Щит управления дозированием водно-дисперсионных красок

Компания «Центромонтажавтоматика» (г. Смоленск) разработала щит управления дозированием водно-дисперсных красок в цехе водных красок Смоленского лакокрасочного завода. Для реализации проекта были использованы средства автоматизации ОВЕН: программируемый логический контроллер ПЛК100 и панель оператора ИП320. 

Как известно, существуют уже готовые установки для дозирования красок. Однако сроки поставки, а главное цена подобных установок довольно-таки велики. Также можно отметить, что существующие установки дозирования имеют довольно-таки узкий диапазон весов, с которыми возможна работа, а также узкий диапазон вязкости дозируемого вещества.

На Смоленском лакокрасочном заводе уже работают несколько дозировочных установок импортного производства. Однако в виду того, что производство постоянно модернизируется, добавляется ассортимент выпускаемой продукции, добавляются новые линии, имеющихся установок уже не хватает ни по объемам выпуска, ни по требованиям к составу нового дозируемого вещества.

На момент обращения к компании «Центрмонтажавтоматика» у заказчика имелись в наличии весы до 50 кг компании «Тензо-М» с весовым терминалом, позволяющим работать с контроллерами по протоколу ModBUS-RTU. Также имелся запас пневмоклапанов различных диаметров, конструкций и принципов действия. Для реализации щита дозирования были приобретены программируемый логический контроллер ПЛК100 и панель оператора ИП320 производства компании ОВЕН. После чего был изготовлен щит управления дозированием водно-дисперсионных красок. На объекте было опробовано несколько алгоритмов работы системы дозирования.

Алгоритм дозирования по временным параметрам

При этом алгоритме работы используется один пневмоклапан на два положения (открыт – закрыт). При подаче управляющего напряжения на пневмораспределитель клапан открывается, при снятии напряжения – закрывается.

На щите дозирования задается требуемая доза – Д1, после чего нажимается педаль запуска. Щит дозирования открывает дозировочный клапан и начинает отсчет времени «половинного дозирования». Когда вес дозируемого вещества достигает примерно половины требуемой дозы, сигнал с дозировочного клапана снимается и одновременно фиксируется значение этой дозы – Д2 и время достижения этой дозы – Т1. После того как пневмоклапан закрылся, еще некоторое время происходит слив остатков дозируемого вещества с промежутка от пневмоклапана до открытого конца трубы. Значение этого остатка также фиксируется в памяти контроллера – Д3. Окончание слива остатков сигнализируется от весового терминала отдельным сигналом – «успокоением массы», по поступлении которого происходит расчет скорости дозирования (Д2/Т1), а следовательно и времени, на которое необходимо второй раз открыть пневмоклапан для окончательного дозирования (Т2 = (Д1 – Д2 – Д3*2)/(Д2/Т1) – Tп). Значение времени Тп, а также знак перед этим значением обуславливает задержки времени срабатывания клапанов и определяется экспериментально.

Данный алгоритм работы показал высокую точность и скорость дозирования. При этом можно обойтись одним пневмоклапаном вместо двух, как в классических системах дозирования (грубого и тонкого дозирования). Однако этот метод накладывает высокие требования к стабильности давления воздуха, что бывает практически невозможно добиться на промышленных предприятиях (как правило, воздух гуляет в определенных пределах) и повышенные требования к стабильности давления самого дозируемого вещества, что также бывает проблематичным. Данный алгоритм дозирования подходит для систем, когда дозируемого вещество самотеком сливается с какой-либо открытой емкости.

Алгоритм порционного дозирования

При этом алгоритме работы также используется один пневмоклапан на два положения (открыт – закрыт). При подаче управляющего напряжения на пневмораспределитель клапан открывается, при снятии напряжения – закрывается.

На щите дозирования задается требуемая доза – Д1, после чего нажимается педаль запуска. Щит дозирования открывает дозировочный клапан, пока вес не достигнет определенной заранее заданной дозы Д2 меньшей Д1. Далее щит дозирования начнет подавать на пневмоклапан короткие импульсы, в каждом из которых будет происходить долив определенной порции дозируемого вещества, пока вес не достигнет дозы Д1. При этом каждый последующий временной импульс, а следовательно и порция уменьшается относительно предыдущей пропорционально недостающему весу до дозы Д1.

Данный алгоритм работы показал высокую точность и скорость дозирования, но меньшую, нежели чем в алгоритме дозирования по временным параметрам. Отрицательным являются частые включения-отключения пневмоклапана, сопровождающиеся соответствующими «шлепками» краски, и приводящие к относительно более быстрому износу оборудования. Но в этом методе не так важна стабильность давления воздуха и дозируемого вещества.

Алгоритм грубого и тонкого дозирования с использованием одного пневмоклапана

При этом алгоритме работы используется один пневмоклапан на три положения (открыт – открыт на половину – закрыт). При подаче импульса управляющего напряжения на первый пневмораспределитель клапан открывается, при подаче на второй – на половину закрывается, а при подаче на третий – полностью закрывается.

На щите дозирования задается требуемая доза – Д1, после чего нажимается педаль запуска. Щит дозирования импульсом управляющего напряжения полностью открывает дозировочный пневмоклапан. При достижении заранее заданной дозы Д2 меньшей Д1 щит дозирования подает импульс управляющего напряжения на половинное закрытие пневмоклапана. Далее происходит так называемое тонкое дозирование до значения Д1. При достижении дозы Д1 клапан также полностью закрывается управляющим импульсом. Естественно, окончательное закрытие пневмоклапана происходит при достижении веса немного меньшего Д1 – для учета долива остатка дозируемого вещества с промежутка от пневмоклапана до открытого конца трубы.

Данный алгоритм является классическим для дозирующих систем по принципу грубого и тонкого дозирования. Однако имеет свои нюансы. Помимо того, что управление пневмоклапанном осуществляется импульсами, для наименее вязких дозируемых жидкостей в контроллере предусмотрен так называемый режим «предзакрытия». После того как вес достиг значения дозы Д2 и началось «тонкое» дозирование вес дозируемого вещества достигнет еще одной заранее заданной дозы Д3 меньшей Д1. При достижении дозы Д3 на закрытие пневмоклапана подается управляющий импульс напряжения длительностью не достаточной для его полного закрытия. Т.е. пневмоклапан как бы еще частично прикрывается («предзакрытие») и происходит «сверх тонкое» дозирование до дозы Д1.

Наличие режима «предзакрытия» позволило осуществлять дозирование акриловых грунтовок, которые чуть более вязкие, чем обычная чистая вода. Т.е. один щит может дозировать как густые акриловые краски, так и жидки грунтовки.

Именно последний алгоритм и был окончательно принят для управления системой дозирования.

Щит управления дозированием водно-дисперсионных красок имеет следующие функциональные возможности:

1. Выбор стандартных дозировок одним нажатием соответствующей кнопки.
2. Возможность задания нестандартной дозировки.
3. Возможность включения режима «предзакрытия».
4. Защита от повторной дозировки в уже отдозированную емкость.
5. Защита от случайного дозирования при отсутствии емкости.
6. Контроль работоспособности дозировочного пневмоклапана.
7. Автоматический учет веса тары.
8. Возможность ручного открытия, закрытия дозировочного пневмоклапана.
9. Возможность аварийного отключения системы дозирования с принудительным закрытием дозировочного пневмоклапана.
10. Автоматическое дозирование. Т.е. при фиксировании педали дозирования система будет ждать, пока не установится емкость для дозирования с учетом успокоения массы, после чего отдозирует емкость и будет ждать, пока емкость не снимут и не поставят новую пустую, после чего процесс дозирования повторится. 

Преимущества использования щита управления

Щит управления дозированием водно-дисперсионных красок с алгоритмом грубого и тонкого дозирования имеет следующие преимущества перед другими системами:

1. Цена применяемого для дозирования пневмоклапана на три положения ниже, чем двух пневмоклапанов на два положения.
2. Компактность одного дозировочного пневмоклапана. При применении классического метода дозирования «грубо – тонко» понадобятся два пневмоклапана.
3. Полностью понятный русскоязычный интерфейс. В стандартных системах дозирования, как правило, индикаторы имеют одну строчку и та или иная настройка высвечивается системой в виде кодов.
4. Один щит возможно применить без каких либо доработок на две дозировочные системы. Достаточно удалить декоративную заглушку и установить на образовавшееся место второй весовой терминал. Для большего количества (до 30) понадобится добавить только металлоконструкции для установки весовых терминалов.
5. В любой момент без изменения конструктива щита и его оборудования систему можно перенастроить на любую дозируемую жидкость.
6. Цена щита управления дозированием водно-дисперсионных красок на порядок ниже импортных аналогов. 

Преимущества применения приборов ОВЕН

Как видно из вышесказанного, гибкость применения контроллера ПЛК100 с панелью оператора ИП320 позволило без каких-либо проблем опробовать различные алгоритмы работы системы дозирования. При этом в каждом алгоритме работы был достигнут положительный результат. Было произведено изучение влияния различных факторов на работоспособность того или иного алгоритма дозирования. Были выявлены сильные и слабые стороны алгоритмов и соответственно принят наиболее приемлемый вариант.

На данный момент тестируется возможность работы подобного щита управления дозированием водно-дисперсионных красок с использованием модуля ввода тензометрических датчиков МВ110-224.1ТД компании ОВЕН без применения весового терминала. Это позволит сэкономить только на стоимости оборудования 12 тыс.рублей.

На данный момент успешно функционируют два щита управления дозированием водно-дисперсионных красок на Смоленском лакокрасочном заводе. Ведется разработка новых систем.