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3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及設(shè)備選型

3.1半自動灌裝系統(tǒng)控制原理圖

 

圖 2   控制原理圖

3.2測量機構(gòu)

對物料的測量一般有容積法、 稱重法和質(zhì)量流量計三種方法。

我廠產(chǎn)品灌裝普遍使用的是稱重法, 使用稱重法的設(shè)備價格合理, 誤差符合成品重量計量要求, 因此本自動灌裝系統(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、    純氣動控制和電氣與氣動相結(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), 屬于危險爆炸場所, 因此系統(tǒng)電氣設(shè)備必須達到防爆要求, 設(shè)備選型要求選用防爆電氣測量機構(gòu), 防爆的電氣變送器、 防爆的電動調(diào)節(jié)閥。考慮經(jīng)濟的原因, 涂料生產(chǎn)的自動灌裝系統(tǒng)很少采用純電氣控制的方式。

系統(tǒng)采用純氣動控制, 可以達到防爆要求, 而且價格合理, 這是目前涂料生產(chǎn)自動灌裝機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、 二次缸的動作, 進行定量灌裝。由于邏輯控制回路 ( 變送器) 是氣動元件, 變送元件復(fù)雜,  傳送信號時間較長 ( 光、 電比較) , 造成變送和信息傳送滯后, 而且氣源穩(wěn)定、 潔凈程度對氣動元件工作影響很大, 以上原因造成灌裝重量不準確, 而誤差有時正, 有時負, 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, 并且傳送信號及時準確, 決定該系統(tǒng)控制采用電氣和氣動相結(jié)合的控制方式。即是電氣變送和使用氣動控制閥。

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

微動開關(guān)的靈敏性是自動灌裝系統(tǒng)的關(guān)鍵, 因為它決定了物料的灌裝重量準確度。例如灌裝規(guī)格4kg 罐的物料,   如果微動開關(guān)的滯后時間超過0.2s,   就會造成計量不準確,   誤差超過所規(guī)定的標準 ;而且它的開 、 閉動作應(yīng)達到 1400 次 d 。在市場上, 微動開關(guān)的類型也很多,  選用 6 種類型經(jīng)一個多月的試驗, 最后選擇了德國產(chǎn) BARTEC 型微動開關(guān), 該類型無論在靈敏性、 穩(wěn)定性和持續(xù)工作能力上都達到精度要求, 并且微動開關(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)動作時間是計量精度保證的關(guān)鍵, 同時要求調(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 型氣動球閥, 大包裝 ( 200kg 以上) 選用Q 611FDN 40 型氣動球閥。

3.5調(diào)節(jié)控制機構(gòu)

調(diào)節(jié)控制機構(gòu)的作用主要是控制調(diào)節(jié)閥的開與關(guān), 從而達到定量灌裝。因為采用電氣變送, 要求設(shè)計一個控制電路, 配合變送和控制作用的微動開關(guān), 對球閥進行控制開 關(guān)。

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

4. 輔助氣源系統(tǒng)設(shè)計

由于執(zhí)行裝置 QGH-65-90° 90°對氣源要求較高, 因此設(shè)計了一個氣源輔助系統(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),原來空氣壓縮機上的壓力繼電器其調(diào)壓范圍不能達 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)閉時間,  造成計量不準確,  因此我們改造了壓力裝置,   選用一個 0.6 ～ 1.5MPa氣壓自動開關(guān)來控制壓縮機的開與關(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 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)行裝置的實際來調(diào)節(jié)氣壓, 并過濾氣源中的水分和雜質(zhì)。保證進入執(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、 微動開關(guān)的動作滯后誤差、 氣動執(zhí)行裝置滯后誤差和球閥動作滯后誤差, 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候都是正偏差或全是負偏差, 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), 達到了當(dāng)初的設(shè)計目的。

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, 以確保半自動灌裝系統(tǒng)的正確運行。

6. 結(jié)論

通過了解, 日本、 比利時的半自動灌裝機的價格在人民幣 17 萬元～ 25 萬元, 國產(chǎn)的半自動灌裝機的價格在人民幣 3.5 萬元～ 7 萬元左右,   而我們設(shè)計的半自動灌裝系統(tǒng)價格僅 1.2 萬元,   經(jīng)過一年半的使用,   計量誤差都在 0.5  以內(nèi),   達到國家計量誤差標準。

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

 

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