涂料自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與實施

摘要：旨在設(shè)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(yīng)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(jié)果表明，所有關(guān)鍵性能指標(biāo)均滿足或優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)了系統(tǒng)的高精度控制能力。結(jié)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(yīng)用前景和推廣價值。

關(guān)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(shù)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(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。尤其是油性和水性涂料，因其環(huán)保性、應(yīng)用廣泛和技術(shù)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(yán)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(dāng)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(shù)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(jìn)的自動化控制系統(tǒng)成為提升競爭力的關(guān)鍵手段之一［1］。通過采用高精度的計量稱重技術(shù)、先進(jìn)的自動控制技術(shù)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(yīng)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(shè)計

1.1系統(tǒng)的總體設(shè)計

在設(shè)計涂料自動化控制系統(tǒng)時，采用了一種集成先進(jìn)技術(shù)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(luò)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(luò)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(zhǔn)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(yán)格的質(zhì)量控制都是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)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(shù)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?；旌鲜峭苛仙a(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，特別是對于水性涂料，還需要進(jìn)行稀釋或乳化以達(dá)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(yù)設(shè)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(guān)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(yù)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)［4］。在整個生產(chǎn)過程中，自動化控制系統(tǒng)還負(fù)責(zé)監(jiān)控涂料的各項物理和化學(xué)性能指標(biāo)，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(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定。這些設(shè)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(chǔ)。一旦配方設(shè)置完成，系統(tǒng)的工藝參數(shù)和工作狀態(tài)就進(jìn)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(yù)定的參數(shù)無縫運行［5］。系統(tǒng)還負(fù)責(zé)采集實際的配料數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，以保證生產(chǎn)流程的準(zhǔn)確性和效率。

1.3.2配方設(shè)置及管理

在配方設(shè)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(jìn)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(zhǔn)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(dāng)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(zhǔn)確性至關(guān)重要。配方計算功能則進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的智能化水平。通過標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(yīng)用測試

2.1測試環(huán)境及參數(shù)的選擇

在進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)在陰涼（5～35 ℃）干燥處進(jìn)行，避免高溫和陽光直射，及在遠(yuǎn)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(dá)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(zhǔn)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(dá)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(hù)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(yán)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(fēng)、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(yīng)性和可靠性。

2.2測試過程

在進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的要求。系統(tǒng)自動計算并添加適量的清水進(jìn)行稀釋，稀釋比例可達(dá)0～20%，隨后進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(fēng)速，以測試自動化系統(tǒng)在各種實際施工環(huán)境下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。在涂料準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)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(jié)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(jìn)行了詳細(xì)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(jié)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(zhǔn)確性，從原料配比到產(chǎn)品包裝，每一環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)和模擬不同的施工環(huán)境條件，顯示了良好的適應(yīng)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(jié)果，自動化控制系統(tǒng)不僅滿足了當(dāng)前的生產(chǎn)需求，其性能和穩(wěn)定性還預(yù)示著涂料制造業(yè)向更高效、智能化方向發(fā)展。

4結(jié)論

通過對涂料自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計、實施及其應(yīng)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(jié)果表明，所有測試參數(shù)均滿足或超出了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，驗證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、可靠性及高效性。這不僅標(biāo)志著涂料生產(chǎn)自動化技術(shù)的一大進(jìn)步，也為涂料行業(yè)提供了強有力的技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)，促進(jìn)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(shù)的不斷進(jìn)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(yīng)更加多樣化和復(fù)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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