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［摘要］結(jié)合某冶煉廠三氧化二砷的生產(chǎn)特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)了新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由制袋式包裝機(jī)、輸送輥道系統(tǒng)、自動(dòng)碼垛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。通過(guò)介紹各組成系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理以及系統(tǒng)的應(yīng)用效果可知，該系統(tǒng)具有稱(chēng)量準(zhǔn)確、包裝過(guò)程無(wú)粉塵、碼垛速度快、垛型整齊等特點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了塑料內(nèi)膜內(nèi)包裝和鐵桶外包裝一體化的包裝方式，以及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制，極大改善了有毒有害固體物料的生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率，值得同行業(yè)推廣應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］三氧化二砷;包裝;新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng);雙層包裝

0前言

在有色冶金行業(yè)中，砷是銅、鉛、鋅、金、銀等礦產(chǎn)資源的伴生元素。金屬精礦經(jīng)冶煉廠冶煉加工后，其中的砷變成三氧化二砷以副產(chǎn)品的形式生產(chǎn)出來(lái)。三氧化二砷可用作木材防腐劑、玻璃工業(yè)的澄清脫色劑，高純砷在醫(yī)藥、制革、印染等行業(yè)中也有一定的應(yīng)用［1］。三氧化二砷是一種灰白色晶體或粉末，是最具商業(yè)價(jià)值的砷化合物及主要的砷化學(xué)開(kāi)始物料，有劇毒，產(chǎn)品包裝要求以鐵桶作為外包裝，以密封的塑料內(nèi)膜袋作為內(nèi)包裝。目前國(guó)內(nèi)類(lèi)似產(chǎn)品的包裝線尚未有自動(dòng)化的產(chǎn)品包裝裝置，主要依靠人工進(jìn)行。為確保安全，操作人員必須穿全套防護(hù)服，才能進(jìn)入封閉的廠房?jī)?nèi)進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，工作條件非常艱苦，且生產(chǎn)效率極其低下［2］。為改變這種生產(chǎn)現(xiàn)狀，某公司和設(shè)備廠家共同合作，歷時(shí)6個(gè)月，研制開(kāi)發(fā)了三氧化二砷新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有毒有害顆粒物或粉體包裝的全自動(dòng)化生產(chǎn)，避免了有毒有害物質(zhì)對(duì)員工生命安全的威脅。該系統(tǒng)在原有自動(dòng)包裝機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)粉塵收集裝置，確保生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)粉塵外溢，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了塑料內(nèi)膜內(nèi)包裝和鐵桶外包裝一體化的包裝方式，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中為首次應(yīng)用。通過(guò)介紹該系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)成、工作原理以及應(yīng)用效果可知，該系統(tǒng)集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和生產(chǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，對(duì)改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率意義重大。

1新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)

新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)由制袋式自動(dòng)包裝機(jī)、輸送輥道系統(tǒng)、自動(dòng)碼垛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其中輸送輥道系統(tǒng)由前端輸送機(jī)、包裝輸送機(jī)、緩存輸送機(jī)、抓取輸送機(jī)四部分組成;自動(dòng)碼垛系統(tǒng)是由機(jī)器人抓手、機(jī)器人本體、自動(dòng)托盤(pán)庫(kù)和托盤(pán)鏈條式輸送機(jī)組成。新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)的工作流程為:制袋用的復(fù)合塑料膜放置在制袋機(jī)位上，待包裝的三氧化二砷通過(guò)密封螺旋機(jī)輸送至自動(dòng)包裝機(jī)的儲(chǔ)料倉(cāng)，由螺旋計(jì)量稱(chēng)把儲(chǔ)料倉(cāng)的物料送至帶傳感器的稱(chēng)量斗，準(zhǔn)確稱(chēng)量到設(shè)定值后，將物料放入制好的包裝袋和鐵桶中，然后封口，接著由輸送機(jī)將包裝桶送到碼垛工位，再由機(jī)器人按規(guī)則碼垛在托盤(pán)上，最后由叉車(chē)把碼垛好的托盤(pán)送入成品倉(cāng)庫(kù)。

1.1制袋式自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。制袋式自動(dòng)包裝機(jī)完成將復(fù)合塑料膜制成包裝袋、準(zhǔn)確稱(chēng)量和包裝三氧化二砷的過(guò)程，包括拉膜機(jī)構(gòu)、熱熔切斷機(jī)構(gòu)、送膜機(jī)構(gòu)、螺旋計(jì)量稱(chēng)、稱(chēng)量斗、抽風(fēng)口、包裝桶等，結(jié)構(gòu)如圖2所示。熱熔切斷機(jī)構(gòu)主要完成連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中前一只包裝袋的上橫封口和后一只包裝袋的下橫封口的熱封合工作，同時(shí)在熱封合過(guò)程中用切刀把兩只連在一起的包裝袋裁開(kāi)，完成一次橫封工作循環(huán)。在該設(shè)備的循環(huán)工作中，根據(jù)控制程序事先設(shè)定的動(dòng)作時(shí)序，一旦執(zhí)行橫封動(dòng)作，PLC輸出信號(hào)控制電磁閥動(dòng)作，使橫封氣缸伸出，完成橫封前后的熱封塊合攏。在橫封熱封處合攏壓緊過(guò)程中，利用熱封塊的溫度和壓力完成包裝袋橫封的熱封合工作。在設(shè)計(jì)時(shí)，在稱(chēng)量斗和下料管處增加1#抽風(fēng)口和2#抽風(fēng)口，以保證稱(chēng)量斗和下料管始終處于微負(fù)壓狀態(tài)，保證包裝過(guò)程中不會(huì)發(fā)生有毒粉塵溢出。兩個(gè)抽風(fēng)口并入車(chē)間的環(huán)集系統(tǒng)。

1.2輸送輥道系統(tǒng)。輸送輥道系統(tǒng)包括前端輸送機(jī)、包裝輸送機(jī)、緩存輸送機(jī)、抓取輸送機(jī)。每條輸送機(jī)上都安裝了相應(yīng)的傳感器，通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。輸送輥道系統(tǒng)工作原理如下:1)系統(tǒng)啟動(dòng)后，前端輸送機(jī)將空桶輸送至等待上桶工位后停止運(yùn)行，前端輸送機(jī)上可以存放5～6個(gè)空桶。2)包裝輸送機(jī)將空桶輸送至包裝工位。3)包裝工位檢測(cè)到有桶后，包裝輸送機(jī)停止運(yùn)行，對(duì)正裝置開(kāi)始動(dòng)作。氣缸伸出到位后，給自動(dòng)包裝機(jī)發(fā)出允許包裝指令，然后自動(dòng)包裝機(jī)開(kāi)始進(jìn)行包裝作業(yè)。包裝時(shí)，稱(chēng)量斗先向塑料內(nèi)膜袋裝入3kg物料，在物料重力作用下，塑料內(nèi)膜袋自動(dòng)落入包裝桶內(nèi)，此時(shí)稱(chēng)量斗再將剩余的47kg物料裝入塑料內(nèi)膜袋。4)自動(dòng)包裝機(jī)工作完成后發(fā)出完成指令，對(duì)正裝置的氣缸收回。到位后，包裝輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，將包裝桶向前輸送至緩存輸送機(jī)，接著緩存輸送機(jī)將包裝桶向前輸送至抓取輸送機(jī)。

1.3自動(dòng)碼垛系統(tǒng)。自動(dòng)碼垛系統(tǒng)由機(jī)器人抓手、機(jī)器人本體、自動(dòng)托盤(pán)庫(kù)及托盤(pán)鏈條式輸送機(jī)組成。鏈條式輸送機(jī)位于自動(dòng)托盤(pán)庫(kù)下部，負(fù)責(zé)自動(dòng)向機(jī)器人抓手提供空托盤(pán)。每一次碼垛操作完成后，滿(mǎn)載托盤(pán)被叉車(chē)送走，當(dāng)前位置會(huì)被托盤(pán)倉(cāng)中的下一個(gè)空托盤(pán)占據(jù)，自動(dòng)托盤(pán)庫(kù)每次可以存放5個(gè)托盤(pán)。自動(dòng)碼垛系統(tǒng)的工作原理如下:1)抓取工位檢測(cè)到有桶時(shí)，抓取輸送機(jī)停止工作。2)當(dāng)碼垛工位有托盤(pán)、抓取工位有桶時(shí)，傳感器給機(jī)器人發(fā)出碼垛信號(hào)，機(jī)器人進(jìn)行碼垛作業(yè)。3)機(jī)器人將當(dāng)前托盤(pán)碼垛完成后，發(fā)出完成報(bào)警信號(hào)，工人將包裝桶蓋好后，叉車(chē)將滿(mǎn)載托盤(pán)叉走。

1.4控制系統(tǒng)。1.4.1總控制系統(tǒng)。總控制系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)的核心單元，包括PLC系統(tǒng)以及外圍電氣元件。通過(guò)智能程序控制系統(tǒng)對(duì)全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線工作過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有故障報(bào)警、顯示和自動(dòng)連鎖停機(jī)功能。此外，配備通訊接口，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理。PLC采用西門(mén)子S7－1200系列，可與生產(chǎn)系統(tǒng)DCS通訊，實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。控制柜帶有觸摸屏，為圖形顯示界面，通過(guò)接收儀表信號(hào)，顯示自動(dòng)包裝機(jī)當(dāng)前的打包狀態(tài)、碼垛機(jī)器人的工作狀態(tài)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。1.4.2自動(dòng)控制及監(jiān)控系統(tǒng)。由于包裝物料三氧化二砷具有劇毒特性，整個(gè)系統(tǒng)要從安全生產(chǎn)、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、設(shè)備操作穩(wěn)定可靠運(yùn)行等方面考慮，盡可能做到生產(chǎn)過(guò)程中人員不去現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)，自動(dòng)包裝及碼垛系統(tǒng)的生產(chǎn)信息能夠通過(guò)DCS實(shí)時(shí)傳送到儀表中控室，實(shí)現(xiàn)操作管理人員在儀表室就可以控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的目的，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)化、智能化［3］。

1.5包裝間的環(huán)集系統(tǒng)設(shè)置。環(huán)集系統(tǒng)采用一臺(tái)大功率離心風(fēng)機(jī)，用于保證包裝車(chē)間的壓力為負(fù)壓。至于作業(yè)區(qū)間的通風(fēng)換氣，利用機(jī)械排風(fēng)送風(fēng)，程序設(shè)置的送風(fēng)量必須小于排風(fēng)量。包裝間內(nèi)風(fēng)機(jī)和吸風(fēng)口的布局設(shè)置應(yīng)盡可能避開(kāi)容易引起揚(yáng)塵的區(qū)域［4－5］。

2新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)的應(yīng)用效果

該系統(tǒng)安裝完成投入使用后，在調(diào)試階段，制袋、稱(chēng)重等環(huán)節(jié)都出現(xiàn)一些問(wèn)題。經(jīng)過(guò)整改和逐步完善，目前生產(chǎn)線已正常運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。從生產(chǎn)使用情況看，新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn):1)整套系統(tǒng)有完整的自動(dòng)檢測(cè)程序和自動(dòng)糾偏、故障自動(dòng)檢測(cè)提示，方便維修。設(shè)備運(yùn)行人格化，不需人工參與操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有故障自動(dòng)報(bào)警、顯示和自動(dòng)連鎖停機(jī)功能。2)采用制袋式自動(dòng)包裝機(jī)，集制袋、稱(chēng)重、內(nèi)包裝和外包裝于一體，且包裝過(guò)程無(wú)粉塵泄漏，操作簡(jiǎn)單。3)機(jī)器人全自動(dòng)碼垛作業(yè)，碼垛速度快，垛型整齊，穩(wěn)定性高。經(jīng)實(shí)際測(cè)算，每小時(shí)可以包裝三氧化二砷1.5t。4)控制程序設(shè)計(jì)有一鍵急停功能，現(xiàn)場(chǎng)還設(shè)有紅色急停按鈕，主要用于生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)緊急情況或故障時(shí)的緊急停機(jī)，可以有效地保障設(shè)備和工人的人身安全。

3結(jié)束語(yǔ)

在有色冶煉行業(yè)，多數(shù)產(chǎn)品和物料都屬于有毒有害的特殊物質(zhì)，目前包裝環(huán)節(jié)普遍存在工作環(huán)境惡劣、生產(chǎn)效率低、對(duì)操作人員身體傷害大的問(wèn)題。新型全自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)在三氧化二砷包裝的成功應(yīng)用以及在行業(yè)內(nèi)的推廣，可以改善特殊物料包裝的生產(chǎn)環(huán)境，減少員工與劇毒物料的接觸，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本和增加經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提高行業(yè)的技術(shù)水平、安全環(huán)保水平有廣泛的社會(huì)意義。

作者:馬立柱 龐家剛 黃平峰 單位:河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司