噸稱裝包系統在制糖行業的應用

曾德美，梁清武

（中糧屯河崇左糖業有限公司，廣西 崇左 532200）

1 概述

現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，需人工搬運糖袋至生產溶糖區再人工拆卸糖包，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險，可口可樂、不凡帝、雀巢、養樂多等高端客戶均要求制糖企業進行技術改造，改變裝包方式，降低客戶使用時的人力物力消耗，提高工作效率，提高使用過程的食品安全性。

2 噸稱裝包系統技術介紹

2.1 結構組成

2.1.1 自動緊口及掛袋機構

掛袋機構是由4個掛袋鉤組成，上袋時將噸袋的4個吊耳分別掛入4個吊鉤中，吊鉤自帶反鎖裝置，吊耳不會脫落。灌裝結束時反鎖裝置會自動打開，將袋子吊耳脫出。

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

圖1 袋口自動夾緊裝置

2.1.2 空氣凈化及自動吹袋系統

白砂糖包裝袋內襯PE內膜袋，人工展袋時無法將PE內膜袋完全展開，下料時白砂糖易將PE內袋沖破，白砂糖外漏至編織袋和PE袋之間，不符合食品包裝要求。噸稱包裝系統配自動吹風機，掛袋完成后，主機通過正壓向袋內吹氣，在極短的時間內完成吹袋工作，使折疊的包裝袋完全展開，PE內袋緊靠外袋，保護PE內袋不爆裂，如圖2所示。吹袋的空氣經過H13無隔板高效過濾器凈化處理，達到食品包裝衛生要求標準，有效保障食品衛生安全，如圖3所示。

圖2 高壓風機

圖3 H13無隔板高效過濾器

2.1.3 給料系統

給料系統配置多角度、多位置控制給料器和密封蝶閥，給料器有三位垂直門結構，可以實現快上慢三級給料。快速給料時能夠充分大量的加料；中速給料時可減少加料沖力，平穩過渡到慢加料；低速給料時可穩定精確地緩慢加料，有利于提高準確度。料門關閉時，料門位于垂直重力正下方，即使切斷料門動力也不會出現泄露，優于單弧雙位式的側門結構。下方配接的蝶閥，密封可靠而且壽命很長，此種結構的給料系統在來料正常的狀態下其加料速度可以實現25～40包/小時，如圖4所示。

圖4 給料系統示意圖

2.1.4 稱重系統

噸稱包裝稱重系統采用的是國內某公司首創的上部毛重稱重及傳感器對角式安裝的專利技術，具體結構為：在上部平臺安裝4個稱重傳感器,傳感器上安裝的承載板吊裝稱重平臺，在稱重平臺下吊掛的包裝袋重量直接傳遞至傳感器，因而靈敏度高，穩定性好，抗過載能力強，能夠克服任何方向的外力對稱重系統的影響，通過GR智能程序算法可以因外力造成的稱重誤差排除，稱重準確度、穩定性優于其他機型的稱重系統。系統采用框架式結構，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的框架上，具有獨立的罩體，防塵、防碰，在機械上保證了電子稱重的稱重精度和計量速度，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，稱重結構如圖5所示。

圖5 稱重結構示意圖

2.1.5 氣缸式升降系統

升降部分是由四組大型氣缸，四面導軌機構組成，通過連接機構作用于升降吊臺，實現噸稱的上下移動，配合其他系統完成灌裝工作。四個氣缸分別布置在平臺的4個角上，端部采用萬向節與升降平臺鏈接，四個氣缸同時運動完成升降動作，如圖6所示。

圖6 升降氣缸

采用氣缸做為動力源有以下優點：工作噪音小；拉力穩定，起重能力強；維護簡單、性能可靠；以傳統的電機作為動力源時能耗低。

在升降平臺的四個面都設有X型導向軌，保障平臺在升降過程中不會出現偏載現象，有效保護了氣缸及連接機構，延長配件的使用壽命，杜絕因偏載導致稱重誤差及設備重心不穩而出現的倒塌事故，如圖7所示。

圖7 X型導向軌

2.1.6 自動整形系統

包裝機在包裝過程中可通過手動或自動方式開啟整形功能，此功能是由升降系統來完成動作。在包裝過程中升降平臺會自動上下往復運動幾次，將包裝袋底與鏈板機接觸，將袋內的物料變得緊實，分布均勻；消除袋底的凸起，提高倉儲時包裝站立穩定性。整形前后包裝機的對比圖，如圖8所示。

2.1.7 除塵系統

除塵系統設計時通過包裝機下料筒的三層套管的特殊機構，第一層管與第二層管所形成的空腔作為負壓排塵通道，負壓除塵技術可高效在灌裝過程中排出袋內空氣及揚塵，而且不影響計量準確度，粉塵外泄量小于20 mg/m3，如圖9所示。

圖8 整形前后對比圖

2.1.8 自動控制系統

自動控制系統設一套獨立的PLC控制系統，控制柜安裝西門子SIMATIC系統和顯示器。PLC采用西門子通信為PROFINET工業以太網接口，可與車間生產DCS控制系統遠程聯動，實現自動化包裝。手動調試啟動和停車，即開環控，現場任意設備可以啟動和停車，根據現場需要安裝蘑菇頭急停按鈕，便于現場停車。

圖9 除塵系統除塵管結構示意

自動控制系統各模塊作用說明如下。

第一，包裝機自動控制系統由SIMATIC控制模塊作為主控制器，通過以太網交換機同時與其他輔機的控制器相連，滿足工業以太網與上位機進行通訊。

第二，PLC柜置于現場，PLC控制器用于生產過程中的邏輯和順序控制等，可編程序控制器具有強大的集成技術功能和可擴展性強、靈活度高的設計。PLC帶有二個PROFINET通訊接口，具有自動糾錯功能的RJ45連接器，并提供10/100兆比特/秒的數據傳輸速率。

第三，每種類型的I/O通道都有備用通道，總計備用通道數量不低于15%。

第四，提供控制系統的源程序備份文件。

第五，控制柜內的信號轉換器具備信號隔離功能。

第六，系統提供全套生產線主要運行狀態、故障、異常、準備就緒信號，具有報表功能、報警記錄，報警管理、歷史數據、生產數據等實時傳輸,通過PROFINET以太網的變量地址形式提供給上位機，具有統計報表打印功能；完整的上下兩級數據通訊方案及實施，可控制整個包裝系統的工作。

第七，顯示部分為西門子觸摸式控制屏，中文人機交互界面,一方面可實時顯示工作狀態，另一方面可在觸摸屏按鍵操作權限對可編程控制器的參數進行分級設置，并有幫助菜單進行提示。

第八，工控機為西門子SIMATICIPC3000 SMART品牌，采用工控機界面操控設備運行。界面操作顯示器為24英寸，控制系統內的信息采用工業以太網采用OPC接口通訊方式將信號傳遞到需方指定的DCS主系統內，實現遠程監視、控制及操作。

2.1.9 操作系統

核心控制部分的主屏幕畫面上具有包裝機正常操作所需的功能觸摸按鈕、數據顯示、數據曲線等動態畫面，在觸摸屏上可以分別選擇包裝參數設定、誤差實時曲線、誤差歷史曲線、數據處理等功能。可分別對包裝快加料值、慢加料值、卸載和松袋進行控制及參數設定，以滿足不同工況的工藝要求。

2.1.10 生產管理系統

利用核心控制部分可以顯示并打印出每個班次的生產產量，如班次、重量、班累計袋數、班累計重量等。這些生產管理數據可以傳輸到上位計算機進行生產統計管理。

2.1.11 重量復檢機系統

重量復檢機的稱重系統采用的是上部毛重稱重及傳感器對角式安裝的專利技術。框架式結構，稱量由四只不銹鋼波紋管高精度稱重傳感器固定在復檢機的框架上，具有獨立的罩體，防塵、防碰,在機械上保證了電子稱重的稱重精度和計量速度。

2.2 工作流程

噸稱裝包系統處于待工作狀態后，首先由操作工將裝包帶的四個吊帶掛到四個吊鉤上，然后將包裝袋的下料口套在密封式下料筒上，此時可以啟動夾袋密封開關，將袋口夾緊在下料桶上，然后啟動加料開關，包裝機便自動進入工作程序，快加料上下整形，增加密度下降，進入中慢加料程序達到定額重量時停止加料，跨帶部分下降至輸送機上。吊鉤脫鉤輸送機自動啟動，輸送至重量復檢稱復檢重量后繼續輸送至終點后自動停止，叉車吊走裝車或者入庫，工作流程如圖10所示。

圖10 噸稱裝包系統工作流程圖

3 結語

隨著人工成本的上漲和客戶對食品安全意識的提高，對白砂糖的包裝要求越來越高，根據市場摸底調查，噸糖袋已倍受客戶青睞，既可以適應市場及客戶的不同需求，增加白砂糖產品多樣化與市場競爭力，又可以降低生產成本，提高白砂糖食品質量安全性，已成為市場發展所趨。