利用質(zhì)量流量計(jì)解決200L手工灌裝潤(rùn)滑油誤差偏大的問題，早期的潤(rùn)滑油200L手工灌裝方式受員工的操作熟練程度以及責(zé)任心等方面因素的制約，計(jì)量誤差一直偏大，利用質(zhì)量流量計(jì)，借助PLC控制技術(shù)研制了一款200L移動(dòng)式灌裝機(jī)，提高了油品灌裝的計(jì)量準(zhǔn)確度，把灌裝合格率從73%～80%提高到了99%以上。

中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油廠生產(chǎn)11大類185個(gè)品牌的潤(rùn)滑油，其中包裝潤(rùn)滑油339個(gè)規(guī)格。潤(rùn)滑油廠共有14條自動(dòng)灌裝線， 其中200L自動(dòng)灌裝線有4條，但在生產(chǎn)旺季仍無法及時(shí)保障市場(chǎng)需求，旺季每天缺貨近70個(gè)品種，其中200L大桶規(guī)格缺貨約20個(gè)左右，只能采用人工手動(dòng)灌裝方式來保障市場(chǎng)急需。
人工手動(dòng)灌裝大桶的計(jì)量?jī)x器是500kg臺(tái)秤和裝油槍，灌裝方法是將臺(tái)秤設(shè)置在185.3～185.4kg位置（空桶皮重約15.3～15.4kg），當(dāng)看到臺(tái)秤秤桿抬起瞬間快速關(guān)閉裝油槍，然后再對(duì)差量進(jìn)行找補(bǔ)。這種人工灌裝方式的計(jì)量誤差與操作人員的熟練程度及責(zé)任心關(guān)系很大，生產(chǎn)效率低且計(jì)量誤差比較大。2010年11月份的抽查記錄顯示，當(dāng)月手工灌裝122個(gè)大桶，其中32個(gè)桶計(jì)量誤差超標(biāo)（手工大桶允許誤差-300g～+500g），負(fù)誤差*大欠量1.8kg/桶，正誤差*多裝2.8kg/桶，200L手工灌裝的合格率僅為73%。
為此，蘭州潤(rùn)滑油廠借助市場(chǎng)上一些成型的儀器設(shè)備，通過科研攻關(guān)研制了一款200L移動(dòng)式灌裝機(jī)，解決了手工灌裝計(jì)量誤差偏大的問題。
1 方案的提出
1.1 功能要求
根據(jù)全自動(dòng)灌裝線相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，200L全自動(dòng)灌裝機(jī)的計(jì)量誤差應(yīng)控制在±200g以內(nèi)，灌裝能力應(yīng)達(dá)到40桶/h，還應(yīng)滿足輕便、緊湊、體積小、移動(dòng)方便、操作簡(jiǎn)單、成本低、進(jìn)油連接頭能快速拆卸等要求。
1.2 移動(dòng)式灌裝機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀
目前市場(chǎng)上的200L移動(dòng)式灌裝機(jī)生產(chǎn)廠家不少，但大多數(shù)技術(shù)更新較慢，不能適應(yīng)我廠灌裝過程的工藝情況。如華東某廠的單頭移動(dòng)式灌裝機(jī)，灌裝能力30桶/h，價(jià)格8萬(wàn)元，其缺點(diǎn)是體積大、移動(dòng)不方便、灌裝能力較低，大桶稱重時(shí)要在秤上搬上搬下，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。針對(duì)蘭州潤(rùn)滑油廠調(diào)合裝置分布比較分散，灌裝機(jī)需要頻繁移動(dòng)到各調(diào)合裝置去灌裝等特點(diǎn)，單頭移動(dòng)式灌裝機(jī)對(duì)蘭州潤(rùn)滑油廠不太適合，進(jìn)一步的市場(chǎng)調(diào)研也沒能找到符合要求的200L移動(dòng)式灌裝機(jī)。
1.3 方案的制定
質(zhì)量流量計(jì)具有計(jì)量準(zhǔn)確度高，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)， 近幾年已經(jīng)在蘭州潤(rùn)滑油廠油品計(jì)量方面得到了廣泛應(yīng)用。依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油品灌裝計(jì)量控制規(guī)定》中對(duì)200L自動(dòng)灌裝機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確度的要求，計(jì)量誤差應(yīng)控制在-200g～+300g之間。如選擇示值誤差為±0.1%的質(zhì)量流量計(jì)， 按照200L大桶灌裝170kg油量，其*大誤差=170×（±0.1%）=±0.17（kg），能滿足200L自動(dòng)灌裝機(jī)對(duì)控制計(jì)量誤差的要求。
鑒于蘭州潤(rùn)滑油廠用在油品接收、自動(dòng)配料、定量輸轉(zhuǎn)等方面的13臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)，其穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性都得到大家的認(rèn)可，確定了與西安某公司開展技術(shù)合作，研制移動(dòng)式灌裝機(jī)的技術(shù)路線。技術(shù)方案是選擇質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量油品數(shù)量，通過PLC完成計(jì)量控制和出口閥啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)200L手動(dòng)灌裝的準(zhǔn)確計(jì)量，其控制流程見圖1。

圖1 移動(dòng)式灌裝機(jī)控制流程示意圖

2 移動(dòng)式灌裝機(jī)研制
2.1 第1次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
2011年3月底，第1臺(tái)樣機(jī)研制完成，使用的主要儀器為ZLJ7/B5型質(zhì)量流量計(jì)、CZL批量控制儀、電磁閥等。2011年3月31日～4月3日期間對(duì)第1臺(tái)樣機(jī)灌裝15W/40CD油品進(jìn)行了**測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1

表1 樣機(jī)第1次測(cè)試數(shù)據(jù)

表1測(cè)試數(shù)據(jù)看出，灌裝油品數(shù)量偏離目標(biāo)值較大。 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)灌裝過程的觀察和計(jì)量誤差數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：
（1）當(dāng)油品壓力大于1.6MPa時(shí)，電磁閥無法打開灌裝；油品壓力較低時(shí)，電磁閥啟停速度太慢。
（2）在油品泵輸送量為1.7～5t/h時(shí)，灌裝速度是2～6min/桶，灌裝速度太慢。另外，所選的質(zhì)量流量計(jì)的量程偏小，輸送流量達(dá)不到7t/h的要求。
（3）批量控制儀軟件是固化的，不能根據(jù)工況變化調(diào)整軟件參數(shù)。
（4）灌裝槍上沒有安裝控制閥，管線內(nèi)的油品注入桶內(nèi)時(shí)油量無法控制。
2.2 第2次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
結(jié)合第1次樣機(jī)測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問題，對(duì)灌裝機(jī)進(jìn)行了重新改造，電磁閥更換為1.6MPa的電動(dòng)閥；質(zhì)量流量計(jì)更換為P系列產(chǎn)品，口徑擴(kuò)大為DN40，提高了流量；灌裝槍上增加手動(dòng)閥，通過手動(dòng)或觸摸屏對(duì)灌裝槍啟?？刂?。2011年4月26～28日進(jìn)行了第2次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。此次測(cè)試，用8D液力傳動(dòng)油和15W/40CD油品進(jìn)行了灌裝測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2 樣機(jī)第2次測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2測(cè)試數(shù)據(jù)能夠看出，灌裝結(jié)果距離目標(biāo)值仍然較大。
通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)灌裝過程的觀察和計(jì)量數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：
（1）新更換電動(dòng)閥后，雖然能滿足在多種壓力下灌裝，但電動(dòng)閥本身的啟停速度太慢，啟停時(shí)間在20s以上，造成灌裝量控制不準(zhǔn)確。
（2）批量控制儀控制灌裝流程，操作界面數(shù)據(jù)太少，不利于操作者的觀察。
（3）當(dāng)灌裝槍卡到桶口時(shí)，易將灌裝槍上的油漆刮入桶中，對(duì)油品造成污染，影響油品質(zhì)量。
（4）該樣機(jī)的外殼尺寸仍太大，結(jié)構(gòu)不緊湊、不美觀。
2.3 第3次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
在總結(jié)前2次經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)樣機(jī)重新進(jìn)行了改造，把電動(dòng)閥改為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用0.40MPa風(fēng)壓控制（除調(diào)和五單元外各裝置均有儀表風(fēng)）；把CZL批量控制儀改為PLC控制器，利用軟件編程對(duì)灌裝過程實(shí)行粗裝、精裝分級(jí)控制。同時(shí)，在顯示系統(tǒng)中增加密度、溫度、瞬時(shí)流量、裝桶量等數(shù)據(jù)，可供操作者觀察和隨時(shí)修改控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)**灌裝；灌裝槍采用不銹鋼材質(zhì)，避免了油品灌裝污染；結(jié)構(gòu)更加緊湊、美觀、方便移動(dòng)。2011年6月27日～7月1日進(jìn)行了第3次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。第3次測(cè)試使用L-DAB100空氣壓縮機(jī)油和15W/40CD油品，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

表3 樣機(jī)第3次測(cè)試數(shù)據(jù)

從表3測(cè)試數(shù)據(jù)看出，灌裝誤差在±0.3kg，基本滿足灌裝控制要求，灌裝合格率也較原來手工灌裝大幅度提高。為使灌裝設(shè)備更加完善，灌裝控制準(zhǔn)確度再有所提高，結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，提出以下改進(jìn)建議：
（1）將氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制由“風(fēng)關(guān)”改為“風(fēng)開”，實(shí)現(xiàn)突然停風(fēng)時(shí)自動(dòng)關(guān)閥。
（2）增加當(dāng)班裝桶自動(dòng)計(jì)數(shù)功能，并且能夠自動(dòng)更新。
（3）增加油桶裝滿聲音報(bào)警提示，方便操作者及時(shí)換桶灌裝。
（4）將控制按鈕牢固安裝在灌裝頭上，控制線與灌裝管線一起包裹保護(hù)，既安全又美觀。
3 移動(dòng)式灌裝機(jī)的定型和評(píng)價(jià)
3.1 PLC多段控制原理
移動(dòng)式灌裝定型機(jī)采用質(zhì)量流量計(jì)完成油品**計(jì)量，用PLC多段（粗裝、精裝）控制，保證灌裝計(jì)量的準(zhǔn)確，而且可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行流量調(diào)整，保證了灌裝170kg桶計(jì)量誤差控制在±0.2kg以內(nèi)，提高了手工裝桶的計(jì)量準(zhǔn)確度，PLC多段控制原理見圖2。采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)大流量灌裝控制，閥門啟停時(shí)間在3～4s，減少了因?yàn)殚y門動(dòng)作重復(fù)性引起的誤差，提高了灌裝能力和計(jì)量準(zhǔn)確度。采用灌裝槍控制*后軟管段的殘留油品。使用觸摸屏顯示裝桶時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并保存歷史記錄。

圖2 PLC多段控制示意圖

裝桶時(shí)，通過觸摸屏輸入裝桶量，將灌裝槍放入桶內(nèi)，打開灌裝槍，按動(dòng)灌裝槍上的啟動(dòng)鍵開始灌裝；PLC控制閥門全開狀態(tài)，流量達(dá)到*大；當(dāng)?shù)竭_(dá)提前量1時(shí)，PLC采集流量計(jì)的流量，通過瞬時(shí)流量調(diào)整閥門開度保證流量穩(wěn)定；繼續(xù)灌裝，當(dāng)?shù)竭_(dá)提前量2時(shí)，關(guān)閉閥門，灌裝完成。

3.2 移動(dòng)式灌裝機(jī)的定型檢測(cè)

2011年11月15～25日，對(duì)移動(dòng)式灌裝機(jī)的灌裝能力、計(jì)量誤差、操作方便等進(jìn)行測(cè)試。分別用黏度不同的SF10W/30、HM46、8號(hào)液力傳動(dòng)油、GL-585W/90油品進(jìn)行了灌裝測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。

表4 定型機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試流量為2.4～7.3t/h，測(cè)試溫度為2.3～45.8℃，密度為847.1～896.1kg/m3，測(cè)試期間共灌裝了20桶油品，灌裝誤差都在±0.2kg范圍內(nèi)。

以HM-46油品為例，流量范圍為2.5～7.3t/h，灌裝溫度為2.3～32.5℃，灌裝單桶*大*.2kg，平均誤差為0.061kg/桶(以上數(shù)據(jù)為抽檢10桶平均所得)，灌裝一桶的時(shí)間在90s之內(nèi)。特別需要說明的是此次灌裝流量變化范圍較大，溫度變化也較大，灌裝機(jī)依然保持了比較好的重復(fù)性和比較高的灌裝準(zhǔn)確度。

3.3 移動(dòng)式灌裝機(jī)的測(cè)試評(píng)價(jià)

移動(dòng)式灌裝機(jī)的適用油品黏度覆蓋了高、中、低等范圍，對(duì)2011年11月份、12月份，2012年1月份3個(gè)月200L移動(dòng)式灌裝機(jī)計(jì)量數(shù)據(jù)抽查情況詳見表5。

表5 200L手工移動(dòng)灌裝機(jī)計(jì)量抽查數(shù)據(jù)

從表5可以看出，連續(xù)3個(gè)月200L移動(dòng)式灌裝機(jī)灌裝的油品計(jì)量誤差全部滿足灌裝計(jì)量規(guī)定，合格率為，滿足了我廠對(duì)市場(chǎng)急需小批量、多品種油品灌裝要求，降低了成品油損耗。

200L移動(dòng)式灌裝機(jī)與原手工臺(tái)秤灌裝效果對(duì)比見表6。

表6 移動(dòng)式灌裝機(jī)與手工灌裝效果對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

依托質(zhì)量流量計(jì)和PLC邏輯控制為核心組件的200L移動(dòng)式灌裝機(jī)的研制成功，解決了生產(chǎn)瓶頸，使灌裝合格率從原來的80%提高到了99%以上，手工灌裝大桶的灌裝誤差能夠控制在±200g以內(nèi)，而且減少了全年超標(biāo)灌裝油品造成的經(jīng)濟(jì)損失約11.6萬(wàn)元，目前幾家用戶已經(jīng)與我廠簽訂了采購(gòu)合同，取得了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。