摘要:旨在設計并實施一套高效、穩(wěn)定且可靠的涂料自動化控制系統(tǒng),以提高生產(chǎn)效率、降低成本,并確保產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)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(yōu)于設計標準,展現(xiàn)了系統(tǒng)的高精度控制能力。結論顯示,該涂料自動化控制系統(tǒng)能顯著提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時降低生產(chǎn)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(tǒng);生產(chǎn)效率;產(chǎn)品質(zhì)量;技術升級
隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,涂料行業(yè)作為化工行業(yè)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(huán)保性、應用廣泛和技術成熟等優(yōu)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(huán)保要求,傳統(tǒng)的手工或半自動化生產(chǎn)模式已經(jīng)難以滿足當前的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量要求。在這種背景下,涂料生產(chǎn)企業(yè)亟須通過技術創(chuàng)新和升級,來提高生產(chǎn)效率、降低成本,并確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性與可靠性。特別是對于國內(nèi)的涂料生產(chǎn)企業(yè)而言,引入和實施先進的自動化控制系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng),可以實現(xiàn)涂料生產(chǎn)過程中的高度自動化和智能化管理,從而有效提升生產(chǎn)效率,降低能耗和成本,保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性,以適應市場對高品質(zhì)涂料產(chǎn)品的需求。
1涂料自動化控制系統(tǒng)設計
1.1系統(tǒng)的總體設計
在設計涂料自動化控制系統(tǒng)時,采用了一種集成先進技術的綜合方案,以確保整個生產(chǎn)過程中助劑的輸送及稱重配料、乳液料位計量及輸送、調(diào)漆缸的稱重配料以及中間儲罐的計量輸送等環(huán)節(jié)能夠精確無誤地完成[2]。通過采用上位計算機監(jiān)控系統(tǒng),不僅實現(xiàn)了配料過程的自動存儲、查詢以及各類報表的統(tǒng)計和打印,還體現(xiàn)了人機界面友好、操作簡便等特點。系統(tǒng)的開放式控制策略保證了強大的兼容性,通過以太網(wǎng)連接實現(xiàn)了與管理級網(wǎng)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(yè)對控制系統(tǒng)的高要求并節(jié)約成本,系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡分布式的控制方式。通過在分散的現(xiàn)場安裝SIEMENS S7200 PLC,作為各個區(qū)域的過程控制站,確保了系統(tǒng)的高安全性和可靠性[3]。200 CPU通過其DP通信模塊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)到上位機和操作面板的傳送??紤]到稱重數(shù)據(jù)的實時性、穩(wěn)定性和準確性,采用了DP高速通訊方式將現(xiàn)場稱重數(shù)據(jù)傳輸至控制站。上位機監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)數(shù)據(jù)共享,從而保障了整個系統(tǒng)的高效運行和管理的便捷性。
1.2涂料的生產(chǎn)流程
在涂料的生產(chǎn)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(zhì)量控制都是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵因素。特別是在采用自動化控制系統(tǒng)后,通過精確控制每一步驟,不僅可以提高生產(chǎn)效率,還能顯著提升產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。在油性涂料生產(chǎn)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(tǒng)通過高精度稱重技術和實時監(jiān)控,確保所有原料按照精確的比例配制,從而保證了最終產(chǎn)品的性能和顏色的一致性。混合是涂料生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié),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(tǒng)通過調(diào)節(jié)攪拌器的速度和時間,實現(xiàn)原料的均勻混合。對于需要稀釋的涂料,系統(tǒng)根據(jù)預設的配方自動調(diào)節(jié)水或其他溶劑的加入量,確保產(chǎn)品的一致性。調(diào)色是涂料生產(chǎn)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(tǒng)可以根據(jù)預設的顏色配方,自動調(diào)整顏料和其他成分的比例,同時實時監(jiān)控顏色的一致性,以確保每批產(chǎn)品的顏色都符合標準[4]。在整個生產(chǎn)過程中,自動化控制系統(tǒng)還負責監(jiān)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(huán)境參數(shù)如溫度和濕度,確保生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
1.3系統(tǒng)的功能
1.3.1系統(tǒng)操作
在主控制室中,操作員通過高級的控制接口與系統(tǒng)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(shù)據(jù)、提前量以及允許誤差等關鍵參數(shù)的設定。這些設定信息隨后被下傳到PLC的配方數(shù)據(jù)區(qū),為接下來的自動控制奠定基礎。一旦配方設置完成,系統(tǒng)的工藝參數(shù)和工作狀態(tài)就進入實時監(jiān)控階段??刂葡到y(tǒng)實時監(jiān)測工藝的每一個步驟,確保整個過程按照預定的參數(shù)無縫運行[5]。系統(tǒng)還負責采集實際的配料數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進行相關處理,以保證生產(chǎn)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(diào)用現(xiàn)有配方、輸入新的配方數(shù)據(jù)、對現(xiàn)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(xiàn)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(jiān)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(chǎn)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(tǒng)的智能化水平。通過標準配方和原材料的含量數(shù)據(jù),系統(tǒng)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(diào)整時,這一功能確保了最終產(chǎn)品的一致性。
2應用測試
2.1測試環(huán)境及參數(shù)的選擇
在進行涂料生產(chǎn)測試的有效性驗證時,選用了德威涂料的汽車漆。遵循執(zhí)行標準GB/T 9756—2018《合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料》和GB 18582—2020《建筑用墻面涂料中有害物質(zhì)限量》,確保涂料生產(chǎn)的安全性和環(huán)保性。包裝規(guī)格為25 kg/桶,要求自動化控制系統(tǒng)精確控制填充量,保證每桶重量的一致。生產(chǎn)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(tǒng)需監(jiān)控環(huán)境溫度和濕度,保障產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性,密封存儲可達24個月。根據(jù)施工粘度的需要,可以加入0~20%的清水稀釋。自動化系統(tǒng)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(yǎng)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(chǎn)線上模擬實際施工環(huán)境,確保環(huán)境和基層溫度控制在5~35 ℃,環(huán)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(tǒng)在實際施工環(huán)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(chǎn)測試時,首先通過自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)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?;旌暇鶆?。攪拌完成后,涂料在系統(tǒng)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(tǒng)精確控制生產(chǎn)環(huán)境的溫度和濕度,在5~35 ℃溫度和低于85%的相對濕度范圍內(nèi)進行生產(chǎn),以模擬理想的生產(chǎn)和施工環(huán)境。此外,系統(tǒng)還模擬不同的環(huán)境條件,如揚塵和風速,以測試自動化系統(tǒng)在各種實際施工環(huán)境下的適應性和穩(wěn)定性。在涂料準備就緒后,自動化系統(tǒng)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(guī)格的要求。填充過程中,系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境,確保避免高溫和直射陽光的影響,同時遠離火源,確保產(chǎn)品在陰涼、干燥的條件下存儲,以保持產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性,實現(xiàn)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(tǒng)生產(chǎn)測試后,對收集的數(shù)據(jù)進行了詳細分析,以評估自動化系統(tǒng)的性能及涂料產(chǎn)品的質(zhì)量。測試結果表明,自動化系統(tǒng)能夠精確執(zhí)行涂料生產(chǎn)的各個階段,包括原料配比、稀釋、攪拌、環(huán)境控制、填充和包裝,確保了高效和穩(wěn)定的生產(chǎn)過程。
通過對測試數(shù)據(jù)的分析,可以看出自動化控制系統(tǒng)在涂料的生產(chǎn)過程中展現(xiàn)了極高的效率和準確性,從原料配比到產(chǎn)品包裝,每一環(huán)節(jié)都嚴格按照預設標準執(zhí)行,確保了最終產(chǎn)品的高質(zhì)量和一致性。特別是在環(huán)境控制方面,系統(tǒng)能夠有效適應和模擬不同的施工環(huán)境條件,顯示了良好的適應性和穩(wěn)定性。此外,通過自動化系統(tǒng)的實施,生產(chǎn)過程中人為誤差被大幅減少,生產(chǎn)效率得到顯著提升,同時還能確保員工的安全和生產(chǎn)的環(huán)保。根據(jù)測試結果,自動化控制系統(tǒng)不僅滿足了當前的生產(chǎn)需求,其性能和穩(wěn)定性還預示著涂料制造業(yè)向更高效、智能化方向發(fā)展。
4結論
通過對涂料自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)在提高生產(chǎn)效率、降低成本、確保產(chǎn)品質(zhì)量一致性方面的顯著優(yōu)勢。系統(tǒng)性能評估結果表明,所有測試參數(shù)均滿足或超出了設計標準,驗證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、可靠性及高效性。這不僅標志著涂料生產(chǎn)自動化技術的一大進步,也為涂料行業(yè)提供了強有力的技術支撐和理論指導,促進行業(yè)向更高效、環(huán)保、智能化方向發(fā)展。展望未來,隨著技術的不斷進步和生產(chǎn)需求的日益增長,涂料自動化控制系統(tǒng)將持續(xù)優(yōu)化更新,以適應更加多樣化和復雜的生產(chǎn)需求,同時也將探索更多環(huán)保節(jié)能的生產(chǎn)方法,以實現(xiàn)涂料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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