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3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及設(shè)備選型

3.1半自動(dòng)灌裝系統(tǒng)控制原理圖

 

圖 2   控制原理圖

3.2測量機(jī)構(gòu)

對物料的測量一般有容積法、 稱重法和質(zhì)量流量計(jì)三種方法。

我廠產(chǎn)品灌裝普遍使用的是稱重法, 使用稱重法的設(shè)備價(jià)格合理, 誤差符合成品重量計(jì)量要求, 因此本自動(dòng)灌裝系統(tǒng)的測量方法選用稱重法。

系統(tǒng)可選稱重器材有電子稱和一般杠桿式臺稱。電子稱精度高, 性能穩(wěn)定, 由于是生產(chǎn)易燃易爆物品的企業(yè),   生產(chǎn)車間必須采用防爆電子稱,   防爆電子稱價(jià)格高 ( 后面已提及) 。本系統(tǒng)采用TGT-50 型或 TGT-500 型臺稱,   它的精度可適應(yīng)要求,   性能穩(wěn)定。

3.3變送器

對變送器的設(shè)備選型,  首先應(yīng)決定系統(tǒng)的控制方式。可以采用的控制方式有純電氣控制、    純氣動(dòng)控制和電氣與氣動(dòng)相結(jié)合控制。

系統(tǒng)采用純電氣控制, 由于生產(chǎn)車間存在大量易燃易爆性物質(zhì), 屬于危險(xiǎn)爆炸場所, 因此系統(tǒng)電氣設(shè)備必須達(dá)到防爆要求, 設(shè)備選型要求選用防爆電氣測量機(jī)構(gòu), 防爆的電氣變送器、 防爆的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。考慮經(jīng)濟(jì)的原因, 涂料生產(chǎn)的自動(dòng)灌裝系統(tǒng)很少采用純電氣控制的方式。

系統(tǒng)采用純氣動(dòng)控制, 可以達(dá)到防爆要求, 而且價(jià)格合理, 這是目前涂料生產(chǎn)自動(dòng)灌裝機(jī)普遍采用的控制方式。但是它們使用在涂料的物料灌裝中存在一定問題。

系統(tǒng)根據(jù)氣動(dòng)射流原理, 通過光敏傳感器對臺稱杠桿彈起 ( 壓下)   的測量,   經(jīng)過邏輯控制回路( 變送器) 控制灌裝閥 ( 調(diào)節(jié)閥) 的微型氣缸、 一次缸、 二次缸的動(dòng)作, 進(jìn)行定量灌裝。由于邏輯控制回路 ( 變送器) 是氣動(dòng)元件, 變送元件復(fù)雜,  傳送信號時(shí)間較長 ( 光、 電比較) , 造成變送和信息傳送滯后, 而且氣源穩(wěn)定、 潔凈程度對氣動(dòng)元件工作影響很大, 以上原因造成灌裝重量不準(zhǔn)確, 而誤差有時(shí)正, 有時(shí)負(fù), 不能通過調(diào)整重量設(shè)定值減少誤差。

因此為了選擇結(jié)構(gòu)簡單的變送器, 并且傳送信號及時(shí)準(zhǔn)確, 決定該系統(tǒng)控制采用電氣和氣動(dòng)相結(jié)合的控制方式。即是電氣變送和使用氣動(dòng)控制閥。

根據(jù)系統(tǒng)的控制方式和臺稱的特點(diǎn), 選擇一個(gè)微動(dòng)開關(guān), 具有變送器和控制的雙重功能。微動(dòng)開關(guān)安裝在臺稱的計(jì)量杠桿下側(cè), 微動(dòng)開關(guān)的觸點(diǎn)頂著杠桿, 在臺稱上已經(jīng)預(yù)設(shè)定所需包裝的重量值, 杠桿壓著微動(dòng)開關(guān)的觸點(diǎn), 微動(dòng)開關(guān)閉合, 在物料注入罐中所達(dá)設(shè)定的重量時(shí), 計(jì)量杠桿上升, 離開微動(dòng)開關(guān)的觸點(diǎn), 微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作, 起著變送和控制的作用。

微動(dòng)開關(guān)的靈敏性是自動(dòng)灌裝系統(tǒng)的關(guān)鍵, 因為它決定了物料的灌裝重量準(zhǔn)確度。例如灌裝規(guī)格4kg 罐的物料,   如果微動(dòng)開關(guān)的滯后時(shí)間超過0.2s,   就會造成計(jì)量不準(zhǔn)確,   誤差超過所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) ;而且它的開 、 閉動(dòng)作應(yīng)達(dá)到 1400 次 d 。在市場上, 微動(dòng)開關(guān)的類型也很多,  選用 6 種類型經(jīng)一個(gè)多月的試驗(yàn), 最后選擇了德國產(chǎn) BARTEC 型微動(dòng)開關(guān), 該類型無論在靈敏性、 穩(wěn)定性和持續(xù)工作能力上都達(dá)到精度要求, 并且微動(dòng)開關(guān)具有防爆功能, 符合生產(chǎn)車間內(nèi)的要求。

3.4調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥直接對物料進(jìn)行控制, 因此調(diào)節(jié)閥的選型是關(guān)鍵。

調(diào)節(jié)閥的類型有幾種, 如直通單座控制閥、 球閥和偏心旋轉(zhuǎn)閥等,   由于 “ O”  型球閥全開時(shí)為無阻閥,   “ 自潔”   性能最佳,   適用于特別不干凈,    含纖維介質(zhì)的切斷場合, 符合溶劑生產(chǎn)的實(shí)際情況, 所以灌裝系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥選用 “O”  型球閥?？紤]到灌裝的是溶劑, 閥體的材質(zhì)選用不銹鋼質(zhì)。

除了閥的溫度、 壓力、 流量密封性等基本要求外, 調(diào)節(jié)閥的開 關(guān)動(dòng)作時(shí)間是計(jì)量精度保證的關(guān)鍵, 同時(shí)要求調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性要好, 要求有持續(xù)的工作能力, 每天要至少持續(xù)開 關(guān)動(dòng)作 1400 次,  調(diào)節(jié)閥本身的精確度要高。

依照以上要求, 選擇了QGH 型球閥,  在小包裝上選用Q611FDN25 型氣動(dòng)球閥, 大包裝 ( 200kg 以上) 選用Q 611FDN 40 型氣動(dòng)球閥。

3.5調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)的作用主要是控制調(diào)節(jié)閥的開與關(guān), 從而達(dá)到定量灌裝。因?yàn)椴捎秒姎庾兯? 要求設(shè)計(jì)一個(gè)控制電路, 配合變送和控制作用的微動(dòng)開關(guān), 對球閥進(jìn)行控制開 關(guān)。

考慮到在灌裝時(shí), 中間需移走灌裝完的桶和放入空桶, 間隔了一段時(shí)間, 因此引入一個(gè)時(shí)間延遲的問題, 加了一個(gè)時(shí)間繼電器, 用來設(shè)定調(diào)節(jié)中間的時(shí)間。

4. 輔助氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于執(zhí)行裝置 QGH-65-90° 90°對氣源要求較高, 因此設(shè)計(jì)了一個(gè)氣源輔助系統(tǒng)來保證氣源的壓力穩(wěn)定和潔凈程度。

氣源由一臺 5.5KW 的空氣壓縮機(jī)供給,   由于執(zhí)行裝置要求的氣壓恒定在 0.5 ～ 0.7MPa 范圍內(nèi),原來空氣壓縮機(jī)上的壓力繼電器其調(diào)壓范圍不能達(dá) 到要求, 往往調(diào)整了上限壓力, 下限壓力只能設(shè)定低于 0.5MPa,   影響了執(zhí)行裝置的工作,   使球閥關(guān)

不死,  延長關(guān)閉時(shí)間,  造成計(jì)量不準(zhǔn)確,  因此我們改造了壓力裝置,   選用一個(gè) 0.6 ～ 1.5MPa氣壓自動(dòng)開關(guān)來控制壓縮機(jī)的開與關(guān), 以保持壓力的穩(wěn)定性。

用一臺 C-0.6 0.8A  型儲 氣罐,    工作壓 力 0.8MPa,   考慮到安全性問題,   設(shè)置了一個(gè) 0.8MPa的安全閥。

為了保證空氣的潔凈, 在現(xiàn)場設(shè)置了一臺氣源調(diào)壓過濾器, 帶壓力表讀數(shù), 可以根據(jù)執(zhí)行裝置的實(shí)際來調(diào)節(jié)氣壓, 并過濾氣源中的水分和雜質(zhì)。保證進(jìn)入執(zhí)行裝置的空氣潔凈、 干燥和不含腐蝕性成分。

5. 系統(tǒng)誤差分析

自動(dòng)灌裝系統(tǒng)中的誤差主要包括測量臺稱本身的系統(tǒng)誤差、 微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作滯后誤差、 氣動(dòng)執(zhí)行裝置滯后誤差和球閥動(dòng)作滯后誤差, 除測量本身的誤差外,  其余的誤差都可以通過調(diào)整設(shè)定值來減少。

在調(diào)試中, 設(shè)定預(yù)包裝重量后, 連續(xù)測量了二十罐, 發(fā)現(xiàn)誤差值全是正誤差,  在減少設(shè)定值并進(jìn)行調(diào)整后, 每罐包裝重量都在合格的范圍內(nèi)。

在調(diào)試過程中, 發(fā)現(xiàn)一般包裝的誤差值在誤差值大的時(shí)候都是正偏差或全是負(fù)偏差, 這就給調(diào)整帶來了方便。通過調(diào)整預(yù)設(shè)定值, 可以把誤差值控制在合格范圍內(nèi), 達(dá)到了當(dāng)初的設(shè)計(jì)目的。

這也說明調(diào)整預(yù)定值的重要性, 要求操作者在包裝不同規(guī)格前必須調(diào)整設(shè)定值, 以確保半自動(dòng)灌裝系統(tǒng)的正確運(yùn)行。

6. 結(jié)論

通過了解, 日本、 比利時(shí)的半自動(dòng)灌裝機(jī)的價(jià)格在人民幣 17 萬元～ 25 萬元, 國產(chǎn)的半自動(dòng)灌裝機(jī)的價(jià)格在人民幣 3.5 萬元～ 7 萬元左右,   而我們設(shè)計(jì)的半自動(dòng)灌裝系統(tǒng)價(jià)格僅 1.2 萬元,   經(jīng)過一年半的使用,   計(jì)量誤差都在 0.5  以內(nèi),   達(dá)到國家計(jì)量誤差標(biāo)準(zhǔn)。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單, 操作方便,  價(jià)格合理,  投資少, 準(zhǔn)確度高, 保證了物料的灌裝重量穩(wěn)定,  大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)采用電氣變送、 氣動(dòng)控制閥門的控制方式, 克服了國內(nèi)灌裝機(jī)普遍采用純氣動(dòng)控制而存在的計(jì)量不準(zhǔn), 運(yùn)行不穩(wěn)定等不足之處, 使自動(dòng)灌裝可廣泛應(yīng)用于涂料生產(chǎn)中, 為物料的自動(dòng)灌裝成功開拓了一個(gè)新的模式。

 

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