涂料自動化控制系統設計與實施

摘要：旨在設計并實施一套高效、穩定且可靠的涂料自動化控制系統，以提高生產效率、降低成本，并確保產品質量的一致性與可靠性。實施了一系列應用測試，包括原料配比精度、攪拌速度、溫度控制及最終產品質量等方面的性能評估。測試結果表明，所有關鍵性能指標均滿足或優于設計標準，展現了系統的高精度控制能力。結論顯示，該涂料自動化控制系統能顯著提升生產效率和產品質量，同時降低生產成本，具有良好的應用前景和推廣價值。

關鍵詞：涂料自動化控制系統；生產效率；產品質量；技術升級

隨著中國經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，涂料行業作為化工行業的重要分支，在建筑、汽車、船舶、家具等多個領域扮演著至關重要的角色。尤其是油性和水性涂料，因其環保性、應用廣泛和技術成熟等優點，市場需求量日益增加。然而，面對日漸激烈的市場競爭和越來越嚴格的環保要求，傳統的手工或半自動化生產模式已經難以滿足當前的生產效率和產品質量要求。在這種背景下，涂料生產企業亟須通過技術創新和升級，來提高生產效率、降低成本，并確保產品質量的一致性與可靠性。特別是對于國內的涂料生產企業而言，引入和實施先進的自動化控制系統成為提升競爭力的關鍵手段之一［1］。通過采用高精度的計量稱重技術、先進的自動控制技術以及集成化的計算機監控系統，可以實現涂料生產過程中的高度自動化和智能化管理，從而有效提升生產效率，降低能耗和成本，保證產品質量穩定性，以適應市場對高品質涂料產品的需求。

1涂料自動化控制系統設計

1.1系統的總體設計

在設計涂料自動化控制系統時，采用了一種集成先進技術的綜合方案，以確保整個生產過程中助劑的輸送及稱重配料、乳液料位計量及輸送、調漆缸的稱重配料以及中間儲罐的計量輸送等環節能夠精確無誤地完成［2］。通過采用上位計算機監控系統，不僅實現了配料過程的自動存儲、查詢以及各類報表的統計和打印，還體現了人機界面友好、操作簡便等特點。系統的開放式控制策略保證了強大的兼容性，通過以太網連接實現了與管理級網絡的無縫接入，支持管控一體化的高效運作。此外，為了滿足涂料行業對控制系統的高要求并節約成本，系統采用了網絡分布式的控制方式。通過在分散的現場安裝SIEMENS S7200 PLC，作為各個區域的過程控制站，確保了系統的高安全性和可靠性［3］。200 CPU通過其DP通信模塊，實現數據到上位機和操作面板的傳送。考慮到稱重數據的實時性、穩定性和準確性，采用了DP高速通訊方式將現場稱重數據傳輸至控制站。上位機監控系統配置了工程師站和操作員站，均采用原裝DELL計算機，通過DP通訊卡與下層PLC通信，實現數據共享，從而保障了整個系統的高效運行和管理的便捷性。

1.2涂料的生產流程

在涂料的生產過程中，無論是油性還是水性涂料，精確的原料配比、有效的混合以及嚴格的質量控制都是確保產品質量的關鍵因素。特別是在采用自動化控制系統后，通過精確控制每一步驟，不僅可以提高生產效率，還能顯著提升產品的一致性和穩定性。在油性涂料生產中，原料主要包括樹脂、溶劑、顏料和各種添加劑。水性涂料則以水作為溶劑，同時也包含樹脂、顏料和特定的水性添加劑。自動化控制系統通過高精度稱重技術和實時監控，確保所有原料按照精確的比例配制，從而保證了最終產品的性能和顏色的一致性。混合是涂料生產的核心環節，特別是對于水性涂料，還需要進行稀釋或乳化以達到所需的黏度和流動性。自動化控制系統通過調節攪拌器的速度和時間，實現原料的均勻混合。對于需要稀釋的涂料，系統根據預設的配方自動調節水或其他溶劑的加入量，確保產品的一致性。調色是涂料生產中的另一關鍵步驟，尤其是為滿足特定客戶需求時。自動化系統可以根據預設的顏色配方，自動調整顏料和其他成分的比例，同時實時監控顏色的一致性，以確保每批產品的顏色都符合標準［4］。在整個生產過程中，自動化控制系統還負責監控涂料的各項物理和化學性能指標，如粘度、pH、固含量等，以及環境參數如溫度和濕度，確保生產環境和產品質量穩定。

1.3系統的功能

1.3.1系統操作

在主控制室中，操作員通過高級的控制接口與系統交互。通過PC，操作員在上位計算機上配置所需配方，這包括原料名稱、配方數據、提前量以及允許誤差等關鍵參數的設定。這些設定信息隨后被下傳到PLC的配方數據區，為接下來的自動控制奠定基礎。一旦配方設置完成，系統的工藝參數和工作狀態就進入實時監控階段。控制系統實時監測工藝的每一個步驟，確保整個過程按照預定的參數無縫運行［5］。系統還負責采集實際的配料數據，并對這些數據進行相關處理，以保證生產流程的準確性和效率。

1.3.2配方設置及管理

在配方設置階段，操作員能夠調用現有配方、輸入新的配方數據、對現有配方進行修改、刪除不需要的配方以及保存所有配方更改方案。所有這些功能的實現都通過用戶友好的界面完成，確保操作的簡便性和準確性。查看配方的功能為操作員提供了一種直觀的方式來審視和監控當前選中的配方。這包括檢查配料位置，正在運行的配方的重量以及允許的誤差范圍。這些信息的即時反饋對于保持生產過程中的準確性至關重要。配方計算功能則進一步提升了系統的智能化水平。通過標準配方和原材料的含量數據，系統能夠自動折算出需要的配方重量，包括對整個批次的計算。修補配方計算功能允許對已完成配料的原料進行再次修補，特別是在涉及溶劑的調整時，這一功能確保了最終產品的一致性。

2應用測試

2.1測試環境及參數的選擇

在進行涂料生產測試的有效性驗證時，選用了德威涂料的汽車漆。遵循執行標準GB/T 9756—2018《合成樹脂乳液內墻涂料》和GB 18582—2020《建筑用墻面涂料中有害物質限量》，確保涂料生產的安全性和環保性。包裝規格為25 kg/桶，要求自動化控制系統精確控制填充量，保證每桶重量的一致。生產應在陰涼（5～35 ℃）干燥處進行，避免高溫和陽光直射，及在遠離火源條件下儲存。自動化系統需監控環境溫度和濕度，保障產品的質量穩定性，密封存儲可達24個月。根據施工粘度的需要，可以加入0～20%的清水稀釋。自動化系統需要準確計算并添加適量的水分，確保攪拌均勻后靜置5 min即可達到施工要求。自動化測試過程中需確保模擬基材滿足養護期，含水率小于10%，pH小于10的要求，以及基層的堅固、平整、清潔，無嚴重裂紋及裂縫。在自動化生產線上模擬實際施工環境，確保環境和基層溫度控制在5～35 ℃，環境濕度低于85%，并避免揚塵、大風、雨天等不良天氣條件，以此驗證自動化系統在實際施工環境下的適應性和可靠性。

2.2測試過程

在進行德威涂料汽車漆的生產測試時，首先通過自動化控制系統精確配比原料，包括合成樹脂、顏料和各種添加劑，確保每種成分的比例精確無誤，符合上述GB標準的要求。系統自動計算并添加適量的清水進行稀釋，稀釋比例可達0～20%，隨后進行高速攪拌以確保混合均勻。攪拌完成后，涂料在系統控制下靜置5 min，以滿足施工前的稀釋和準備要求。接著，測試過程中自動化控制系統精確控制生產環境的溫度和濕度，在5～35 ℃溫度和低于85%的相對濕度范圍內進行生產，以模擬理想的生產和施工環境。此外，系統還模擬不同的環境條件，如揚塵和風速，以測試自動化系統在各種實際施工環境下的適應性和穩定性。在涂料準備就緒后，自動化系統控制填充機將涂料精確填充至每個25 kg的標準包裝桶中，確保每桶涂料的重量一致，滿足包裝規格的要求。填充過程中，系統繼續監控生產環境，確保避免高溫和直射陽光的影響，同時遠離火源，確保產品在陰涼、干燥的條件下存儲，以保持產品的質量穩定性，實現至少24個月的密封保存期。

3結果分析

在完成德威涂料汽車漆的自動化控制系統生產測試后，對收集的數據進行了詳細分析，以評估自動化系統的性能及涂料產品的質量。測試結果表明，自動化系統能夠精確執行涂料生產的各個階段，包括原料配比、稀釋、攪拌、環境控制、填充和包裝，確保了高效和穩定的生產過程。

通過對測試數據的分析，可以看出自動化控制系統在涂料的生產過程中展現了極高的效率和準確性，從原料配比到產品包裝，每一環節都嚴格按照預設標準執行，確保了最終產品的高質量和一致性。特別是在環境控制方面，系統能夠有效適應和模擬不同的施工環境條件，顯示了良好的適應性和穩定性。此外，通過自動化系統的實施，生產過程中人為誤差被大幅減少，生產效率得到顯著提升，同時還能確保員工的安全和生產的環保。根據測試結果，自動化控制系統不僅滿足了當前的生產需求，其性能和穩定性還預示著涂料制造業向更高效、智能化方向發展。

4結論

通過對涂料自動化控制系統的設計、實施及其應用測試的深入研究，本研究成功展示了該系統在提高生產效率、降低成本、確保產品質量一致性方面的顯著優勢。系統性能評估結果表明，所有測試參數均滿足或超出了設計標準，驗證了系統的高穩定性、可靠性及高效性。這不僅標志著涂料生產自動化技術的一大進步，也為涂料行業提供了強有力的技術支撐和理論指導，促進行業向更高效、環保、智能化方向發展。展望未來，隨著技術的不斷進步和生產需求的日益增長，涂料自動化控制系統將持續優化更新，以適應更加多樣化和復雜的生產需求，同時也將探索更多環保節能的生產方法，以實現涂料產業的可持續發展。

參考文獻：

［1］王旭東.電氣自動化設備中PLC控制系統的應用［J］.機械與電子控制工程，2022，4（8）：154156.

［2］吳向平，寧波，郭滟，等.2020年中國粉末涂料行業運行分析［J］.Coatings amp; Protection，2022，43（2）：6163.

［3］劉之舟，李建旭，李偉，等.AGVS在涂料行業的應用［J］.物流技術與應用，2020（3）：4749.

［4］吳潤澤，劉軍，李杰，等.復合無機粉體簡介及其在粉末涂料中的應用［J］.上海涂料，2020，58（2）：1520.

［5］古杭峰，陳志華，羅標.新型磨盤在絕緣粉末涂料生產中的應用［J］.Coatings amp; Protection，2021，42（9）：5456.