GEO系列旋轉包裝機計量控制系統的特點與常見故障處理

意大利VENTOMATIC公司生產的GEO系列多嘴旋轉包裝機與其它包裝機相比，其硬件上的特點之一是運動部分與靜止部分信息交換采用MagicBox－光電耦合接口替代傳統的機械饋電滑環，性能更加可靠。特點之二是用絕對編碼器取代了接近開關檢測各嘴的位置，使去皮、裝料和掉袋動作控制更精確。軟件特點是采用了袋重偏差自動修正算法。以下簡要介紹該包裝機計量系統的特點以及常見故障處理，以期對同類設備的設計與維修有一定的借鑒作用。

1 計量控制系統的結構與特點
1.1 控制系統結構與功能

圖1是該包裝機控制系統方框圖。包裝機上每個卸料口有1套獨立的稱重控制單元(Ventodigit),通過連接的荷重傳感器檢測灌裝重量，完成卸料閘門的啟閉、排灰葉輪的開停以及落袋等全部控制過程。每個控制單元都掛接在通信總線上，但互不影響。機上控制單元的通信總線由稱為Ventoring的單元進行管理，并實時傳遞到Magic－Box(光電耦合接口)，實現包裝機旋轉部分與靜止部分控制設備間的通信。

各卸料口的位置由安裝在包裝機立軸上的光電編碼器進行檢測。該信號在Magic－Box節點轉換成通信信號通過Magic－Box發送到旋轉部分各卸料口的控制單元，用于協調控制灌裝過程中的自動去皮、開閉閘門以及卸袋動作的正確位置。Magic－Box節點還將來自稱重控制單元的報警信息發送到主節點，并由主節點送到鍵盤控制臺顯示。同時它還將包裝機產量設定信號轉換成模擬電壓信號,控制變頻器來調整包裝機轉速。

連接在通信總線上的鍵盤控制臺主要完成以下功能：
　　1)用于輸入控制單元Ventodigit和外圍輔助設備的組態參數。
　　2)啟動停止包裝機運轉，調整包裝機產量。
　　3)啟動停止包裝機的喂料。
　　4)手動測試某卸料口的功能。
　　5)調整設定光電編碼器的基準位置。
　　PLC節點主要用于控制包裝機以及外圍上下游輔助設備的工作聯鎖。如包裝機小料倉內的料位控制、卸包皮帶及破損包裝袋的處理等。

主節點是控制系統的協調中心，它處理連接到網絡上所有設備的各種信息。
1.2 灌裝工作過程及顯示
　　稱重控制單元的一個特點是不僅實時顯示包裝重量而且隨各卸料口的工作進程顯示相應代碼。當卸料口一切備妥時顯示代碼“P”；插入包裝袋并被控制單元檢測到時顯示變為“b”。當卸料口旋轉到預置的自動去皮位置時，開始清除包裝袋自身以及稱量平臺上積灰等額外重量，顯示代碼“C”，同時重量顯示變為“0”。隨后卸料閘門完全打開，排料葉輪起動，這一階段為快速灌裝，顯示代碼“U”。如果此時灌裝速率低于9kg/3s，控制單元則認為包裝袋未能正確與卸料口吻合或包裝袋破裂，停止繼續工作并自動卸載包裝袋。當包裝袋重量達到預定的參數值時(75％額定包裝袋重量)，卸料閘門部分打開，包裝袋充填速度減緩，這時顯示代碼“L”。當灌裝重量達到額定值時，卸料閘門完全關閉，排料葉輪停止運轉，顯示代碼“F”。控制單元寄存本次稱量結果，以備后續灌裝控制誤差修正之用。當卸料口到達輸送皮帶位置時，灌裝好的包裝袋被釋放，顯示代碼“n”，完成一個灌裝過程。
1.3 袋重偏差的自動修正
　　由于各種因素的影響，每一袋裝袋灌裝的物料量并不完全與設定的額定重量相同。因此為保證袋重精度，及時修正袋重偏差是十分必要的。
　　袋重偏差的自動修正并非簡單地用上一袋實際重量與額定值的偏差來修正下一袋的灌裝重量。而采用了誤差限制和算術平均的計算方法來獲取正確的修正值。
　　首先，當實際袋重與額定重量之間偏差過大，超出設定的誤差范圍時(一般誤差限設為±1.5kg)，該袋重值不被計入平均值計算過程中，而是給出報警提示代碼。因為產生較大的誤差往往是由于系統中某些部件損壞或工作異常造成的，如不進行檢修是不能解決問題的。
　　開始灌裝后因無以前寄存的袋重數據，第1袋實際重量與額定重量的偏差用于計算后續第2袋與第3袋的額定重量。新的額定重量為第1袋的額定重量減去第1袋的偏差量。當第2袋與第3袋灌裝完成后計算實際平均重量與當前額定重量的偏差，然后再用當前額定重量減去這一偏差作為第4～7袋的額定重量設定值。根據第4～7袋實際重量的平均值與當前額定重量的偏差，用上述同樣方法計算出第8～17袋的額定重量設定值。以后每10袋計算1次實際灌裝重量平均值與當時額定重量的偏差，并以此值修正后10袋的額定重量。

2 常見問題原因及處理
2.1 調速電動機變頻器最高工作頻率的設定
　　包裝機的產量可以通過鍵盤控制臺設定，由Magic－Box節點轉換成0～10V控制電壓信號，并送到變頻器輸出電源頻率設定信號輸入端，通過改變交流電動機電源的頻率來調整電動機的轉速，實現包裝機產量的調整。為使設定產量與實際產量對應，在安裝調試時進行一次變頻器輸出電源最高頻率的調整是必要的。而平常產量設定根據插袋工的熟練程度決定，一般設為1500～2000袋/h。
　　通過公式(1)計算出額定最高產量為B(袋/h)時對應的變頻器最高額定頻率：(1)

式中：
i——減速器速比；
p——電動機極對數；
m——卸料口數量。
公式(2)作為經驗公式可方便地求得與包裝機設定產量一致的變頻器最高頻率值：(2)

式中：
fD——工廠設定頻率缺省值；
Bs——設定產量值；
Ba——實際產量值。
再將該值置入變頻器的組態參數菜單中即可。

2.2 卸袋動作位置不正常，包裝袋不能準確落到輸送皮帶上
　　包裝機的卸袋位置是由卸料口位置檢測光電編碼器發出的信號決定的。這種故障顯然是因編碼器發生問題所致。一種原因是更換編碼器后未能重新寄存編碼器的基準位置或卸袋位置參數調整不當。編碼器的基準零位是以1號卸料口處于卸袋輸送皮帶中心線時的值為參考基準。由于其它各卸料口均勻分布，故其它各卸料口的位置均是在此基礎上通過程序推算出的。如果1號卸料口定位不準確則會造成基準偏差，使所有卸料口出現卸袋動作位置不正常。這種情況下，需人工將包裝機的1號卸料口轉到正對卸袋輸送皮帶中心線，重新寄存編碼器基準零位。另外還須檢查卸袋位置參數是否合適。
　　另一種情況是個別卸料口隨機出現卸袋位置不正常，這往往是因編碼器自身故障造成的。它是12比特絕對型角度編碼器，內部的碼盤一周被分成4096個扇區，每一扇區對應12對光電元件。如此精密的傳感器一旦由于振動過大或進入一些灰塵會造成光電元件不能正常檢測，從而產生錯誤的位置代碼，導致卸袋位置偏差。出現這種故障時需更換編碼器并要將其密封好。

2.3 包裝袋在線檢測不能正常工作
　　包裝袋在線檢測是靠檢測安裝在卸料口袋夾上的壓縮空氣噴嘴的壓力來實現的。正常工作時，如果沒有包裝袋夾在卸料口上，噴嘴排出的壓縮空氣得以釋放，殘留壓力很低，用于檢測的壓力開關接點斷開；而當包裝袋被袋夾夾緊時，壓縮空氣不能排出使噴嘴壓力增高，壓力開關接點閉合。稱重控制單元收到該信號后在卸料口旋轉到灌裝啟始位置時卸料閥門打開，排料葉輪運轉，往外輸送物料。
　　包裝袋在線檢測不能正常工作主要有2種情況：
一種是包裝袋未在線，但在灌裝位置卻起動灌裝。這是因為袋夾處的壓縮空氣噴嘴及其管路被物料堵死，造成壓縮空氣壓力不能釋放,產生誤信號所致。只要對管路及噴嘴進行清理即可解決問題。另一種情況是包裝袋已在線但灌裝不能起動，這是因為稱重控制單元未接收到包裝袋已在線的信號。首先應檢查檢測壓力開關與控制單元間的接線是否正常，其次檢查噴嘴處壓縮空氣的壓力是否足夠。如果壓力較低應檢查氣源管路是否被異物堵塞。如果壓力足夠而無信號響應則應檢查壓力開關設定值是否合適。

2.4 二次灌裝失敗，出現“ErrBL”報警信息
　　這種故障往往是由于卸料口處積料結垢使卸料口通徑變小、阻力增大而不能將包裝袋充滿引起。另一種原因是由于物料濕度大、流動性差造成排料葉輪處出現空洞，物料無法排出。只有對結垢和包裝機灌裝倉內進行清理才能消除這種故障。

2.5 自動去皮失敗，出現“ErrAU”報警
　　自動去皮參數的大小應根據單個包裝袋的重量和稱量平臺上可能的積料重量適當選取，不易過大。否則當計量系統發生故障導致皮重變化時不易及時發現。當稱量平臺上沉積的物料長時間得不到清理，積累過多時會出現超出自動去皮范圍出現報警。只要將沉積的物料清除掉即可解決問題。另一種原因是由于荷重傳感器損壞或稱量平臺力傳遞系統的彈性鋼片固定螺絲松動或斷裂導致皮重變化過大，超出去皮范圍，此時應對損壞部件更換并緊固好固定螺栓。