孫啟鵬

（山西潞安太行潤(rùn)滑油有限公司，山西長(zhǎng)治 046199）

0 引言

隨著現(xiàn)代化社會(huì)工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)整個(gè)生產(chǎn)鏈條上的消耗品產(chǎn)業(yè)得到了迅速突破。各種現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備、車輛、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)模不斷壯大，對(duì)潤(rùn)滑油產(chǎn)品的消耗數(shù)量有了明顯增加，并且伴隨著人民消費(fèi)水平以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的期望有所提升，對(duì)于潤(rùn)滑油行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)制造以及研發(fā)有了更高的要求[1]。因此，要求潤(rùn)滑油企業(yè)的生產(chǎn)和制造過(guò)程在相比于原有基礎(chǔ)之上有明顯的提升，在潤(rùn)滑油自動(dòng)化罐裝生產(chǎn)線上需要做出實(shí)質(zhì)性的改變才能提升整個(gè)罐裝過(guò)程的效率及安全性[2]。最初的罐裝技術(shù)主要采用人工灌裝的方式，這樣的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)都比較低端。隨著社會(huì)的發(fā)展，出現(xiàn)了半自動(dòng)化的罐裝形式，但是對(duì)于潤(rùn)滑油的罐裝仍然在速度及質(zhì)量上存在較大的短板[3]。當(dāng)前，隨著現(xiàn)代化自動(dòng)設(shè)備的普遍應(yīng)用，潤(rùn)滑油罐裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)水平提高迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。通過(guò)查閱相關(guān)資料文件，可結(jié)合現(xiàn)代自動(dòng)化零部件實(shí)施于潤(rùn)滑油罐裝生產(chǎn)線上，可結(jié)合成套的自動(dòng)化設(shè)備，提升潤(rùn)滑油生產(chǎn)線的制造工藝以及生產(chǎn)效率。以自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為潤(rùn)滑油罐裝生產(chǎn)線的核心概念，通過(guò)改造罐裝生產(chǎn)線的自動(dòng)設(shè)備，提高潤(rùn)滑油灌裝機(jī)的罐裝精度，保障潤(rùn)滑油整條生產(chǎn)線上罐裝工藝的環(huán)節(jié)，改造后的控制系統(tǒng)也為罐裝機(jī)行業(yè)設(shè)備制造研發(fā)提供了思路[4]。

1 灌裝機(jī)主要類型及研究對(duì)象

1.1 主要類型

根據(jù)灌裝機(jī)相關(guān)國(guó)家級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，罐裝機(jī)分類方式主要為稱重方式和運(yùn)動(dòng)方式，但大多數(shù)還是采用以包裝物運(yùn)動(dòng)形式的方式對(duì)罐裝機(jī)進(jìn)行分類，可分為旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)和直線式灌裝機(jī)2種形式[5]。

旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)主要為潤(rùn)滑油包裝桶在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)底部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)按照一定的運(yùn)動(dòng)方式靠近罐裝機(jī)，包裝桶進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)后接受灌裝機(jī)灌入的潤(rùn)滑油。最終潤(rùn)滑油包裝桶到達(dá)最后一個(gè)工序，由旋蓋機(jī)對(duì)包裝桶進(jìn)行封裝。

直線式罐裝機(jī)是目前大多數(shù)罐裝生產(chǎn)企業(yè)的罐裝機(jī)形式選擇，由于目前中國(guó)在旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研發(fā)方面還處于落后階段，直線式灌裝機(jī)相比于旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)的生產(chǎn)制造成本更低，對(duì)于各種高精度靈敏傳感器的要求不是特別高。潤(rùn)滑油包裝桶在該類型罐裝機(jī)的驅(qū)動(dòng)下流水線式地進(jìn)行罐裝作業(yè)，最后由旋蓋機(jī)進(jìn)行封裝，整體生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，所以是大多數(shù)企業(yè)罐裝機(jī)的首選，直線式罐裝及整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[6]。

圖1 直線灌裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 研究對(duì)象

為深入研究潤(rùn)滑油罐裝線的實(shí)際運(yùn)行狀況，以潤(rùn)滑油生產(chǎn)廠商常用的DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)該型號(hào)自動(dòng)罐裝機(jī)控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，可為其余型號(hào)的自動(dòng)罐裝機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)提供參考。

DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)為自動(dòng)化稱重系列罐裝機(jī)，也屬于直線型罐裝機(jī)。該類型的罐裝機(jī)可同時(shí)對(duì)2 個(gè)罐裝產(chǎn)品進(jìn)行罐裝，配備有380 V的電壓，確保罐裝機(jī)的電源輸入；整機(jī)的工作功率為2.5 kW；罐裝容量為220 L；每小時(shí)的最大罐裝速度為80桶；配備的氣源壓力為0.6 MPa。DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)由江蘇湯姆森智能裝備有限公司制造，罐裝噴頭采用雙速罐裝，通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保潤(rùn)滑油在罐裝過(guò)程中不發(fā)生噴濺。每一個(gè)罐裝噴頭都有自動(dòng)感應(yīng)式的反饋部件，核心零部件采用PLC結(jié)合變頻調(diào)速器、繼電器等自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)的機(jī)械、電氣控制調(diào)速，裝配有光感式傳感器對(duì)潤(rùn)滑油整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)整體自動(dòng)化性能較強(qiáng)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的適用范圍也較廣，是目前潤(rùn)滑油行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)常用的罐裝機(jī)設(shè)備。

2 控制系統(tǒng)元器件選擇

2.1 PCL選型

結(jié)合實(shí)際工況條件，分析計(jì)算罐裝機(jī)所受到的工作載荷情況，優(yōu)選出采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S8-400 型PLC 工業(yè)控制器。該型號(hào)的PLC 抗干擾能力強(qiáng)，整體體積不大的情況下，還集成有輸入輸出模塊以及定位模塊等。通過(guò)光纖式的高速傳輸線路實(shí)現(xiàn)了A／D轉(zhuǎn)換，可在罐裝過(guò)程中對(duì)各種指令有效地進(jìn)行反射。為了保障S8-400 型PLC 整體配套系統(tǒng)的完整性，還選擇安裝了西門(mén)子PLC 導(dǎo)軌、I／O 模塊連接器，專設(shè)通訊電纜實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)部之間的數(shù)據(jù)通信，整體PLC模塊布置如圖2所示。

圖2 PLC內(nèi)部模塊布置示意圖

2.2 系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

罐裝機(jī)控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)主要考慮整體電氣線路所承載的電機(jī)負(fù)荷，選用適宜的電源開(kāi)關(guān)以及安全電器保護(hù)閥并且配備集成的電器控制面板。由于潤(rùn)滑油材料的特殊性，要求所匹配的電氣部件需具有防爆及耐油功能。在電器集成面板上要選擇高靈敏度的傳感器并且方便后期維護(hù)保養(yǎng)，由于傳感器容易出現(xiàn)后期故障，在安裝傳感器時(shí)應(yīng)考慮方便后期更換維護(hù)。系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與PLC連接的通信接口，至少保證不小于5個(gè)空點(diǎn)。其中罐裝機(jī)控制系統(tǒng)的電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)采用伺服電機(jī)，輸出功率應(yīng)不小于罐裝機(jī)的輸出功率，為了節(jié)省電能，設(shè)計(jì)了變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)罐裝機(jī)控制系統(tǒng)的變頻作用，罐裝控制系統(tǒng)的整體電氣設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 整體電氣設(shè)計(jì)示意圖

3 控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

將DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)原始電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊以及改造后的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)入至Simulink 仿真軟件對(duì)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行仿真，整體仿真過(guò)程的模糊系統(tǒng)框架圖如圖4所示。

圖4 模糊系統(tǒng)仿真控制計(jì)算模型

將DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)原始控制系統(tǒng)模擬計(jì)算結(jié)果與改進(jìn)后的控制系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析兩者之間的模糊控制響應(yīng)曲線，可綜合性得出兩者罐裝工作性能的優(yōu)劣性，如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線對(duì)比圖

將圖5（a）與圖5（b）對(duì)比可知，模糊控制的響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)時(shí)間短且有較小的超調(diào)量，因此改進(jìn)后模糊控制的性能比原始結(jié)構(gòu)控制的控制性能指標(biāo)高，能得到良好的整體控制系統(tǒng)。

此外，改進(jìn)后的DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)量方式采用雙效精準(zhǔn)計(jì)量即容積式和稱量式的計(jì)量系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)量杯計(jì)量—電子秤檢測(cè)誤差—電子秤補(bǔ)償誤差的計(jì)量方式，保證產(chǎn)品質(zhì)量。PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌裝、精確計(jì)量，且在攪拌控制系統(tǒng)采用模糊控制理論調(diào)節(jié)攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油灌裝速度的調(diào)節(jié)。同時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)硬件與軟件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使?jié)櫥彤a(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及系統(tǒng)自動(dòng)化程度都得到了提高，所研究控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

潤(rùn)滑油罐裝控制系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品品質(zhì)有重大影響，通過(guò)對(duì)DGP-CZ-2Y-X型自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)罐裝機(jī)模糊控制的效果。采用仿真技術(shù)軟件計(jì)算，結(jié)果得出控制系統(tǒng)改造后的實(shí)際應(yīng)用效果更優(yōu)，更加符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的潤(rùn)滑油罐裝工序，解決了目前罐裝生產(chǎn)線生產(chǎn)效率低以及自動(dòng)化程度較低的問(wèn)題，為自動(dòng)化罐裝生產(chǎn)線的制造企業(yè)研發(fā)新型生產(chǎn)線設(shè)備提供了依據(jù)。