0引言

为符合GB175-1999＜硅酸盐水泥、普通硅酸盐 水泥》对出厂袋装水泥的质量（以下简称袋重）规定， 包装机的平均袋重设置应该符合两个条件:①平均袋 重不低于50kg；②平均袋重不低于（49+3S）kg,其中S 为样本标准偏差。举例，当S为0.8kg时，平均袋重最 小应设置为51.4蛇。由于各包装机技术指标的差异， 产品样本标准偏差相差很大，优良的能达到 0.3~0.5kg,差的达1kg以上。以样本标准偏差0.5kg的包装机为例，要达到 GB175-1999的相关要求，平均袋重就要不低 于50.5kg,以年生产袋装水泥120万t计算（2.4X107 袋），就会形成12 000t水泥的流失（即若实际生 产121.2万t水泥,装袋后却是以120万t销售）。由 此可见，对企业而言提高袋重控制水平，减小样本标 准偏差具有重大的经济效益。

1各类水泥包装机的袋重控制原理和特点

水泥包装机按称重方式可分为机械式和电子式， 按装料单元运动与否可以分为固定式和回转式。

1.1机械式包装机

称重机构根据杠杆原理制造，杠杆一端挂有配重 块,另一端是秤架，中间是支点，依靠杠杆机构的上下 翻转来控制袋重。机械式包装机的袋重控制性能很 差，原因有二:一是配重、支点摩擦阻力变化、袋座上 的落灰等都被带入计量，造成秤的零点偏离，而在水 泥包装过程中，落灰是无法避免的；二是在粉尘的环 境下,杠杆支点的灵活性容易受到影响。

L2电子式包装机

电子式包装机依靠弹簧片支撑秤架，称重传感器 检测袋重，控制器计量控制，气缸（或电磁铁）为执行 机构。电子控制系统可以在每袋水泥装料前对秤架进 行除皮归零，确保了秤零点的准确，而气缸（或电磁 铁）受环境影响小，动作可靠迅速。

1.3固定式包装机

常有单嘴、双嘴、四嘴，操作工正坐在秤架前方进 行操作，因为操作工的手、脚随时可以接触秤架而改 变袋重，故这种包装机袋重控制容易受人为因素干 扰，而且固定式包装机劳动生产率很低，比较适用于 中小型水泥厂。

1.4回转式包装机

常见的有六嘴、八嘴、十四嘴等，在旋转过程中装 料,操作工不能干扰袋重，而且回转式包装机劳动生 产率要比固定式高出许多。由于其台时产量高、袋重 指标优异，因而应用越来越广泛。

2回转式电子称重水泥包装机的袋重控制与 实践

国内常用的有唐山、黄石、无锡等地制造的国产 机器以及进口的德国HAVER机器，其工作原理和过 程大致相同，维护时主要是要求秤架清洁灵活，执行 机构动作迅速可靠（见参考文献［1］）。下面仅就其袋重 控制及笔者的实践进行分析和介绍。

2.1二次装料技术

有的包装机灌装过程中速度保持不变（可称为一 次灌装），见图la。有的釆取二次装料技术，即快速一 慢速装料方式，在接近目标袋重时（如45kg左右时） 降低灌装速度，以提高精确度，见图lb。

图1 一次灌装和二次灌装的时间与料量关系

当袋重达到目标值时，控制器发出指令，由于惯 性作用灌装机构不会马上关闭,设袋重达到目标值时 间为而，灌装停止时间为£3,惯性速度为。（假设v为匀 减速运动）,此期间袋重的增加量m₃= Cqv（t）dt（q可视为常数）。图1中两种灌装方式在袋重达到目标值 后的速度情况见图2。由于惯性作用出料嘴关闭后流 量q受多方面因素影响,所以要求出料嘴关闭时间要 准确稳定。由于屿存在诸多不确定性，因此也在整 袋误差中占有比较大的比例。要减小",一是要缩短 h,即加快关闭时间，这就要求选用驱动力足够的气缸 （电磁铁）;二是要降低0©。釆取二次装料技术就是这 个道理。

图2接近目标袋重时一次灌装和
二次灌装的时间与速度关系

笔者在釆用二次装料技术的包装机上试验，将细 装料的闸板开度调整到最大，此时样本标准偏差急剧 增大。

2.2闭环控制系统

在顺包皮带后安装输送辐道及校正秤，与控制室 中央控制器、包装机机上控制器构成闭环控制系统, 对袋重进行连续校正。采取缩短虹降低的方式只 能有限降低误差。而在此闭环控制系统中，由校正秤 对最终袋重进行检测分析，以验证袋重是否合格，基 于连续生产的两袋水泥的m₃不会突变这一事实，将 最终误差反馈到包装机控制器,对袋重的预设定值进 行调整，从而大大降低了袋重误差。需要特别注意的是在闭环控制系统中，袋重以校 正秤为基准，校正秤检测的是包括皮重的每袋总重， 没有自动除皮功能，无法对自身的皮重变化做出调 整,因此生产过程中必须及时清理落灰，始终保持校 正秤零点稳定。

2.3 一次灌装包装机控制器的改造

二次装料技术可以显著降低袋重误差，但相比一 次灌装，要增加控制器输出点数、增加电磁阀和三位 气缸（使用电磁铁）、降低台时产量、增加制造成本，因 此部分包装机没有釆取二次装料技术。笔者通过探索，在电动机驱动灌装叶轮、气缸（电 磁铁）驱动闸板的包装机上，不需要增加任何设备，只 需将电动机的停止信号由目标袋重略微提前,例如设 置为50kg,而气缸（电磁铁）的关闭信号仍为50.5kg, 这样,利用电动机的惯性构成二次装料。

2.4对二次灌装技术的认识

可能是出于成本的考虑，一些包装机生产厂家对 二次装料技术有异议，认为没有必要。但包装机老牌 厂家HAVER公司认为，二次装料必不可少，而且细 装料的时间应该大于&。笔者在实践中也切实体会 到二次装料技术对于改善计量精度至关重要，并在实 践中实施了不增加硬件、不增加成本的基础上将原来 的一次装料改为二次装料的方案，应用效果很好。 2.5对三次灌装技术的实践

在已经采用了二次装料技术的包装机上,可以在 不增加硬件、不增加成本的基础上，缩短二次装料时 间，提前停止装料电动机，依靠电动机惯性构成三次 装料,对机器工作有利无弊，在不影响包装机台时产 量的情况下，计量精度可进一步提高。三次装料时间 取决于电动机停车的惯性时间,HAVER包装机上装 料电动机有能耗制动，故停车很快。笔者目前设置的 二次装料转换点为47kg（HAVER原设置42kg）,三次 装料转换点为49.5kg,这些设置值需要由用户根据自 己的装料电动机有无制动、袋重指标要求、机器台时 产量要求、水泥流动性能等实际情况确定。袋重精度 要求严格,就要降低二次、三次装料转换点，同时机器 台时产量被降低;水泥流动性能差,就要提髙二次、三 次装料转换点。笔者在本单位的HAVER 6RS（FE） .HAVER 6RS MECII包装机上进行了长期实践摸索,出于降低成本 的目的，自己开发了一款控制器，于2007年6月在 HAVER 6RS（FE）包装机5号装料嘴上试使用,8月 中旬调试正常。从8月到现在一直没有调整过袋重设 定值，笔者多次抽检袋重，效果理想（数据略）。实践证 明控制器工作是可靠的，三次装料技术是可行的。

2.6开环控制系统的改进

闭环控制系统可以大大减小误差,但需要增加校 正秤、中央控制器等,成本增加不少，特别是由于校正 秤没有自动除皮功能，如果生产过程中的落灰不能及 时清理，反而造成严重的袋重误差。笔者在本单位包装机系统的校正秤损坏后，在配 件国产化过程中对包装机控制器进行了设计改进，使 得开环系统实现了闭环控制的功能。其控制原理是： 在图2b的t₃以后，但尚未卸包之时，此时的m₃已经 完全确定,我们此时再次检测袋重并与预设定值进行 比较，根据比较结果调整预设定值，从而构成闭环控 制系统，实践证明是可行的。

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