化工企業定量包裝計量監測信息化應用

劉洋

中國石化鎮海煉化分公司 儀表和計量中心（浙江 寧波 315200）

某企業聚烯烴包裝車間擁有8 條25 kg 定量包裝線，年出廠約100×104t。包裝計量檢驗采用每條線每小時隨機抽樣10包的方法，抽檢樣本代表性不足，沒有起到抽檢的效果。因此技術人員嘗試將包裝線復檢秤稱量讀數采集到數據庫，統計分析后真實有效地反映定量包裝的計量情況，確保包裝計量符合國家貿易要求，同時保障包裝凈含量滿足客戶權益。

1 人工計量檢驗抽檢的缺陷

聚烯烴包裝車間有8 條25 kg 定量包裝線。原計量抽檢方式是每條線每小時隨機抽取10包，用電子臺秤稱重記錄，要求平均凈重不得低于25 kg。

從國家批量商品凈含量的要求[1]中，用抽樣方法評定一個檢驗批的定量包裝商品，應當按照表1規定的抽樣方案進行抽樣檢驗和計算。

按照表1 規定的計量檢驗抽檢方案抽檢，樣本平均實際含量符合要求后，可判別該檢驗批次符合要求，置信度為99.5%。

從表1中可知該包裝車間選用抽取樣本數量為n=10，那么對應的檢驗批量N應該為11~50 區間內，但實際上定量包裝生產線包裝生產能力達到1 200 包/h 以上。按照表1 要求應以每小時包裝產品N=1 200 作為一個檢驗批次，抽樣方案應該選取n=80。所以該包裝車間的抽樣方案不符合標準要求，不能起到判別檢驗批次的作用。

表1 計量檢驗抽樣方案

如果按照規定抽樣，8條25 kg包裝線工作量每小時為640 包，以人工抽樣稱量的方式需要耗費大量的人力物力，是企業難以承受的。比較其他同類企業包裝線的計量抽檢方案，也難以達到統計學檢驗判斷檢驗批合格要求的抽檢包次。面對這樣的問題，技術人員考慮運用數據通訊和數據庫技術對定量包裝線復檢秤數據實現同步監控和計量檢驗運用。

2 定量包裝線組成及復檢秤介紹

定量包裝線包括定量包裝機及配套設備、輸送線以及碼垛機三大部分組成[2]。產品在包裝機經過稱量、裝袋、熱封后，通過輸送線的整形、金檢、重檢和噴碼后碼放成垛。如圖1所示。

圖1 定量包裝線示意圖

其中輸送線中包含復檢秤，其功能為：對每包產品進行計數和重量復檢，對超過毛重標準±100 g的產品通過自動剔包機從輸送線上自動剔出[3]。以滿足國家規范規定的對定量包裝25 kg 的產品單包允許短缺量為1%的計量要求，同時也可以防止產品包裝異常超裝。如圖2所示。

圖2 包裝線復檢秤

3 復檢秤計量檢驗

包裝線復檢秤安裝在輸送線上，對每包產品都進行稱量[4]。以此作為計量檢驗，前提有2個問題需要解決。

1）復檢秤稱量的準確性和可靠性[5]。要考慮復檢秤為動態稱量，機械變化和振動會造成測量結果波動。每年定期委托地區計量院按照國家檢定規程對復檢秤嚴格檢定[6]，計量溯源確定符合III 級秤計量要求；加強復檢秤和電子臺秤間的比對監督。車間要求每班次在包裝線穩定運行后，隨機抽取4包產品，用復檢秤和電子臺秤分別稱量后，不得出現偏差大于20 g；若偏差過大，需要用標準砝碼對電子臺秤和復檢秤進行復核校驗。監督控制復檢秤的準確性。

2）樣本數據的記錄和追溯性。每包產品在復檢秤上停留時間不到3 s，數據人工記錄容易出錯，所記錄的料包需要輸送自動碼垛，如何留樣追蹤。

考慮采用數據采集和數據庫存儲的模式。用網絡通訊方式，上傳記錄復檢秤每包稱量數據和稱量時間。同時也可根據包裝袋噴碼時間追溯到該包產品的存儲位置。

采用以上措施解決2 個問題后，記錄的復檢秤稱量數據可完全覆蓋所有包裝產品，計算得到整個包裝批次的平均毛凈重，與通過抽樣樣本的統計學計算檢驗判別方式相比，不存在樣本代表性問題，全面數據使計量檢驗更準確。

4 復檢秤稱量數據上傳改造

在公司計量系統中設計一款軟件，利用數據采集技術將各包裝線復檢秤讀數采集起來做數據分析應用。

4.1 網絡架構

建立三層信息網絡，第一層是各包裝線復檢秤，將包裝線產品稱量數據進行上傳。第二層是包裝車間上位機或接口機，可實時顯示各包裝線實時數據，并將數據轉發上傳。第三層是公司計量系統，將所有數據進行存貯，并以大數據分析方式展示。

4.2 復檢秤通訊改造

對所有8 條包裝線可行性調研，8 臺復檢秤控制器均具有MODBUS RTU通訊協議數據遠傳功能，其中6臺復檢秤數據已經通過串口上傳至包裝線上位機WinCC系統，可通過現場敷設網線和網絡設備實現數據上傳。同時公司計量管理系統也可以對上傳數據進行存儲和批量統計核算。針對不同情況，制定和實施了以下2種方案。

4.2.1 方案一

1）系統結構：2 臺復檢秤數據采集的網絡拓撲如圖3所示。

圖3 網絡拓撲圖1

2）數據采集服務：2 條線復檢秤機柜中部署一個串口通訊網關，將Modbus-RTU 協議轉換為Mod?bus-TCP協議，并接入數采網。后臺部署Modbus取數服務，讀取合格袋數及檢重結果，并進行判斷，每當合格袋數增加1，將檢重結果、當前時間（以數采服務器本地時間為準）及包裝線名稱上傳至計量系統。數據通訊的地址見表2。

表2 數據通訊的地址

4.2.2 方案二

1）網絡拓撲結構：6條線復檢秤數據進2臺上位機，其網絡拓撲如圖4所示。

圖4 網絡拓撲圖2

2）數據采集服務：現場有2臺上位機，在每臺上位機上部署服務，將復檢秤的稱重結果數據從L700_OPCServer 獲取，OPC 協議轉換為 Modbus 協議，使用上位機空余的串口，通過串口通訊網關，將Modbus-RTU協議轉換為Modbus-TCP協議，并接入數采網。后臺部署Modbus取數服務，讀取袋數及檢重結果，并進行判斷，每當袋數增加1，將檢重結果、當前時間(以數采服務器本地時間為準)及包裝線名稱上傳至計量系統。

4.3 計量系統存儲和統計界面

現場復檢秤讀數上傳到公司計量管理系統數據庫后，在計量系統中設置2個查看界面。

復檢秤日數據管理界面可以查看包裝線名稱、單包稱重時間、毛重、包次號等數據。管理人員設置包裝袋重、規格、偏差上下限等條件，自動計算凈重差量。

復檢秤月數據管理界面，顯示經數據庫篩選剔除超過100 g差量異常剔包后合格包數總和，合格凈重總和，計算每月所有包裝產品平均凈重。

通過以上復檢秤現場網絡改造和計量系統增加功能界面的改造，使原有人工抽檢得到簡化，節省了勞力投入[7]。實現計量管理人員對包裝線的遠程在線監控，計量檢驗數據真實反映了定量包裝線生產的實際情況，可以反饋指導裝置生產。可進一步防止定量包裝凈含量偏高造成的公司效益流失。

5 建議

以上措施的應用解決了以往計量檢驗抽樣不夠科學，難以起到判別批次是否計量合格的弊端。在嚴格監控復檢秤準確度溯源的前提下，對包裝稱量數據全記錄監控，進而達到監控檢驗定量包裝計量合格的目的。對于利用稱量數據信息化處理，有以下建議：

1）部分包裝線月平均凈重高于國家要求的10 g以上。設想包裝車間年生產4 000 萬袋包裝產品，若在符合國家要求的前提下，控制每袋少裝1 g，可以為企業減少效益流失數10 萬元。實時監控復檢秤數據變化，偏差增大時，可提醒技術人員確認定量包裝秤運行問題，考慮對定量包裝秤做自動化反饋控制。

2）目前在用電子臺秤普遍具備數據上傳功能。可以結合移動網絡，將準確度更高的精密電子臺秤作為可移動的標準器具，對復檢秤定期校驗，自動生成校驗記錄，出具校驗修正數據，在計量系統中對復檢數據同步修正，可以得到更準確的稱量結果。

3）聚烯烴產品牌號眾多，不同客戶需求不同牌號的產品。目前計量檢驗從生產角度出發，不區分牌號，沒有做到客戶針對性。可能出現某種牌號產品某批次產品異常，而統計判斷不出的情況。可考慮結合工藝生產將記錄的包裝檢驗數據按牌號區分后得出不同牌號的計量檢驗結果。