涂料灌装精度的控制

摘 要：自动灌装线设计的过程中，灌装精度和效率是两个重要的控制环节，其中灌装精度主要体现在称重精度方面，在确保高速度灌装状态下，实现更高的称量精度，一直是灌装设备设计的研究重点。要控制好灌装精度就需研究分析影响它的各个因素，并对其重要环节加以处理及控制，以实现灌装过程的稳定及精准进行。

关键词：灌装精度;自动灌装线;设计研究

涂料灌装精度的影响因素主要是人、机、料、法、环的五个方面。以下我们对影响涂料灌装精度的各环节进行分析并总结其有效的控制方式。

一、人员方面

在采用自动称重灌装方式时，人员只需将空桶放到输送线上，空桶在动辊的作用下自动送到称重灌装工位，并进行定位自动灌装，因此在相关灌装参数设定的状态下，操作人员的差异性对灌装精度的影响甚少。

二、机械设备方面

由于采用自动灌装机进行称重灌装，因而设备方面是影响称重精度的最主要原因，而设备方面的因素主要是以下设备结构及电气控制两大方面。

（一）设备结构方面

机械结构的精度及稳定性决定了设备的性能，自动灌装机的机械结构直接影响着灌装的计量精度，以下续一阐述各个机械环节的影响因素。（1）称重传感器，称重传感器是一种将质量信号转变为可测量电信号的感应装置。出于生产及维护的需要，涂料称重灌装多采用单点式称重传感器。为确保称量的精度，称重传感器的量程与对应称量物体的重量尽可能在同一级别。另外设计时尽可能将检测物的重心设计在传感器安装位置的正上方，确保重量正常传递到传感器上。（2）称重平台，称重平台是安装在称重传感器上部的支架，以便于对灌装桶进行定位及将灌装桶的重量传递给传感器。为确保重量传递可靠，称重平台与传感器需连接稳定，平台需有足够刚性，避免灌装时的弹性变形而影响称量精度;另外由于灌装物料为流体，平台下部设计成防水结构，避免水体触及传感器的引出线位而造成短路。（3）灌装阀门，灌装阀门是连接搅拌机出料口和称重装置的部件。在灌装过程中，通过称重传感器的实时反馈来控制阀门排出浆料的多少，因而灌装阀门的控制直接关系到灌装精度的控制，为实现阀门的自动快速控制，通常采用气动阀门。

涂料常用气动阀门有碟阀和闸阀两种结构，其中碟阀价格便宜，但在灌装带粘稠性的涂料时，由于其固有的阀板翻转结构，在灌装尾段时容易造成浆料短暂残留在阀板面，导致计量精度出现偏差;而闸阀结构相对来说，大大避免了尾料残留的现象，因而全自动灌装时更倾向使用闸阀。另外为实现快速灌装状态下的精准控制，阀门多采用两段行程的结构，即控制初期灌装时采用大流量，尾段灌装时采用小流量的方式进行，尾段流量的控制是灌装精度控制的重要环节。

（二）电气控制方面

由于灌装过程是通过称重传感器的实时反馈来控制阀门的打开和关闭。因此此过程的控制响应速度直接影响着最终的计量精度，其中影响响应速度的电气环节主要是以下两方面。

（1）气源，气源是气动元件动力的源泉，要使灌装阀门稳定、灵敏地执行动作，需确保气源的供气稳定、足够的洁净度及适宜的润滑性这三方面：①供气稳定，就是控制好工作气压的稳定性。气压不稳会导致阀门气缸的响应速度发生变化，从而导致灌装重量的偏差。因而设备使用气压最好设定在0.4～05MPa状态下，确保设备工作稳定。②洁净度，就是防止气源带入灰尘及颗粒物，以免造成气动元件的磨损或卡死，因而压缩空气引入设备时需加装过滤装置，保证其洁净度。③润滑性，就是保证气动元件长期处于润滑的状态下工作，因而气动设备的工作气源必要时加装给油器，以保证设备稳定。

（2）电控系统的响应速度，电控系统的响应速度直接影响着整个灌装过程控制的灵敏度，也就影响着灌精计量的精度。快速响应的电控系统涉及以下三个环节的电控部件。①反馈环节，称重方面的反馈环节主要是称重传感器，称重传感器的品牌参差不齐，其中传感器成本最高的部分主要体现在模数信号处理的仪表上，这环节也限制着其反应速度的快慢及精度的高低，其中梅特勒-托利多这个外资品牌也是我们用得最多、性能不错的品牌。②处理环节，电气控制的处理环节主要是PLC方面，PLC作为程序处理及系统控制的核心，其作用不言而喻，其抗干扰性及处理速度直接关系着整个系统的稳定性。市场上通用的品牌有西门子、欧姆龙、三菱、松下等，其中西门子在本行业的应用最为广泛。③控制输出环节，控制输出环节即PLC处理后的输出环节，通过继电器、电磁阀控制气缸执行动作。此电控环节在长期的使用中，很少出现异常情况。虽然此环节对称重计量精度的影响较少，但也不能忽略，因而我们选用继电器的品牌多采用施耐德或松下，电磁阀等气动控件品牌多选用SMC或AirTAC。

三、材料方面

对于不同涂料，灌装控制的精度也大不相同，需结合材料的性质进行分析。（1）流体中水体流动性好，比重适中，不具粘稠性，灌装最易控制，精度可控性最高;（2）白乳胶流动性一般，比重是水的1.3倍左右，具有一定粘稠性，精度可控性中等，一般客户要求精度偏差在150g范围内;（3）真石漆流动性相对更低，比重是水的1.5～1.8倍，具有一定粘稠性，以致精度更难控制，一般客户要求精度偏差在250g范围内。

综上所述，灌装精度的控制会因浆体材料要求的不同，采用不同的控制方式，但总体来说采用成本更高的流量分段控制，都可达到预期的精度效果。

四、操作方法及规程方面

由于自动灌装全程采用自动控制，在参数设定状态下，员工只需负责放桶，操作方式简单，因而人员的操作方法及规程对灌装精度的影响是可预见性的。人员在精度控制的操作方面，重点放在灌装参数的设定上。

五、环境方面

环境方面的影响主要是环境温度、灌装时流体的压力变化这两方面影响最大。

（1）环境温度，当环境温度偏低时，流体的流动性也会降低，导致灌装的控制难度提高，因而温度太低不利于涂料的生产及灌装，此时客户需跟据实际情况调整灌装参数或择时生产;（2）灌装时流体的压力变化，这方面涉及到灌装时的具体使用环境。由于客户通常是在搅拌机内进行搅拌制作涂料，因而搅拌缸内液面的高低直接影响着底部出料口的压力及出料速度，当搅拌缸满缸涂料时，灌装放料时浆压最大，速度最快;随着灌装的进行，搅拌缸液面下降，相应灌装放料时的浆压降低，速度减慢，整个放料过程的压力变化直接影响着灌装精度的控制。现阶段我们通过阀门两段行程的控制，减少流体压力对灌装精度的影响，满足客户的预期精度要求。

综述，要控制好灌装的精度，就需控制好其主要的影響环节，其中为避免过多的不确定影响因素，涂料灌装最好选用自动灌装设备的方式进行，因而设备因素成为我们首要考虑及控制的对象，其中灌装的阀门机构更是灌装精度的控制核心。为实现更精准的灌装控制，我们也针对不同的涂料设计了专门的阀门机构，以满足其使用的要求。

参考文献：

[1]曹敦峰.油漆灌装线的全自动控制系统的研究与开发.2012.

作者简介：关世光（1978-），男，汉族，广东佛山人，本科，机电助理工程师，从事灌装自动化产线设计，研究方向：涂料灌装自动化。