灌裝機(jī)的誤差分析與控制

伍 鈞

（廣州奧桑味精食品有限公司，廣東 廣州 510000）

灌裝機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一，主要用于將物料按照設(shè)定的量灌裝到容器中。然而灌裝機(jī)往往存在一定的誤差，為了提高灌裝精度，需要對(duì)誤差進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的控制措施。在實(shí)際應(yīng)用中，不可避免地會(huì)有一些偏差，因此有必要采取相應(yīng)的措施來(lái)控制這些偏差。

1 灌裝機(jī)誤差類型

灌裝機(jī)是一種自動(dòng)化的設(shè)備，用于將液體從一個(gè)容器中自動(dòng)地灌裝到另一個(gè)容器中。然而，由于各種因素的影響，灌裝機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)誤差。

1.1 機(jī)械誤差

這是最常見(jiàn)的一種誤差類型。它是由于機(jī)械部件的不精確或損壞而引起的。例如，如果灌裝機(jī)的閥門不完全關(guān)閉或密封不良，就會(huì)導(dǎo)致物料泄漏或流量不穩(wěn)定。

1.2 電氣誤差

這種誤差通常是由于電氣元件的故障或不正確配置引起的。例如，如果灌裝機(jī)的傳感器或控制器出現(xiàn)故障，就可能導(dǎo)致物料計(jì)量不準(zhǔn)確或控制系統(tǒng)失效。

1.3 人為誤差

這是由于操作員的技能水平、注意力不集中、疲勞等因素引起的誤差。例如，如果操作員沒(méi)有正確地設(shè)置灌裝參數(shù)或沒(méi)有及時(shí)更換灌裝頭，就可能導(dǎo)致物料浪費(fèi)或質(zhì)量問(wèn)題。

1.4 環(huán)境誤差

這種誤差是由于外部環(huán)境因素（如溫度、濕度、氣壓等)的變化而引起的。例如，如果灌裝機(jī)所處的環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低，就可能導(dǎo)致物料粘度變化或結(jié)晶，從而影響灌裝精度。

2 灌裝機(jī)誤差的影響

灌裝機(jī)誤差可能會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和成本產(chǎn)生不良影響，具體如下。

2.1 生產(chǎn)效率下降

如果灌裝機(jī)存在較大的誤差，將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。例如，如果灌裝量不準(zhǔn)確或灌裝速度不穩(wěn)定，就會(huì)增加生產(chǎn)周期和等待時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。

2.2 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響

灌裝機(jī)誤差可能會(huì)導(dǎo)致灌裝物料的計(jì)量不準(zhǔn)確或混合不均勻，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，如果灌裝液體時(shí)出現(xiàn)氣泡或滴漏現(xiàn)象，就可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

2.3 成本上升

灌裝機(jī)誤差可能會(huì)導(dǎo)致物料浪費(fèi)和廢品率上升，從而增加生產(chǎn)成本。例如，如果灌裝頭損壞或不正確使用，就可能導(dǎo)致物料浪費(fèi)和廢品率上升，從而增加生產(chǎn)成本。

2.4 維護(hù)成本增加

如果灌裝機(jī)存在較大的誤差，需要更頻繁地進(jìn)行維護(hù)和修理，從而增加維護(hù)成本。例如，如果灌裝機(jī)出現(xiàn)故障或需要更換零部件，就需要支付更高的維修費(fèi)用。

3 灌裝機(jī)誤差的控制措施

灌裝機(jī)誤差的控制措施需要從多個(gè)方面入手，包括設(shè)計(jì)、維護(hù)、培訓(xùn)、質(zhì)量控制和自動(dòng)化控制等方面。只有在全面控制誤差的情況下，才能保證灌裝機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，灌裝機(jī)誤差的控制措施包括以下幾個(gè)方面。

3.1 合理設(shè)計(jì)灌裝機(jī)

在設(shè)計(jì)灌裝機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮各種因素對(duì)灌裝精度的影響，如物料性質(zhì)、灌裝頭的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等。同時(shí)，應(yīng)采用高精度的傳感器和計(jì)量系統(tǒng)，以確保灌裝量的準(zhǔn)確性。

3.2 定期維護(hù)和檢修

灌裝機(jī)需要定期進(jìn)行維護(hù)和檢修，以確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，清洗灌裝頭、更換損壞的零部件、校準(zhǔn)傳感器等。

3.3 提高操作員技能水平

操作員應(yīng)接受培訓(xùn)，了解灌裝機(jī)的操作方法和注意事項(xiàng)，并熟練掌握灌裝參數(shù)的設(shè)置。同時(shí)，應(yīng)定期進(jìn)行技能培訓(xùn)和考核。

3.4 加強(qiáng)質(zhì)量控制

在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)，應(yīng)建立完善的質(zhì)量管理體系，確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

3.5 采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以提高灌裝機(jī)的精度和穩(wěn)定性，減少誤差的發(fā)生。例如，采用PLC控制系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器等。

3.5.1 PLC灌裝機(jī)的誤差控制

使用高性能的PLC及伺服系統(tǒng)帶動(dòng)鋼板控制灌裝缸內(nèi)的活塞以達(dá)到控制下料的精度，這種方式特別適合粘稠液體的灌裝。

3.5.2 PLC 灌裝機(jī)加熱時(shí)間的控制

如果在 PLC 灌裝機(jī)中采用一般的定時(shí)器不僅不會(huì)達(dá)到應(yīng)有的效果，甚至還會(huì)造成嚴(yán)重的后果。在灌裝機(jī)中，影響灌裝機(jī)精度的主要原因有：灌裝時(shí)間的控制和灌裝溫度的控制。采用可編程控制器對(duì)充填裝置進(jìn)行加溫控制。充填裝置的加熱時(shí)間通?？刂圃诤撩胍詢?nèi)。

不過(guò)一般的計(jì)時(shí)器顯然不可能做到這一點(diǎn)。所以，若將普通的定時(shí)裝置應(yīng)用于 PLC灌裝機(jī)上，不但得不到預(yù)期的結(jié)果，而且可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果。因此，在 PLC編程的時(shí)候，通常都是使用1毫秒計(jì)時(shí)器來(lái)降低由于掃描造成的錯(cuò)誤。但是，由于充填裝置的掃描周期通常是5 ms，因此，為了降低系統(tǒng)的測(cè)量精度，對(duì)灌裝機(jī)周圍環(huán)境進(jìn)行控制，如保持溫度穩(wěn)定、減少視覺(jué)干擾等，以降低其對(duì)灌裝精度的影響。

3.5.3 PLC灌裝機(jī)溫度精度的控制

通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況的分析，確定了自動(dòng)充填裝置的工作溫度應(yīng)控制在-0.5～0.5 ℃范圍內(nèi)。在理想的情況下，如密封、加熱以及降溫幅度都相對(duì)較為理想的情況下，不論是具體的工作環(huán)境，還是氣溫、季節(jié)的影響，都對(duì)對(duì)理想的工作環(huán)境造成一定的影響。

在理想條件下，灌裝機(jī)可將溫度控制在-0.5～0.5 ℃之間。不過(guò)在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，這種事情也不會(huì)總是發(fā)生。

無(wú)論在特定的工作條件下，還是在溫度，季節(jié)等因素的影響下，都會(huì)影響到理想的工作環(huán)境。因此，在 PLC灌裝機(jī)的溫度控制中，需要針對(duì)不同的工作環(huán)境，提前設(shè)置 PID的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)階梯溫度控制。

除此之外，在具體的控制過(guò)程中，還需要保證溫度控制的平穩(wěn)性，盡可能地降低溫度上升過(guò)快的現(xiàn)象，以減少 PLC灌裝機(jī)在運(yùn)行時(shí)的誤差。

所以，在 PLC 灌裝機(jī)溫度控制的過(guò)程中，必須要根據(jù)不同的工作環(huán)境，對(duì) PID 的參數(shù)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)階梯式的溫度控制。此外在具體控制的過(guò)程中，還必須要注意溫度控制的平穩(wěn)程度，盡量要減少溫度提升過(guò)快的情況，從而較少PLC 灌裝機(jī)在操作過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。

3.6 自動(dòng)充液器的誤差控制

3.6.1 質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)存在的問(wèn)題及解決方法。溫度的變化可能會(huì)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生一定的影響，但可以通過(guò)設(shè)置熱電阻測(cè)溫，并利用電子電路來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小其影響。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，由于安裝應(yīng)力的作用，也會(huì)引起測(cè)量誤差。因此，在具體安裝時(shí)，要嚴(yán)格遵守規(guī)范，將外部應(yīng)力對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的影響降到最低。

3.6.2 體積式流量計(jì)

體積流量測(cè)量中的誤差及其控制方法。沖擊次數(shù)的效應(yīng)。容積式流量計(jì)大多采用振蕩原理，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也很容易受外部振蕩的影響。所以，當(dāng)體積流量計(jì)在工作的時(shí)候，必須要強(qiáng)化它的抗干擾能力，可以采取一些必要的抗干擾措施，例如：設(shè)置干擾層、防止手機(jī)等電子產(chǎn)品接近等，來(lái)降低它的誤差。見(jiàn)以下節(jié)流裝置測(cè)量原理圖1。

圖1 節(jié)流裝置測(cè)量原理圖

溫度和壓強(qiáng)效應(yīng)。可以說(shuō)，溫度對(duì)容積式流量計(jì)的測(cè)量精度有很大的影響。當(dāng)溫度改變時(shí)，容積式流量計(jì)計(jì)量室的體積也會(huì)隨之改變，這就會(huì)引起額外的誤差。另外，在不同的溫度條件下，容積式流量傳感器的轉(zhuǎn)子-殼體間的間隙也會(huì)不同，進(jìn)而影響漏失量。另外，由于壓力的改變，也會(huì)引起容積式流量計(jì)的誤差。容積式流量計(jì)承受的壓力越大，其容積也就越大，從而使泄漏量也就越大。因此，在實(shí)際操作時(shí)，必須對(duì)影響容積流量計(jì)的溫度、壓力進(jìn)行控制，盡可能不受到外部溫度、壓力變化的影響，從而達(dá)到減小誤差的效果。

標(biāo)準(zhǔn)容積值的影響：容積流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值的改變，主要與其管段結(jié)蠟、容積管長(zhǎng)期置于戶外照明等因素有關(guān)。所以，在使用容積流量計(jì)的時(shí)候，可以先使用熱水或風(fēng)掃線進(jìn)行排污。清洗時(shí)，要及時(shí)用清水替換，直到不再有油漬。所以，從上述分析可以看出，自動(dòng)充填裝置的誤差很大程度上是由它的流量計(jì)造成的，所以要想降低充填裝置的誤差，就必須降低流量計(jì)所造成的誤差。

3.7 氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)誤差控制

這是將灌裝機(jī)與自動(dòng)化原理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)了一種氣壓旋轉(zhuǎn)自動(dòng)充填裝置。它既繼承了直線式充填裝置的許多優(yōu)勢(shì)，又很好地解決了直線式充填裝置在使用時(shí)不穩(wěn)定和生產(chǎn)效率低下的問(wèn)題。氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)自動(dòng)充填裝置是一種新型的自動(dòng)充填裝置。其中，機(jī)械傳動(dòng)的部分主要負(fù)責(zé)出瓶，電氣控制的部分負(fù)責(zé)定量的儲(chǔ)存、故障報(bào)警和速度的調(diào)節(jié)，氣動(dòng)控制的部分負(fù)責(zé)閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉、氣源的分配等工作。存在的誤差情況如下。

3.7.1 解決充填頭的位置

要解決氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)充填頭的位置問(wèn)題，可以采取以下步驟：

確定充填頭的位置：根據(jù)灌裝瓶的大小和形狀，確定充填頭的位置。一般來(lái)說(shuō)，充填頭應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)瓶口，以確保物料能夠準(zhǔn)確、均勻地灌裝到瓶?jī)?nèi)。

調(diào)整充填頭的高度：根據(jù)需要灌裝的物料性質(zhì)和瓶子的高度，調(diào)整充填頭的高度。一般來(lái)說(shuō)，充填頭的高度應(yīng)該與瓶子的高度相適應(yīng)，以確保物料能夠順暢地灌裝到瓶?jī)?nèi)。

校準(zhǔn)充填頭的位置：通過(guò)調(diào)整灌裝機(jī)上的螺絲和固定裝置，確保充填頭的位置準(zhǔn)確無(wú)誤?？梢允褂盟絻x等工具進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保充填頭與瓶口對(duì)齊。

測(cè)試充填效果：在調(diào)整好充填頭的位置后，進(jìn)行測(cè)試灌裝，觀察物料是否能夠準(zhǔn)確、均勻地灌裝到瓶?jī)?nèi)。如果存在誤差，可以進(jìn)一步調(diào)整充填頭的位置和高度，以達(dá)到最佳的灌裝效果。需要注意的是，不同的灌裝機(jī)型號(hào)和品牌可能存在不同的調(diào)整方法，具體操作需要參考相關(guān)說(shuō)明書(shū)或咨詢廠家。

3.7.2 從灌裝數(shù)量到灌裝閥門開(kāi)閉時(shí)間的轉(zhuǎn)換方法

從灌裝數(shù)量到灌裝閥門開(kāi)閉時(shí)間的轉(zhuǎn)換方法，通常是通過(guò)測(cè)量灌裝閥門的開(kāi)閉時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體步驟如下：

設(shè)定灌裝數(shù)量：首先，根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)定需要灌裝的數(shù)量。

開(kāi)啟灌裝閥門：在設(shè)定好灌裝數(shù)量后，開(kāi)啟灌裝閥門，開(kāi)始灌裝。

計(jì)時(shí)開(kāi)始：從灌裝閥門開(kāi)啟的瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)。

計(jì)時(shí)結(jié)束：當(dāng)灌裝完成設(shè)定的數(shù)量后，停止計(jì)時(shí)。

計(jì)算時(shí)間差：記錄從開(kāi)始計(jì)時(shí)到停止計(jì)時(shí)的時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差就是灌裝閥門的開(kāi)閉時(shí)間。

需要注意的是，這種方法只適用于定量灌裝的情況，即每次灌裝的數(shù)量是固定的。對(duì)于非定量灌裝的情況，需要采用其他方法來(lái)測(cè)量灌裝閥門的開(kāi)閉時(shí)間。此外，為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要在恒定的壓力和速度下進(jìn)行灌裝，以避免其他因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

灌裝機(jī)誤差對(duì)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和成本都有不良影響。為了減少灌裝機(jī)的誤差，需要對(duì)誤差類型進(jìn)行有效的控制和監(jiān)測(cè)，可以定期檢查和維護(hù)機(jī)械部件，確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；使用高質(zhì)量的電氣元件和傳感器，并對(duì)其進(jìn)行正確的校準(zhǔn)和調(diào)試；提高操作員的技能水平和培訓(xùn)意識(shí)；以及對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制等，在設(shè)計(jì)和選擇灌裝機(jī)時(shí)應(yīng)盡可能減少誤差，并定期進(jìn)行維護(hù)和檢修以確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。