在棉种厂和面粉厂都广泛使用了颗粒物定量包装秤。相比较过棉包的电子秤, 这种秤比较复杂、 精密, 涉及到弱电、 强电、 气动及传动机械等多个方面,在车间粉尘及震动环境中使用, 容易发生故障。 发生故障后, 由于是生产线上的关键工序, 严重时会导致整条生产线停产。本文就定量包装秤的原理及维修做一简单探讨。

一、 定量包装秤的原理

定量包装秤一般都有以下几个部分构成: 称重料斗、 喂料机构、 控制电脑等。为了实现动作的自动化或机械化, 定量包装秤上还有一些辅助设施, 如夹袋机构、 卸料装置、 拍袋装置、 气泵等。 这些设施多数由气缸驱动。

因为涉及到商业贸易, 国家要求精度至少要达到 Ⅲ 级, 所以定量包装秤多采用静态称重法, 即称重时物料相对静止, 间歇称重。 棉种厂及面粉厂常见的是双料斗法称重, 即在秤上设有两个料斗( 仓), 分别用于暂存和称重。 一个工作周期开始时, 物料从暂存料斗中被送到称重料斗中。 当称重料斗称重时, 关闭加料, 物料暂存在暂存料斗中。 当称重料斗卸料完毕后, 暂存料斗重新打开, 完成下一个工作周期。

从暂存料斗向称重料斗加料的方式, 多采用双物流法。双物流法称重, 顾名思义就是采用大、 小两个物料流量向称重料斗加料。首先由大流量物料进行快速粗加料, 到达设定值时改用小流量, 最后准确加料到设置重量。常见的是两个大小或转速不同的的绞笼来完成喂料。这些动作, 都由内置的控制电脑 uPC 按照设定的程序来完成。

二、 维修

1. 检修思路。

按物料包装秤的一般工作原理, 寻找不同物理系统界面的接口元件, 按界面将整个系统分割为功能相对独立的小系统, 缩小检修范围。 一般可认为机械部分与气动部分的接口界面元件为气缸; 电气与气动部分的接口元件是电磁阀线圈; 强电与弱电的接口界面元件为固态继电器; 机械位置反馈为传感器。

按损坏频率高低和故障现象, 本着先易后难的方法, 在确定的功能范围内, 从输出端和各系统接口界面元件开始, 利用逐步排除、 代替法等进行检修。

颗粒定量包装秤

2. 检修流程。

① 气动部分。

如果出现机械故障, 如不能完成夹袋等, 在排除纯粹的机械故障如松脱、 卡死等后, 可重点检查气动部分。 首先观察气压表检查气压是否正常, 然后检查管路是否松脱, 尝试用手推动气缸, 观察是否有卡死的现象。 根据气动部分与弱电部分界面分割图, 最后重点检查电磁换向阀, 可用小改锥轻推电磁阀的阀芯, 观察是否卡死, 气缸能否动作。常见故障是油水

分离器中的储油过多, 导致灰尘油腻将电磁阀的阀芯卡死。 检查完这些没问题后, 基本可断定气动部分不存在问题。

② 弱电部分。

在排除完机械故障后, 重点检查弱电部分。 主要包括位置传感器、直流电源、电磁阀线圈及控制电脑。 首先应该用万用表检查直流电源是否正常, 常见的直流输出是 24V , 12V 和 5V 。 24V 主要用于电磁阀线圈, 12V 和 5V 用于传感器, 如磁接近开关等。将控制电脑调整到测试状态, 单独操作每个步骤, 如夹袋、 松袋、 卸料、 料仓关闭等动作。比如夹袋无动作,需要用万用表测量相应电磁阀线圈是否有直流电压。 如果有直流电压, 多数表明是电磁阀损坏或气动部分的故障。 测不到电压, 可断开电磁阀线圈接线后重测, 若能测到, 表明线圈短路; 若不能测到电压, 需要检查线路是否松脱, 或位置传感器和控制电脑是否正常。

接下来检查位置传感器。在物料定量包装秤上用的比较多的是光电开关和磁接近开关。光电开关一般用来探测物料高度位置信息, 磁接近开关一般用来探测气缸的位置。 出现不喂料或不自动开机, 可重点检查物料斗上的光电开关; 不夹袋、 卸料等需重点检查相应气缸上的磁接近开关。一般这些传感器开关上都有指示灯, 可松开这些传感器的固定螺丝,调整位置, 看指示灯是否能动作。 如果不能动作或不亮, 可考虑检查电源线是否松脱或更换新的传感器。

③ 强电部分。

涉及到强电部分的检查, 主要是电机、 接触器或固态继电器等内容, 主要解决不能喂料等电动机不运转问题。用在棉花加工厂或面粉加工厂的定量包装秤, 为了防止电动机启停产生火花, 多采用固态继电器控制电机, 也可能会采用接触器。 在检查这类问题时, 需要特别注意安全。

首先排除明显的机械故障, 如电机卡死、 皮带松脱等。 如果用接触器控制电机, 可用改锥轻推控制对应电机的接触器铁芯, 观察电机是否正常运转。 如果不运转, 属于主电路问题, 检查三相是否正常, 电机是否损坏; 若运转, 需要测量接触器线圈电压是否正常, 重点检查接线。

如果用固态继电器控制电机的, 检查相对复杂些。固态继电器( SSR )工作时没有机械动作, 有些有状态指示灯, 有些没有状态指示灯, 状态比较难断定。 固态继电器通常有 4 个接点, 两个较大些, 上面有“ ～ ” 标记, 接在交流主电路中; 其余两个较小的, 一个标记 “ + ” , 需要接入直流控制电路电源的正极, 另一个标记 “ - ” , 需要接入直流控制电路电源的负极。普通的固态继电器内部多采用光电隔离的方法来分割控制回路和主回路, 交流主回路多数采用双向可控硅或 IGBT 。虽然固态继电器有三相的, 但发热问题不容易解决, 目前多数采用 3 个 1 组, 每个分别控制电源的 1 相, 来完成控制三相电机的运转, 控制回路电路多数是并联。

颗粒定量包装秤

首先在断开电源的情况下, 用万用表电阻档检查 3 个固态继电器上连接电机的 3 个端子之间电阻是否正常。正常后, 在不工作状态下打开电源, 用万用表的交流电压档测量固态继电器交流回路两端是否为 380V , 如果不正常, 表明对应的固态继电器损坏;都正常时, 将控制电脑调整到测试状态, 单独操作每个电机。 用万用表电压档分别检查 3 个固态继电器上控制端子间电压是否正常。正常值应该是驱动的直流电压, 如 24V 或 12V , 如果正常, 表明固态继电器损坏, 可进一步检查固态继电器对应的交流控制端是否存在交流电压降。 固态继电器正常工作时, 交流控制端会产生大约 3V～ 5V 的电压降。无电压, 需要检查直流电源和控制电脑及固态继电器之间的接线 。

颗粒定量包装秤

在检修固态继电器及其驱动的电动机时要特别注意, 固态继电器并不能像空气开关分断那样将负载物理隔绝, 即尽管固态继电器处于关断状态, 但交流输出端子仍然会在负载中存在漏电电流。检修时务必注意, 以防触电。

在更换固态继电器时需要注意以下内容:

a. 固态继电器交流端子间的允许电流必须大于电机正常工作电流的 6～ 7 倍, 允许电压大于 380V , 推荐使用 480V 。

b. 固态继电器控制端子间电压最大值必须大于控制电路的直流电压。 控制端子区分正负极, 不能接错。

c. 固态继电器的交流端多数会并联一个圆片型的压敏电阻。这个电阻的作用是吸收固态继电器断开瞬间, 电动机绕组产生的反相高电压, 保护固态继电器不被击穿损坏。 若电网电压太高, 该压敏电阻击穿后会短路, 外壳上有发黑烧焦的痕迹。 检修固态继电器首先应该排除这个故障。压敏电阻在 380V 应用时, 一般选择耐压 800V～ 1000V 的, 损坏后尽量更换相同规格, 或电流更大规格的。

d. 固态继电器受较大冲击电流时, 往往会瞬间烧毁。 如果主电路中串联有保险丝, 需要采用速熔型的, 一般推荐使用空气开关进行保护。

e. 由于固态继电器工作时交流端子间仍然存在电压降, 会导致固态继电器发热。 更换时需要使用原始安装方式, 注意散热。在检修时也要注意防止触电, 造成事故。

④ 控制电脑 uPC 。

控制电脑的检查一般放在最后。在完全排除控制电脑外围电路和器件的故障, 确定无误后, 再进行控制电脑的检查。控制电脑的形式多样, 也非常复杂, 一般是单片机电路, 出现问题时会涉及到硬件故障和软件设置等各方面。首先应该从软件上尝试排除错误, 参数设置错误或不合理也会导致故障。 按操作手册的要求, 恢复出厂设置, 重新标定、 设置, 看功能是否正常。对硬件故障, 一般用替换法, 可以用厂家提供的备件板来替换控制电脑中对应的板子。芯片级的维修因为涉及到复杂的器件和程序, 用户一般不具备维修条件, 可发回厂家维修。

3. 检修后定量包装秤的校准及参数调整。

① 定量包装秤的校准。

维修过程中调整参数或包装秤后使用一段时间, 发现计量不准确时, 需要校准系统。校准包括称重仪表及料斗的零校准和固定加载砝码的校准两部分, 具体操作步骤可参考包装秤的使用手册。 有些秤在完成校准后, 提供了校正系数显示功能, 在不更换称重传感器和线路板的情况下, 可以将校正系数抄写下来, 以备日后快速恢复使用。

② 参数设置。

定量包装秤参数设置中最重要的是设置包装重量, 主要有粗加料重量、 细加料重量和空中落料重量组成。它们之间的关系是:

设定的包装重量 = 细加料重量 + 空中落料重量

粗加料重量 ≈ 包装重量 × ( 0.8～ 0.6 ), 具体需要考虑粗加料的空中落料重量及细加料时间, 它的主要作用是加快生产效率。设置的原则是尽可能在粗加料结束后, 让细加料时间至少持续 3 秒以上, 减轻称重料斗震动的幅度, 以提高包装精度。

设置举例: 如棉种包装, 根据包装重量要求, 如50kg/ 袋, 设置粗加料重量为 40kg , 然后设置细加料重量到 50kg 。 生产一袋后, 用另外的电子秤或在本机上称重, 超过 50kg 的部分, 假设是 2kg , 就应设置为空中落料重量。重新调整细加料重量为 50- 2=48kg , 重复检查包装后的误差。空中落料重量对于同一产品来说一般是固定的, 算出一次即可。

4. 检修实例。

① 棉种包装秤不计量、 不夹袋。按照故障现象, 首先怀疑秤的夹袋部分是否正常。 按使用手册将控制箱调到手动模式, 执行夹袋动作, 气缸没有动作响应, 但能听到气体流动的 “咝咝”声。观察气路上的压力表, 压力正常。用小改锥轻推安装在分气块上的电磁阀芯, 阻力非常大, 几乎卡死。 同时用万用表测量电磁阀线圈电压正常, 表明控制箱输出正常。 分析包装秤不计量的原因, 应是在自动模式下, 夹袋气缸位置传感器检测不到气缸活塞位置, 认为夹袋动作仍然没有完成, 导致系统进入等待状态造成的。 拆开电磁阀芯, 发现被短绒及灰尘堵死。清洗后包装秤工作正常。

② 麸皮包装秤细喂料不工作。

根据故障现象分析, 细喂料不工作, 首先应该排除软件上设置错误。 例如, 将粗喂料设置超过包装重量, 造成细喂料无需工作。 检查控制参数, 正常, 然后排除 SSR 故障。断开系统空气开关, 用万用表电阻档测量电机绕组电阻, 正常。加电后, 用万用表交流电压档分别测量 SSR 交流端子间电压, 380V 正常。直接将控制端子 “ + ” 端和控制回路的直流电源接通, 电动机正常运行。这表明 SSR 等外围电路都正常, 问题应该出在控制 uPC 上。打开控制箱, 在带电状态下, 测量细喂料的控制接线端子, 无电压; 测量电路板上对应光电隔离的输入端, 无电压; 最终锁定 CPU 板的对应管脚, 无输出信号。断开电源, 拆下 CPU 板, 仔细观察 CPU 插座, 发现芯片松动, 造成接触不良, 重新插拔一次 CPU 后, 故障消失。

在本例中, 如果不清楚 CPU 板上元件的功能, 可以用备用的 CPU 板代替存在故障的板子来解决。

 

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