包裝線的組成結構和動作特點來看，一條哈博實包裝線分別由檢測元件(壓力檢測元件、位置檢測元件和真空度檢測元件)和執(zhí)行機構(電磁閥、氣缸、伺服電機、變頻器及傳送皮帶等機械部件)兩大部分組成。從包裝過程來看，一條哈博實包裝線由四大部分組成，分別是稱重部分、包裝機部分、傳送部分和碼垛機部分，其特點是檢測部件數(shù)量多，各類元件動作頻繁，各類動作對協(xié)調(diào)性要求較高，機械、電氣和儀表聯(lián)系較為緊密，某一方面出現(xiàn)異常都會影響整條包裝線的正常運行。

單從部分故障現(xiàn)象很難快速定性，致使故障分類較為困難，對維護人員判斷問題能力的要求較高。筆者在實際工作中發(fā)現(xiàn)，一部分故障可以通過其他方面進行補償性調(diào)整，但是補償性調(diào)整不能從根本上解決問題，如果不能及時找到故障的根本原因，會造成故障頻率升高，嚴重時會導致部件損壞。為此，筆者就包裝線故障率較高的包裝機部分進行綜合判析。

1 包裝機控制系統(tǒng)①

包裝機控制系統(tǒng)的組成如圖1所示，包括核心PLC單元、檢測元件(光電開關、真空開關和正壓開關)、操作面板、顯示終端、控制元件(電磁閥)及執(zhí)行機構(電機和氣缸)等。操作面板和顯示終端作為操作人員與設備之間的界面，接收來自操作人員的操作指令并顯示設備的運行狀態(tài)；PLC程序自動循環(huán)掃描各輸入輸出點的當前狀態(tài)，并根據(jù)程序(梯形圖)確定的邏輯關系更新輸出點的狀態(tài)，通過電磁閥和接觸器來控制氣缸和電機的動作，從而完成整個包裝生產(chǎn)過程的自動控制。

圖1 包裝線控制系統(tǒng)組成框圖

伺服電機將取袋開袋夾送裝置退到豎直空袋處，抱夾氣缸動作，雙側(cè)吸盤合攏將空袋夾緊；由伺服電機帶動取袋開袋夾送裝置將空袋送到料門中心，夾帶氣缸動作，機械手立即夾緊袋口的兩個外角后，縮袋氣缸動作，兩機械手裝置向內(nèi)縮口，同時抱夾氣缸動作，兩側(cè)取袋吸盤分別吸住袋口向外拉，利用吸盤將空袋口打開，電子秤接收到允許投料信號后，翻門打開投料，投料完畢后，取袋吸盤內(nèi)真空立即撤出，并由伺服電機動作將取袋開袋夾送裝置拉回到下一空袋的取袋處，準備進行下一個取袋程序。

2 包裝機故障原因分析

包裝機的動作分為供袋、取袋送袋、開袋裝袋和下料四大部分，每一個部分又分為多個分動作。其中，包裝機最常見的故障是頻繁吹袋、偏袋和撒料。

2.1吹袋故障原因分析

吹袋故障是包裝機常見的故障之一。在包裝機正常包裝過程中，空袋被輸送到下料位置時，夾袋電磁閥得電，夾袋器動作，空袋被夾住，隨后抱夾打開，開袋吸盤在縮袋動作的配合下將空袋袋口吸開，完成下料動作。當出現(xiàn)吹袋故障時，一種情況是，每個空袋走到下料位置時，在夾袋器沒有任何動作的情況下，抱夾便打開了，同時空袋掉落至托袋盤上，然后吹袋電磁閥得電，將掉落的空袋從托袋盤上吹掉，保證下一袋動作不受影響；另一種情況是，當空袋走到下料位置，夾袋器動作了一下，但是很快又打開了，然后抱夾打開，重復第1種情況的動作。

在吹袋現(xiàn)象發(fā)生時，主要檢查吹袋動作是否屬于正常吹袋保護。首先排除機械和電氣部分的故障，如果機械電氣故障排除，則繼續(xù)運行包裝機，觀察吹袋時夾袋器是否閉合，如果沒有閉合便吹袋，故障原因就可以鎖定在開袋真空方面；如果吹袋是在夾袋有動作的情況下發(fā)生的，那么故障原因就可以確定是夾袋壓力故障造成的。

2.1.1開袋真空檢測開關和夾袋壓力檢測開關故障

如果存在吹袋故障，儀表專業(yè)首先檢查開袋真空檢測開關和夾袋壓力檢測開關接點信號是否能夠正常送出。在包裝機人機界面上，進入到測試界面后，會有兩個按鈕，分別是夾袋壓力測試和開袋真空測試按鈕，在包裝機動力源未被切斷的情況下，分別測試開袋真空和夾袋壓力，檢查兩個接點是否都能夠送出至PLC，從PLC指示燈上進行判斷，也可以分別從檢測開關指示燈上進行判斷。

圖2所示的開袋真空不足判斷邏輯中，在吹袋的第1種情況發(fā)生時，開袋真空不足主要是通過開袋真空開關進行檢測，但是前提是“抓袋允許位標志”、“提前斷開開袋真空閥”兩個條件要同時滿足，或者“抱夾開閥”條件滿足，如圖3所示。其中“抓袋允許位”由伺服控制器和臺車送袋位置共同決定，接點H80.00 “提前斷開開袋真空閥”由下料秤工作狀態(tài)決定。由圖4所示的抱夾開閥判斷邏輯可以看出，縮袋閥和臺車送袋位要同時得電，才能保證抱夾開閥得電，說明在未發(fā)生吹袋時，正?？s袋和臺車到位保證抱夾閥打開，也就是正常的開袋動作。當臺車回到取袋位時，抱夾還處于打開狀態(tài)，臺車取袋位到位后抱夾開閥失電，同時抱夾關條件滿足后抱夾關閉，這時吸盤將空袋夾住，伺服電機帶動臺車移動至臺車送袋位置。臺車送袋到位并且抱夾關閥失電后，如果開袋真空不足，開袋真空閥會失電，這時會造成抱夾開閥得電，抱夾打開，但是夾袋和縮袋不動作，空袋自然掉落，完成吹袋保護動作。

圖2 開袋真空不足判斷邏輯

圖3 開袋真空閥控制邏輯

圖4 抱夾開閥判斷邏輯

如果出現(xiàn)頻繁吹袋情況，則要通過程序判斷是什么原因造成的，如果真空檢測部分硬件和信號正常，則從以上分析的角度，采用排除法一層一層分析可能造成的原因。

如果檢測開關故障，則需及時進行更換；如果測試時達不到設定值，要檢查檢測開關設定值是否過高。

2.1.2正壓管線和負壓管線泄漏

如果檢測開關工作正常，但是卻送不出接點信號，則需要進一步檢查連接管是否有泄漏。對于正壓管線可以滴少許肥皂水查找漏點；對于負壓管可以從真空隔離罐將管線斷開，從斷開處通入壓縮空氣，試漏方法和正壓檢測管相同。

2.1.3兩側(cè)吸盤機械位置過大

兩側(cè)吸盤機械位置過大，造成袋子不能完全吸住、吸盤破損都會造成開袋真空不滿足。

2.1.4真空電磁閥與夾袋電磁閥故障

如果真空測試管線上的真空電磁閥發(fā)生故障，也可能造成真空檢測失敗，從而發(fā)生吹袋情況。檢查真空電磁閥在得電時閥芯的動作情況，閥芯是否有清脆的切換聲，閥體在得電時是否有明顯的漏風情況。如果閥芯切換過慢或者聲音異常，應對閥芯進行拆除清洗并潤滑，同時對真空電磁閥上安裝的過濾器進行清潔吹掃，因為過濾器不通暢也會造成真空電磁閥切換緩慢。同理，如果夾袋壓力測試管線上的電磁閥故障，也會造成夾袋壓力達不到要求，對電磁閥進行拆除清潔潤滑，并對消音器進行清潔。

在儀表方面，借助PLC判斷故障也是常用方法。在確定PLC卡件工作正常的情況下，利用上位軟件對程序進行監(jiān)控，可以對延時、動作順序及信號不可靠等方面造成的故障進行快速判斷。

2.2偏袋故障的原因分析

偏袋故障是指在包裝機正常工作時，一個空袋從送袋盤上被送至下料口這個過程中發(fā)生的空袋跑偏現(xiàn)象?？沾谝粋€過程到另一個過程的傳遞中由于各種原因袋子本身發(fā)生偏離，進而發(fā)生重復性的卷帶、無法取袋、吹袋及撒料等情況，造成包裝機不能正常工作的這類故障統(tǒng)稱為偏袋故障。

2.2.1取袋真空電磁閥和夾袋電磁閥故障

在空袋被送至斜坡通過整形之后，取袋器會將空袋吸起來，等待抱夾吸盤將空袋吸走。這時，取袋器吸盤內(nèi)的真空一直存在，即取袋真空電磁閥處于得電狀態(tài)。當抱夾閉合，抱夾吸盤將空袋吸住之后，取袋的真空必須撤除，為此，在取袋器上連接另一路氣信號，起到正壓反吹的作用，同時保證吸盤在負壓過程中不會吸入粉塵等雜質(zhì)，造成管路堵塞。當抱夾吸盤吸住空袋之后，取袋真空如果沒有及時撤除，即取袋吸盤還吸著空袋，那么在送袋器的移動下勢必會造成扯袋情況出現(xiàn)。要及時檢查真空電磁閥的工作情況和反吹電磁閥管路的暢通情況，可以通過對下位程序的監(jiān)控來判斷送袋器信號和取袋器真空電磁閥信號得失電的順序。

在托袋完畢且袋口恢復與抱夾閉合動作結束時，有時會出現(xiàn)夾袋器還未張開的情況下送袋器便開始動作了，這很容易造成扯袋，也會使一整袋料偏離抱夾，影響包裝機正常工作，這時要檢查某個信號是否未到，造成夾袋打開過慢，或者某個信號造成送袋器提前動作，也可能是由于電磁閥排氣不暢造成夾袋恢復慢?？梢栽趯嶋H檢查中進行判斷。

2.2.2輥輪上的彈簧預緊力發(fā)生改變

在空袋至斜坡這個過程中，有時會發(fā)生偏袋情況，比如空袋被取袋吸盤和送袋吸盤吸到位后，空袋本應該在輥輪的作用下被送進斜坡送袋部位，但是由于輥輪上的彈簧預緊力的改變，使左右兩個輥輪的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差別，很容易使空袋發(fā)生跑偏，空袋跑偏時有時可以通過斜坡左右的擋板來糾正位置，嚴重時空袋會直接堆在輥輪處而不能順利進入斜坡。這時要對所有輥輪的彈簧預緊力進行調(diào)整，保證袋子通過輥輪時不會發(fā)生偏袋和偏移。

2.2.3取袋器吸盤破損或兩側(cè)吸盤不在同一水平面

取袋器吸住空袋與送袋器吸盤進行交接的過程中，有時會發(fā)生因為空袋偏移而造成偏袋，主要是由于兩個吸盤不在一個水平面上或者其中一個吸盤破損造成真空泄漏所致。這時要對吸盤位置及時進行調(diào)整。取袋器吸盤如果距離過大也會造成袋子偏離情況發(fā)生。

2.2.4伺服電機速度發(fā)生變化

伺服電機帶著送袋器進行往復運動的過程中，由于電機本身或者變頻器的原因，在原本設定好的速度上會發(fā)生改變，這可能造成空袋在取袋器吸盤真空還未撤除的情況下便開始運行，或者在夾袋器還未完全恢復位置時便運行，很容易造成扯袋情況出現(xiàn)，也可能出現(xiàn)吸盤裝上夾袋器的情況。需經(jīng)常檢查伺服電機和變頻器，如果偏差過大要及時進行調(diào)整。

2.3撒料故障的原因分析

包裝機出現(xiàn)撒料情況是很常見的現(xiàn)象，造成撒料的原因很多，正常包裝不撒料要滿足兩點：

a. 空袋運行到位，空袋依靠包裝機內(nèi)的3個吸盤固定，吸盤內(nèi)部被抽真空，保證空袋不會滑落，同時保證其位置高低適中，左右對稱。兩個夾袋夾子同時動作，將包裝袋再次固定?？s袋氣缸與開袋氣缸同時動作，使袋口打開到合適位置。

b. 當袋口打開到一半位置時，即抱夾半開位信號到位時，二次料門得到命令后打開，將稱重完成的粒料送入袋中，等下料完畢后縮袋回位，同時真空撤出，袋口自然閉合。

滿足以上兩點，就可以保證包裝機不撒料。

從包裝機取袋、送袋到裝滿成品的料袋被送出包裝機進行折邊縫口這一階段內(nèi)，每一個動作都需要進行檢測，即每一個到位條件滿足才能使下一步動作成功執(zhí)行。包裝機撒料情況的出現(xiàn)大多是包裝機條件判斷失誤所致。

2.3.1夾袋壓力的設定不滿足

當兩側(cè)夾袋氣缸同時動作后，兩個架子合攏，這時夾袋氣缸位置檢測到位，夾袋器上所接氣路控制電磁閥打開，壓縮空氣進入兩個夾子，如果夾子嚙合較好，則該部位形成一個盲室，氣壓不會泄漏，這時通過接在該管線上的壓力開關檢測該氣壓的大小。一般情況下，該壓力開關設定值在360kPa以上，壓力條件滿足后，該壓力開關接點翻轉(zhuǎn)，說明夾袋位置到位，可以進行下一步的開袋動作。

壓力開關的設定值相當于為下料動作設定了一個門檻值。當壓力開關設定值過高，夾袋位置正常時，壓力達不到設定值，不會使信號翻轉(zhuǎn)，會一直吹袋。當夾袋壓力設定過低時，只要夾子動作，壓力便很容易達到設定值，后續(xù)動作就會進行，如果架子不到位，一旦下料動作被允許就會造成撒料情況發(fā)生。

2.3.2單夾“H”值的設定不滿足

當夾袋壓力設定在正確范圍時，還需要進行一個“H”值的設置，“H”值的設定是保護只有單夾情況發(fā)生時，不允許下料。因為當有一側(cè)袋子松脫，而另一側(cè)夾子位置正常時，夾袋壓力會比正常值略低，但是單夾情況下的實際壓力很有可能會比設定值高，這就造成單夾時會出現(xiàn)撒料。同時夾袋器架子松動，在下料過程中料袋由于重力作用而滑落，也會造成撒料情況發(fā)生。

2.3.3開袋真空條件不滿足

在開袋過程中，開袋真空的作用時間和吸盤位置至關重要，一旦發(fā)生開袋真空不足，就會造成空袋開口不到位，造成撒料情況發(fā)生。

2.3.4開袋與縮袋動作不協(xié)調(diào)

開袋與縮袋動作不協(xié)調(diào)的主要原因不是兩個氣缸電磁閥得電時間不一致。從程序中可以看出，兩個動作在每個周期中均同時執(zhí)行，即開袋與縮袋電磁閥得電時間與時長均一致。

兩者動作不一致的原因是氣缸調(diào)速不同。通過氣缸上所帶的兩個調(diào)速接頭對氣缸往復動作的速度進行調(diào)節(jié)，由于氣缸長度和作用方向不同，可根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，最終使開袋與縮袋動作基本同步。若開袋速度大于縮袋速度，袋子受吸盤真空拉偏后容易使吸盤與袋面脫離，使袋口不能完全打開；若開袋速度小于縮袋速度，縮袋到位后會使袋口搖晃；當開袋到位，真空撤除后，袋口搖晃不能固定，料門不能完全伸入袋口。

2.3.5真空撤除過早

開袋過程中，如果真空撤除過早，即使開袋與縮袋動作協(xié)調(diào)，吸盤卻不能將袋口打開，這就要注意真空撤除的條件與延時了。

2.3.6吸盤破損或位置發(fā)生偏移

取袋器吸盤密封不嚴，造成取袋時位置偏移、開袋架子晃動，致使左右開袋動作不對稱、吸盤破損，或者兩側(cè)吸盤位置異常，使真空度不能達到要求，造成空袋口不能打開到位，出現(xiàn)撒料情況。

2.3.7伺服電機動作存在誤差

在儀表位置檢測探頭能夠檢測到位置時，若伺服電機動作還是存在少許誤差，即每一次取袋和送袋位置都不在同一個位置，造成空袋忽左忽右，開袋時造成袋子打開不對稱，袋口不能完全打開，或者二次料門不能完全伸入袋口，也會造成撒料。

2.3.8料門的打開動作不協(xié)調(diào)

開袋過程也是抱夾打開的過程，檢測抱夾位置的光電開關有兩個，一個是抱夾半開位置，另一個為抱夾全開位置。當抱夾半開位置光電到位時，下料要求滿足，料門才打開。這時開袋過程只進行到一半，此時料門打開剛好全部伸入袋口。如果料門打開的過早會伸出袋口，料門打開的過程也是下料的過程，若料門超出袋口勢必會造成撒料。如果料門打開過慢則影響下料時間，在設定的時間內(nèi)如果一袋料沒有下完，則料門會自動關閉，未下完的料會隨后一次稱重完成的料進入下一袋，造成兩袋或者每一袋料的凈含量都不標準。

3 日常維護措施

由于夾袋壓力與開袋真空現(xiàn)場都為壓力開關，在設備運行過程中無法看到實測壓力值的大小，無法對設備進行預知性的維修和保養(yǎng)。因此，建議將壓力開關更改為壓力變送器，這樣在巡檢中可以通過對實測壓力值大小的觀察來判斷故障原因所在，例如當每天的巡檢中發(fā)現(xiàn)壓力在逐漸變化，可以判斷是否是開袋架子晃動、吸盤破損、伺服電機存在誤差、開袋吸盤密封不嚴等所造成的。

從空袋被送至斜坡這個過程中，有時會發(fā)生偏袋狀況，導致后續(xù)動作里吹袋和撒料的出現(xiàn)，這主要是因為左右兩個輥輪的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差別。通過在輥輪上安裝測速探頭，并在程序中觀察兩個轉(zhuǎn)速的大小來判斷哪一側(cè)輥輪的彈簧預緊力發(fā)生了改變，還是斜坡左右擋板位置發(fā)生了偏移。

儀表專業(yè)人員要在每天巡檢過程中檢查現(xiàn)場硬件的工作狀況，包括各類光電信號固定有無松動，電磁閥動作是否可靠，各個氣缸有無內(nèi)漏，關鍵是開袋真空和夾袋壓力是否滿足，開袋與縮袋的動作是否協(xié)調(diào)，下料時間與開袋真空時間是否滿足，送袋器信號與取袋器真空電磁閥的得失電順序。如果存在以上情況，要及時進行維修。同時，機修專業(yè)要經(jīng)常對設備的磨損情況進行判斷，對部分易耗配件制定定期更換計劃。電氣專業(yè)要經(jīng)常對電機進行檢查，保證它不會經(jīng)常工作在過載狀態(tài)下；同時，要對過載保護器、接觸器進行檢查，避免缺相、虛接及接地等情況的出現(xiàn)。

4 結束語

包裝機出現(xiàn)故障時不能單從一個專業(yè)的角度去分析解決。在日常維護中，一旦發(fā)生故障，需要機電儀專業(yè)綜合分析，才能準確判斷出故障原因所在。筆者對包裝線故障率較高的包裝機部分進行了綜合分析判斷，對今后包裝機的日常維護具有借鑒意義。

ComprehensiveJudgmentandAnalysisofPackagingMachineFaultsinPolypropylenePackagingLine

ZHENG Hai, KANG Xin,LV Bo, WAN Xiao-hui

(EquipmentMaintenanceCompany,CNPCLanzhouPetrochemicalCorporation,Lanzhou730060,China)

Considering the fact that in polypropylene production, the failure in packaging line would influence the whole process, the packing machine with higher failure rate in the line was comprehensively analyzed to provide the guidance for its later maintenance.

packing machine, failure,daily maintenance

TQ055.9

B

1000-3932(2016)12-1243-05

2016-09-22(修改稿)