噸稱裝包系統(tǒng)在制糖行業(yè)的應(yīng)用

曾德美，梁清武

（中糧屯河崇左糖業(yè)有限公司，廣西 崇左 532200）

1 概述

現(xiàn)白砂糖裝包形式主要以50kg編織袋和30kg紙袋為主，客戶在使用過程中，需人工搬運(yùn)糖袋至生產(chǎn)溶糖區(qū)再人工拆卸糖包，要消耗大量的人力物力。此外每包30kg或50kg的白砂糖在解包拆卸過程中，存在縫包線掉入成品中的風(fēng)險(xiǎn)，可口可樂、不凡帝、雀巢、養(yǎng)樂多等高端客戶均要求制糖企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，改變裝包方式，降低客戶使用時(shí)的人力物力消耗，提高工作效率，提高使用過程的食品安全性。

2 噸稱裝包系統(tǒng)技術(shù)介紹

2.1 結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 自動(dòng)緊口及掛袋機(jī)構(gòu)

掛袋機(jī)構(gòu)是由4個(gè)掛袋鉤組成，上袋時(shí)將噸袋的4個(gè)吊耳分別掛入4個(gè)吊鉤中，吊鉤自帶反鎖裝置，吊耳不會(huì)脫落。灌裝結(jié)束時(shí)反鎖裝置會(huì)自動(dòng)打開，將袋子吊耳脫出。

袋子入料口人工套入設(shè)備下料管后，下料管外部安裝全包圍式自動(dòng)鎖緊帶，鎖緊時(shí)袋口與下料管緊密貼合，保證在下料過程不會(huì)有反撲粉塵外泄現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 袋口自動(dòng)夾緊裝置

2.1.2 空氣凈化及自動(dòng)吹袋系統(tǒng)

白砂糖包裝袋內(nèi)襯PE內(nèi)膜袋，人工展袋時(shí)無法將PE內(nèi)膜袋完全展開，下料時(shí)白砂糖易將PE內(nèi)袋沖破，白砂糖外漏至編織袋和PE袋之間，不符合食品包裝要求。噸稱包裝系統(tǒng)配自動(dòng)吹風(fēng)機(jī)，掛袋完成后，主機(jī)通過正壓向袋內(nèi)吹氣，在極短的時(shí)間內(nèi)完成吹袋工作，使折疊的包裝袋完全展開，PE內(nèi)袋緊靠外袋，保護(hù)PE內(nèi)袋不爆裂，如圖2所示。吹袋的空氣經(jīng)過H13無隔板高效過濾器凈化處理，達(dá)到食品包裝衛(wèi)生要求標(biāo)準(zhǔn)，有效保障食品衛(wèi)生安全，如圖3所示。

圖2 高壓風(fēng)機(jī)

圖3 H13無隔板高效過濾器

2.1.3 給料系統(tǒng)

給料系統(tǒng)配置多角度、多位置控制給料器和密封蝶閥，給料器有三位垂直門結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)快上慢三級(jí)給料。快速給料時(shí)能夠充分大量的加料；中速給料時(shí)可減少加料沖力，平穩(wěn)過渡到慢加料；低速給料時(shí)可穩(wěn)定精確地緩慢加料，有利于提高準(zhǔn)確度。料門關(guān)閉時(shí)，料門位于垂直重力正下方，即使切斷料門動(dòng)力也不會(huì)出現(xiàn)泄露，優(yōu)于單弧雙位式的側(cè)門結(jié)構(gòu)。下方配接的蝶閥，密封可靠而且壽命很長(zhǎng)，此種結(jié)構(gòu)的給料系統(tǒng)在來料正常的狀態(tài)下其加料速度可以實(shí)現(xiàn)25～40包/小時(shí)，如圖4所示。

圖4 給料系統(tǒng)示意圖

2.1.4 稱重系統(tǒng)

噸稱包裝稱重系統(tǒng)采用的是國(guó)內(nèi)某公司首創(chuàng)的上部毛重稱重及傳感器對(duì)角式安裝的專利技術(shù)，具體結(jié)構(gòu)為：在上部平臺(tái)安裝4個(gè)稱重傳感器,傳感器上安裝的承載板吊裝稱重平臺(tái)，在稱重平臺(tái)下吊掛的包裝袋重量直接傳遞至傳感器，因而靈敏度高，穩(wěn)定性好，抗過載能力強(qiáng)，能夠克服任何方向的外力對(duì)稱重系統(tǒng)的影響，通過GR智能程序算法可以因外力造成的稱重誤差排除，稱重準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性優(yōu)于其他機(jī)型的稱重系統(tǒng)。系統(tǒng)采用框架式結(jié)構(gòu)，稱量由4只不銹鋼波紋管高精度稱重傳感器固定在包裝機(jī)的框架上，具有獨(dú)立的罩體，防塵、防碰，在機(jī)械上保證了電子稱重的稱重精度和計(jì)量速度，包裝范圍：1000kg/包，每包裝包精確度為±0.2%，安全過載為130%，包裝速度為23～40包/h，稱重結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 稱重結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.5 氣缸式升降系統(tǒng)

升降部分是由四組大型氣缸，四面導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)組成，通過連接機(jī)構(gòu)作用于升降吊臺(tái)，實(shí)現(xiàn)噸稱的上下移動(dòng)，配合其他系統(tǒng)完成灌裝工作。四個(gè)氣缸分別布置在平臺(tái)的4個(gè)角上，端部采用萬向節(jié)與升降平臺(tái)鏈接，四個(gè)氣缸同時(shí)運(yùn)動(dòng)完成升降動(dòng)作，如圖6所示。

圖6 升降氣缸

采用氣缸做為動(dòng)力源有以下優(yōu)點(diǎn)：工作噪音??；拉力穩(wěn)定，起重能力強(qiáng)；維護(hù)簡(jiǎn)單、性能可靠；以傳統(tǒng)的電機(jī)作為動(dòng)力源時(shí)能耗低。

在升降平臺(tái)的四個(gè)面都設(shè)有X型導(dǎo)向軌，保障平臺(tái)在升降過程中不會(huì)出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，有效保護(hù)了氣缸及連接機(jī)構(gòu)，延長(zhǎng)配件的使用壽命，杜絕因偏載導(dǎo)致稱重誤差及設(shè)備重心不穩(wěn)而出現(xiàn)的倒塌事故，如圖7所示。

圖7 X型導(dǎo)向軌

2.1.6 自動(dòng)整形系統(tǒng)

包裝機(jī)在包裝過程中可通過手動(dòng)或自動(dòng)方式開啟整形功能，此功能是由升降系統(tǒng)來完成動(dòng)作。在包裝過程中升降平臺(tái)會(huì)自動(dòng)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次，將包裝袋底與鏈板機(jī)接觸，將袋內(nèi)的物料變得緊實(shí)，分布均勻；消除袋底的凸起，提高倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)包裝站立穩(wěn)定性。整形前后包裝機(jī)的對(duì)比圖，如圖8所示。

2.1.7 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通過包裝機(jī)下料筒的三層套管的特殊機(jī)構(gòu)，第一層管與第二層管所形成的空腔作為負(fù)壓排塵通道，負(fù)壓除塵技術(shù)可高效在灌裝過程中排出袋內(nèi)空氣及揚(yáng)塵，而且不影響計(jì)量準(zhǔn)確度，粉塵外泄量小于20 mg/m3，如圖9所示。

圖8 整形前后對(duì)比圖

2.1.8 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)一套獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，控制柜安裝西門子SIMATIC系統(tǒng)和顯示器。PLC采用西門子通信為PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)接口，可與車間生產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化包裝。手動(dòng)調(diào)試啟動(dòng)和停車，即開環(huán)控，現(xiàn)場(chǎng)任意設(shè)備可以啟動(dòng)和停車，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要安裝蘑菇頭急停按鈕，便于現(xiàn)場(chǎng)停車。

圖9 除塵系統(tǒng)除塵管結(jié)構(gòu)示意

自動(dòng)控制系統(tǒng)各模塊作用說明如下。

第一，包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)由SIMATIC控制模塊作為主控制器，通過以太網(wǎng)交換機(jī)同時(shí)與其他輔機(jī)的控制器相連，滿足工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

第二，PLC柜置于現(xiàn)場(chǎng)，PLC控制器用于生產(chǎn)過程中的邏輯和順序控制等，可編程序控制器具有強(qiáng)大的集成技術(shù)功能和可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活度高的設(shè)計(jì)。PLC帶有二個(gè)PROFINET通訊接口，具有自動(dòng)糾錯(cuò)功能的RJ45連接器，并提供10/100兆比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。

第三，每種類型的I/O通道都有備用通道，總計(jì)備用通道數(shù)量不低于15%。

第四，提供控制系統(tǒng)的源程序備份文件。

第五，控制柜內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器具備信號(hào)隔離功能。

第六，系統(tǒng)提供全套生產(chǎn)線主要運(yùn)行狀態(tài)、故障、異常、準(zhǔn)備就緒信號(hào)，具有報(bào)表功能、報(bào)警記錄，報(bào)警管理、歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸,通過PROFINET以太網(wǎng)的變量地址形式提供給上位機(jī)，具有統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印功能；完整的上下兩級(jí)數(shù)據(jù)通訊方案及實(shí)施，可控制整個(gè)包裝系統(tǒng)的工作。

第七，顯示部分為西門子觸摸式控制屏，中文人機(jī)交互界面,一方面可實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)，另一方面可在觸摸屏按鍵操作權(quán)限對(duì)可編程控制器的參數(shù)進(jìn)行分級(jí)設(shè)置，并有幫助菜單進(jìn)行提示。

第八，工控機(jī)為西門子SIMATICIPC3000 SMART品牌，采用工控機(jī)界面操控設(shè)備運(yùn)行。界面操作顯示器為24英寸，控制系統(tǒng)內(nèi)的信息采用工業(yè)以太網(wǎng)采用OPC接口通訊方式將信號(hào)傳遞到需方指定的DCS主系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制及操作。

2.1.9 操作系統(tǒng)

核心控制部分的主屏幕畫面上具有包裝機(jī)正常操作所需的功能觸摸按鈕、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)曲線等動(dòng)態(tài)畫面，在觸摸屏上可以分別選擇包裝參數(shù)設(shè)定、誤差實(shí)時(shí)曲線、誤差歷史曲線、數(shù)據(jù)處理等功能?？煞謩e對(duì)包裝快加料值、慢加料值、卸載和松袋進(jìn)行控制及參數(shù)設(shè)定，以滿足不同工況的工藝要求。

2.1.10 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

利用核心控制部分可以顯示并打印出每個(gè)班次的生產(chǎn)產(chǎn)量，如班次、重量、班累計(jì)袋數(shù)、班累計(jì)重量等。這些生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理。

2.1.11 重量復(fù)檢機(jī)系統(tǒng)

重量復(fù)檢機(jī)的稱重系統(tǒng)采用的是上部毛重稱重及傳感器對(duì)角式安裝的專利技術(shù)?？蚣苁浇Y(jié)構(gòu)，稱量由四只不銹鋼波紋管高精度稱重傳感器固定在復(fù)檢機(jī)的框架上，具有獨(dú)立的罩體，防塵、防碰,在機(jī)械上保證了電子稱重的稱重精度和計(jì)量速度。

2.2 工作流程

噸稱裝包系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)后，首先由操作工將裝包帶的四個(gè)吊帶掛到四個(gè)吊鉤上，然后將包裝袋的下料口套在密封式下料筒上，此時(shí)可以啟動(dòng)夾袋密封開關(guān)，將袋口夾緊在下料桶上，然后啟動(dòng)加料開關(guān)，包裝機(jī)便自動(dòng)進(jìn)入工作程序，快加料上下整形，增加密度下降，進(jìn)入中慢加料程序達(dá)到定額重量時(shí)停止加料，跨帶部分下降至輸送機(jī)上。吊鉤脫鉤輸送機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，輸送至重量復(fù)檢稱復(fù)檢重量后繼續(xù)輸送至終點(diǎn)后自動(dòng)停止，叉車吊走裝車或者入庫(kù)，工作流程如圖10所示。

圖10 噸稱裝包系統(tǒng)工作流程圖

3 結(jié)語

隨著人工成本的上漲和客戶對(duì)食品安全意識(shí)的提高，對(duì)白砂糖的包裝要求越來越高，根據(jù)市場(chǎng)摸底調(diào)查，噸糖袋已倍受客戶青睞，既可以適應(yīng)市場(chǎng)及客戶的不同需求，增加白砂糖產(chǎn)品多樣化與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，又可以降低生產(chǎn)成本，提高白砂糖食品質(zhì)量安全性，已成為市場(chǎng)發(fā)展所趨。