摘 要：早期的润滑油200L手工灌装方式受员工的操作熟练程度以及责任心等方面因素的制约，计量误差一直偏大，利用质量流量计，借助PLC控制技术研制了一款200L移动式灌装机，提高了油品灌装的计量准确度，把灌装合格率从73%～80%提高到了99%以上。

关键字：手工灌装 计量偏差 质量流量计

    中国石油兰州润滑油厂生产11大类185个品牌的润滑油，其中包装润滑油339个规格。润滑油厂共有14条自动灌装线， 其中200L自动灌装线有4条，但在生产旺季仍无法及时保障市场需求，旺季每天缺货近70个品种，其中200L大桶规格缺货约20个左右，只能采用人工手动灌装方式来保障市场急需。

    人工手动灌装大桶的计量仪器是500kg台秤和装油枪，灌装方法是将台秤设置在185.3～185.4kg位置（空桶皮重约15.3～15.4kg），当看到台秤秤杆抬起瞬间快速关闭装油枪，然后再对差量进行找补。这种人工灌装方式的计量误差与操作人员的熟练程度及责任心关系很大，生产效率低且计量误差比较大。2010年11月份的抽查记录显示，当月手工灌装122个大桶，其中32个桶计量误差超标（手工大桶允许误差-300g～+500g），负误差最大欠量1.8kg/桶，正误差最多装2.8kg/桶，200L手工灌装的合格率仅为73%。

    为此，兰州润滑油厂借助市场上一些成型的仪器设备，通过科研攻关研制了一款200L移动式灌装机，解决了手工灌装计量误差偏大的问题。

    1 方案的提出

    1.1 功能要求

    根据全自动灌装线相关计量标准的要求，200L全自动灌装机的计量误差应控制在±200g以内，灌装能力应达到40桶/h，还应满足轻便、紧凑、体积小、移动方便、操作简单、成本低、进油连接头能快速拆卸等要求。

    1.2 移动式灌装机市场现状

    目前市场上的200L移动式灌装机生产厂家不少，但大多数技术更新较慢，不能适应我厂灌装过程的工艺情况。如华东某厂的单头移动式灌装机，灌装能力30桶/h，价格8万元，其缺点是体积大、移动不方便、灌装能力较低，大桶称重时要在秤上搬上搬下，劳动强度较大。针对兰州润滑油厂调合装置分布比较分散，灌装机需要频繁移动到各调合装置去灌装等特点，单头移动式灌装机对兰州润滑油厂不太适合，进一步的市场调研也没能找到符合要求的200L移动式灌装机。

    1.3 方案的制定

    质量流量计具有计量准确度高，运行可靠等优点， 近几年已经在兰州润滑油厂油品计量方面得到了广泛应用。依据企业标准《油品灌装计量控制规定》中对200L自动灌装机计量准确度的要求，计量误差应控制在-200g～+300g之间。如选择示值误差为±0.1%的质量流量计， 按照200L大桶灌装170kg油量，其最大误差=170×（±0.1%）=±0.17（kg），能满足200L自动灌装机对控制计量误差的要求。

    鉴于兰州润滑油厂用在油品接收、自动配料、定量输转等方面的13台质量流量计，其稳定性、可靠性、准确性都得到大家的认可，确定了与西安某公司开展技术合作，研制移动式灌装机的技术路线。技术方案是选择质量流量计计量油品数量，通过PLC完成计量控制和出口阀启停控制，实现200L手动灌装的准确计量，其控制流程见图1。

图1 移动式灌装机控制流程示意图

    2 移动式灌装机研制

    2.1 第1次现场测试

    2011年3月底，第1台样机研制完成，使用的主要仪器为ZLJ7/B5型质量流量计、CZL批量控制仪、电磁阀等。2011年3月31日～4月3日期间对第1台样机灌装15W/40CD油品进行了首次测试，测试数据见表1。

表1 样机第1次测试数据

    表1测试数据看出，灌装油品数量偏离目标值较大。 通过对现场灌装过程的观察和计量误差数据的分析，发现存在如下问题：

    （1）当油品压力大于1.6MPa时，电磁阀无法打开灌装；油品压力较低时，电磁阀启停速度太慢。

    （2）在油品泵输送量为1.7～5t/h时，灌装速度是2～6min/桶，灌装速度太慢。另外，所选的质量流量计的量程偏小，输送流量达不到7t/h的要求。

    （3）批量控制仪软件是固化的，不能根据工况变化调整软件参数。

    （4）灌装枪上没有安装控制阀，管线内的油品注入桶内时油量无法控制。

    2.2 第2次现场测试

    结合第1次样机测试发现的问题，对灌装机进行了重新改造，电磁阀更换为1.6MPa的电动阀；质量流量计更换为P系列产品，口径扩大为DN40，提高了流量；灌装枪上增加手动阀，通过手动或触摸屏对灌装枪启停控制。2011年4月26～28日进行了第2次现场测试。此次测试，用8D液力传动油和15W/40CD油品进行了灌装测试，测试数据见表2。

表2 样机第2次测试数据

    从表2测试数据能够看出，灌装结果距离目标值仍然较大。

    通过对现场灌装过程的观察和计量数据的分析，发现存在如下问题：

    （1）新更换电动阀后，虽然能满足在多种压力下灌装，但电动阀本身的启停速度太慢，启停时间在20s以上，造成灌装量控制不准确。

    （2）批量控制仪控制灌装流程，操作界面数据太少，不利于操作者的观察。

    （3）当灌装枪卡到桶口时，易将灌装枪上的油漆刮入桶中，对油品造成污染，影响油品质量。

    （4）该样机的外壳尺寸仍太大，结构不紧凑、不美观。

    2.3 第3次现场测试

    在总结前2次经验的基础上，对样机重新进行了改造，把电动阀改为气动调节阀，用0.40MPa风压控制（除调和五单元外各装置均有仪表风）；把CZL批量控制仪改为PLC控制器，利用软件编程对灌装过程实行粗装、精装分级控制。同时，在显示系统中增加密度、温度、瞬时流量、装桶量等数据，可供操作者观察和随时修改控制参数，实现精确灌装；灌装枪采用不锈钢材质，避免了油品灌装污染；结构更加紧凑、美观、方便移动。2011年6月27日～7月1日进行了第3次现场测试。第3次测试使用L-DAB100空气压缩机油和15W/40CD油品，测试数据见表3。

表3 样机第3次测试数据

    从表3测试数据看出，灌装误差在±0.3kg，基本满足灌装控制要求，灌装合格率也较原来手工灌装大幅度提高。为使灌装设备更加完善，灌装控制准确度再有所提高，结合测试数据和现场测试情况，提出以下改进建议：

    （1）将气动调节阀的控制由“风关”改为“风开”，实现突然停风时自动关阀。

    （2）增加当班装桶自动计数功能，并且能够自动更新。

    （3）增加油桶装满声音报警提示，方便操作者及时换桶灌装。

    （4）将控制按钮牢固安装在灌装头上，控制线与灌装管线一起包裹保护，既安全又美观。

    3 移动式灌装机的定型和评价

    3.1 PLC多段控制原理

    移动式灌装定型机采用质量流量计完成油品精确计量，用PLC多段（粗装、精装）控制，保证灌装计量的准确，而且可在一定范围内进行流量调整，保证了灌装170kg桶计量误差控制在±0.2kg以内，提高了手工装桶的计量准确度，PLC多段控制原理见图2。采用气动调节阀实现大流量灌装控制，阀门启停时间在3～4s，减少了因为阀门动作重复性引起的误差，提高了灌装能力和计量准确度。采用灌装枪控制最后软管段的残留油品。使用触摸屏显示装桶时实时数据，并保存历史记录。

图2 PLC多段控制示意图

    装桶时，通过触摸屏输入装桶量，将灌装枪放入桶内，打开灌装枪，按动灌装枪上的启动键开始灌装；PLC控制阀门全开状态，流量达到最大；当到达提前量1时，PLC采集流量计的流量，通过瞬时流量调整阀门开度保证流量稳定；继续灌装，当到达提前量2时，关闭阀门，灌装完成。

    3.2 移动式灌装机的定型检测

    2011年11月15～25日，对移动式灌装机的灌装能力、计量误差、操作方便等进行测试。分别用黏度不同的SF10W/30、HM46、8号液力传动油、GL-585W/90油品进行了灌装测试，测试数据见表4。

表4 定型机测试数据

    测试流量为2.4～7.3t/h，测试温度为2.3～45.8℃，密度为847.1～896.1kg/m3，测试期间共灌装了20桶油品，灌装误差都在±0.2kg范围内。

    以HM-46油品为例，流量范围为2.5～7.3t/h，灌装温度为2.3～32.5℃，灌装单桶最大误差0.2kg，平均误差为0.061kg/桶(以上数据为抽检10桶平均所得)，灌装一桶的时间在90s之内。特别需要说明的是此次灌装流量变化范围较大，温度变化也较大，灌装机依然保持了比较好的重复性和比较高的灌装准确度。

    3.3 移动式灌装机的测试评价

    移动式灌装机的适用油品黏度覆盖了高、中、低等范围，对2011年11月份、12月份，2012年1月份3个月200L移动式灌装机计量数据抽查情况详见表5。

表5 200L手工移动灌装机计量抽查数据

    从表5可以看出，连续3个月200L移动式灌装机灌装的油品计量误差全部满足灌装计量规定，合格率为100%，满足了我厂对市场急需小批量、多品种油品灌装要求，降低了成品油损耗。

    200L移动式灌装机与原手工台秤灌装效果对比见表6。

表6 移动式灌装机与手工灌装效果对比表

    4 结束语

    依托质量流量计和PLC逻辑控制为核心组件的200L移动式灌装机的研制成功，解决了生产瓶颈，使灌装合格率从原来的80%提高到了99%以上，手工灌装大桶的灌装误差能够控制在±200g以内，不但维护了昆仑品牌的优质形象，而且减少了全年超标灌装油品造成的经济损失约11.6万元，目前几家用户已经与我厂签订了采购合同，取得了社会效益和经济效益的双丰收。