涂料灌裝精度的控制

摘 要：自動灌裝線設計的過程中，灌裝精度和效率是兩個重要的控制環節，其中灌裝精度主要體現在稱重精度方面，在確保高速度灌裝狀態下，實現更高的稱量精度，一直是灌裝設備設計的研究重點。要控制好灌裝精度就需研究分析影響它的各個因素，并對其重要環節加以處理及控制，以實現灌裝過程的穩定及精準進行。

關鍵詞：灌裝精度;自動灌裝線;設計研究

涂料灌裝精度的影響因素主要是人、機、料、法、環的五個方面。以下我們對影響涂料灌裝精度的各環節進行分析并總結其有效的控制方式。

一、人員方面

在采用自動稱重灌裝方式時，人員只需將空桶放到輸送線上，空桶在動輥的作用下自動送到稱重灌裝工位，并進行定位自動灌裝，因此在相關灌裝參數設定的狀態下，操作人員的差異性對灌裝精度的影響甚少。

二、機械設備方面

由于采用自動灌裝機進行稱重灌裝，因而設備方面是影響稱重精度的最主要原因，而設備方面的因素主要是以下設備結構及電氣控制兩大方面。

（一）設備結構方面

機械結構的精度及穩定性決定了設備的性能，自動灌裝機的機械結構直接影響著灌裝的計量精度，以下續一闡述各個機械環節的影響因素。（1）稱重傳感器，稱重傳感器是一種將質量信號轉變為可測量電信號的感應裝置。出于生產及維護的需要，涂料稱重灌裝多采用單點式稱重傳感器。為確保稱量的精度，稱重傳感器的量程與對應稱量物體的重量盡可能在同一級別。另外設計時盡可能將檢測物的重心設計在傳感器安裝位置的正上方，確保重量正常傳遞到傳感器上。（2）稱重平臺，稱重平臺是安裝在稱重傳感器上部的支架，以便于對灌裝桶進行定位及將灌裝桶的重量傳遞給傳感器。為確保重量傳遞可靠，稱重平臺與傳感器需連接穩定，平臺需有足夠剛性，避免灌裝時的彈性變形而影響稱量精度;另外由于灌裝物料為流體，平臺下部設計成防水結構，避免水體觸及傳感器的引出線位而造成短路。（3）灌裝閥門，灌裝閥門是連接攪拌機出料口和稱重裝置的部件。在灌裝過程中，通過稱重傳感器的實時反饋來控制閥門排出漿料的多少，因而灌裝閥門的控制直接關系到灌裝精度的控制，為實現閥門的自動快速控制，通常采用氣動閥門。

涂料常用氣動閥門有碟閥和閘閥兩種結構，其中碟閥價格便宜，但在灌裝帶粘稠性的涂料時，由于其固有的閥板翻轉結構，在灌裝尾段時容易造成漿料短暫殘留在閥板面，導致計量精度出現偏差;而閘閥結構相對來說，大大避免了尾料殘留的現象，因而全自動灌裝時更傾向使用閘閥。另外為實現快速灌裝狀態下的精準控制，閥門多采用兩段行程的結構，即控制初期灌裝時采用大流量，尾段灌裝時采用小流量的方式進行，尾段流量的控制是灌裝精度控制的重要環節。

（二）電氣控制方面

由于灌裝過程是通過稱重傳感器的實時反饋來控制閥門的打開和關閉。因此此過程的控制響應速度直接影響著最終的計量精度，其中影響響應速度的電氣環節主要是以下兩方面。

（1）氣源，氣源是氣動元件動力的源泉，要使灌裝閥門穩定、靈敏地執行動作，需確保氣源的供氣穩定、足夠的潔凈度及適宜的潤滑性這三方面：①供氣穩定，就是控制好工作氣壓的穩定性。氣壓不穩會導致閥門氣缸的響應速度發生變化，從而導致灌裝重量的偏差。因而設備使用氣壓最好設定在0.4～05MPa狀態下，確保設備工作穩定。②潔凈度，就是防止氣源帶入灰塵及顆粒物，以免造成氣動元件的磨損或卡死，因而壓縮空氣引入設備時需加裝過濾裝置，保證其潔凈度。③潤滑性，就是保證氣動元件長期處于潤滑的狀態下工作，因而氣動設備的工作氣源必要時加裝給油器，以保證設備穩定。

（2）電控系統的響應速度，電控系統的響應速度直接影響著整個灌裝過程控制的靈敏度，也就影響著灌精計量的精度。快速響應的電控系統涉及以下三個環節的電控部件。①反饋環節，稱重方面的反饋環節主要是稱重傳感器，稱重傳感器的品牌參差不齊，其中傳感器成本最高的部分主要體現在模數信號處理的儀表上，這環節也限制著其反應速度的快慢及精度的高低，其中梅特勒-托利多這個外資品牌也是我們用得最多、性能不錯的品牌。②處理環節，電氣控制的處理環節主要是PLC方面，PLC作為程序處理及系統控制的核心，其作用不言而喻，其抗干擾性及處理速度直接關系著整個系統的穩定性。市場上通用的品牌有西門子、歐姆龍、三菱、松下等，其中西門子在本行業的應用最為廣泛。③控制輸出環節，控制輸出環節即PLC處理后的輸出環節，通過繼電器、電磁閥控制氣缸執行動作。此電控環節在長期的使用中，很少出現異常情況。雖然此環節對稱重計量精度的影響較少，但也不能忽略，因而我們選用繼電器的品牌多采用施耐德或松下，電磁閥等氣動控件品牌多選用SMC或AirTAC。

三、材料方面

對于不同涂料，灌裝控制的精度也大不相同，需結合材料的性質進行分析。（1）流體中水體流動性好，比重適中，不具粘稠性，灌裝最易控制，精度可控性最高;（2）白乳膠流動性一般，比重是水的1.3倍左右，具有一定粘稠性，精度可控性中等，一般客戶要求精度偏差在150g范圍內;（3）真石漆流動性相對更低，比重是水的1.5～1.8倍，具有一定粘稠性，以致精度更難控制，一般客戶要求精度偏差在250g范圍內。

綜上所述，灌裝精度的控制會因漿體材料要求的不同，采用不同的控制方式，但總體來說采用成本更高的流量分段控制，都可達到預期的精度效果。

四、操作方法及規程方面

由于自動灌裝全程采用自動控制，在參數設定狀態下，員工只需負責放桶，操作方式簡單，因而人員的操作方法及規程對灌裝精度的影響是可預見性的。人員在精度控制的操作方面，重點放在灌裝參數的設定上。

五、環境方面

環境方面的影響主要是環境溫度、灌裝時流體的壓力變化這兩方面影響最大。

（1）環境溫度，當環境溫度偏低時，流體的流動性也會降低，導致灌裝的控制難度提高，因而溫度太低不利于涂料的生產及灌裝，此時客戶需跟據實際情況調整灌裝參數或擇時生產;（2）灌裝時流體的壓力變化，這方面涉及到灌裝時的具體使用環境。由于客戶通常是在攪拌機內進行攪拌制作涂料，因而攪拌缸內液面的高低直接影響著底部出料口的壓力及出料速度，當攪拌缸滿缸涂料時，灌裝放料時漿壓最大，速度最快;隨著灌裝的進行，攪拌缸液面下降，相應灌裝放料時的漿壓降低，速度減慢，整個放料過程的壓力變化直接影響著灌裝精度的控制。現階段我們通過閥門兩段行程的控制，減少流體壓力對灌裝精度的影響，滿足客戶的預期精度要求。

綜述，要控制好灌裝的精度，就需控制好其主要的影響環節，其中為避免過多的不確定影響因素，涂料灌裝最好選用自動灌裝設備的方式進行，因而設備因素成為我們首要考慮及控制的對象，其中灌裝的閥門機構更是灌裝精度的控制核心。為實現更精準的灌裝控制，我們也針對不同的涂料設計了專門的閥門機構，以滿足其使用的要求。

參考文獻：

[1]曹敦峰.油漆灌裝線的全自動控制系統的研究與開發.2012.

作者簡介：關世光（1978-），男，漢族，廣東佛山人，本科，機電助理工程師，從事灌裝自動化產線設計，研究方向：涂料灌裝自動化。