提高气控系统可靠性的几点措施

1、提高气控系统可靠性的几点措施骆艳洁 刘延俊 刘敬喜 赵中林 曲振华(1山东工业大学，山东省济南市 250002)1 前言化工行业中的许多液体原料在出厂时都是以大桶(420 kg)的形式包装的，为了客户使用方便，需要将其进行小桶(o11ok5)分装。对于一个自动分装装置来说，通常需要完成上桶、送桶、计量、灌装、启盖、压盖和检测等一系列动作，为了提高分装效率，这些动作往往需要采用并列程序等，这就对分装设备的自动化程度及可靠性提出了严格要求。如日常生活中常用的油漆，其生产的特点具有连续性和时效性，油漆一旦调和好以后就必须迅速进行定量灌装、密封，否则就会 产生挥发和结皮现象。同样，常用到的油墨、粘结剂

2、、润滑脂等也是如此。对于小规格的自动计量灌装机应具有精度高、速度快、操作方便等特点。由于这类被包装物质均含有挥发性易燃气体，故以采用全气动控制为宜。现采用气动元件和气动逻辑元件为主体设计来实现全自动控制系统，所以对其工作的可靠性提出了很高的要求。另外，大多数化工原料中的二甲苯对橡胶密封件有强烈的侵蚀作用，凡经二甲苯侵蚀了的橡胶密封件将失去弹性，使其寿命缩短，影响设备的正常使用。鉴于化工行业的技术管理人员和维修人员对气动技术普遍缺乏了解，因此采取必需措施以提高灌装机工作的可靠性，尽量减少停机率就显得尤为重要。几年来，我们与工厂的技术人员联合设计了几种就稠液体的气动全自动控制灌装机，并经常在现场参

3、与安装、调试等工作，积累了一些提高气控系统可靠性的经验，在此愿小结一下并与同行进行交流，以起到抛砖引玉的作用。2 提高气控系统可靠性的几点措施21 搞好气控线路设计由于化工原料的分装车间普遍存在挥发性易燃气体，所以控制系统通常不引入电信号，全部采用气动控制，这样就避免了使用电气转换元件，减少了火灾隐患。要提高气控系统的可靠性，首先必须设计一个较好的控制线路。我们所设计的灌装机控制回路的总体特点是整个控制线路比较简单，逻辑设计较为严密，程序预选方便和程序动作具有联锁性等。(1)手动与自动选择方便，且具有互锁性。灌装机可以顺序完成上桶、送桶、计量、灌装、启盖、压盖和检测等动作(全自动控制)，也可以

4、独立完成上述动作中的一个或几个动作(手动控制)，如计量、灌装等。此处采用了一个两位四通手拉阀来实现手动操作与自动控制的选择，其回路如图1所示。其中g。、f。和d。是使整个系统进入全自动循环的信号，S：1、Sn和S。是手动信号。当手拉阀处于下位工作状态时，自动信号g。、f。和do均与排气孔相通，即无自动控制信号输出，而此时的手动信号Sgl、Sn和Sc。等均与气源相通，只需按下任一手动阀，即可发出相应的手动信号。当手拉阀处于上位工作状态时，手动情号阀的气源口均与排气口接通，即使按下任一手动阀也不会发出手动信号，而自动信号与气源相通，他们分别与控制气缸的行程阀串接，所以此信号能使整机处于自动工作状态

5、。可见，用一个手拉阀可以简单而又方便池进行手动控制与自动控制的转换，且手动与自动具有互锁性。一般来说，在系统调试时必须先进行手动操作，以检查各部分动作是否正常，然后再选择自动控制，这样可避免发生系统全部动作起来后再出现问题的被动局面。图1 手动与自动选择回路(2)程序预选。在送桶导轨上的检测元件检测到有 桶后，就发出有桶信号j，此时双稳元件“1”端有输出，使行程阀bl获得气源，当气缸B活塞杆伸出将桶推到位后，发出b，信号，此bl信号控制气缸B缩回并分别绪3个手拉阀以气源，然后，就可以分别用3个手拉阀来预选程序。如果需要局部工作，把相应的手拉阀置于工作状态；若需要全自动控制，把手拉阀全部置于工作

6、状态即可。这样处理后，不仅给预选程序带来方便，而且对系统的操作、调试和故障排除都非常有利。图2 程序预选回路(3)在满足逻辑功能的前提下，尽量减少元件数量。衡量一个线路设计得是否合理，要看它的功能是否齐全、工作是否可靠、操作是否方便等。若使用元件较少而又能实现预先规定的动作，那末，既可节约投资，又可提高整个线路的可靠性。在设计灌装机的控制线路时，凡能够省去的元件，尽量将它去掉，例如图3a所示，d。、f。和8。分别为对应的D气缸、F气缸和G气缸都退回后发出的3个行程信号，程序要求D气缸、F气缸和G气缸都退回后才允许进入下一自动循环，即信号d。、fo和g0有互锁性。现用图3b回路来代替，显然可省去

7、2个与门元件，而他们的逻辑功能却是等效的。从线路可靠性分析，图3b优于图3a。图3 动作互锁回路(4)尽量避免使用带节流孔的元件。当气控系统引入带节流孔的元件时，对气源的净化要求就相应提高，如果能够设法避免使用带节流孔的元件，那末在同等气源条件下，控制系统的可靠性将得到提高。因此，在设计线路时，尽可能省去带节流孔的元件。如图4所示，当气缸B伸出时；发出行程信号b1，此b1信号一旦发出，就要求B缸和C缸缩回，F缸和G缸伸出，若B缸缩回过早，Co、Fl和Gl就有可能漏掉信号，但或门元件输出端有延时元件时，就不会出现漏信号现象，但考虑到延时元件带有节流孔，故采取回避的方法，而在或门输出端接一是门元件

8、，利用是门元件的隔容作用来解决漏步问题，即b1信号达到是门元件的切换压力时，换向阀Fc、FF、FG换向时就不会出现什么问题。(5)尽量使用压力释放式发信元件。在行程程序控制系统中，一般采用二位三通行程阀作为发信元件，但如果气缸速度快而又无终端缓冲时，对行程阀的撞击就非常严重。行程阀经反复撞击后，常会出现异常现象，在一些定位精度要求不高的地方，可以采用压力释放式非门逻辑元件作为终端发信器，如图5所示，即当气缸排气腔压力下降至非门元件的返回压力时，非门元件就发出相应的行程信号。这样，非门逻辑元件的使用寿命就代替了行程阀的使用寿命。图4 采用是门隔容回路图5 非门发信回路22 筛选、选配和磨合元件任

9、一可靠的控制线路，必然是由性能良好的元件组成，元件生产厂家对元件性能的测试往往左采取抽样测试的方法，即使测试过的元件，经过长期存放后，由于润滑脂的干固等，也可能使元件的性能起些变化。因此，安装连接线路时，对元件进行一次测试是完全必要的。通过测试，一方面可以对元件进行筛选，同时，还可根据测得结果在连接线路时匹配元件。例如，在图4线路中的是门元件和它所控制的换向阀F8的切换压力应选得高一些为好，而图5线路中的非门元件的返回压力则应选得低一些才对行程发信有利等。另外，与任何动力机械一样，逻辑元件有“越用越好”的说法，经过一段时间磨合后，气控系统的性能指标才能稳定下来，而气动元件虽然不像动力机械那样复

10、杂，但绝大多数气动元件都有相对运动件，如果能够经过一段时间的磨合，越过气动元件可能出现的早期 故障，对提高整个控制系统的可靠性是很有利的。气动装置“愈用愈好”就是这个道理。灌装机在出厂前都要进行累计40 h，即大约动作43000多次的运行试验，其目的就是早期发现故障，以减少使用期的停机率。23 把好气源关灌装机控制系统的工作压力通常在o4MPa左右，传感器的检测压力在o02MPa左右，气源系统一般采用如图6所示的回路，即气源净化主要依靠QSL型分水滤气器，该元件滤芯的微孔尺寸虽只有50um左右，但却没能阻挡住大气中的尘埃，在实践中发现当气动元件动作达到10万余次后，陆续出现了问题，经查找在逻辑

11、元件的控制气室内和换向阀的控制气室内均堆积了许多胶状物质。经分析它们是灌装车间里空气中存在的尘埃和挥发性二甲苯气体等随压缩机进气口吸入后与油水混合而成的。由于二甲苯对橡胶密封件有严重的浸蚀作用，因此逻辑元件的控制信号膜片和换向阀控制活塞上的密封圈等被侵蚀后完全失去了弹性，有的甚至碎裂，导致元件失灵。针对这一问题，我们首先将空压机移到离车间较远的地方去，然后特制了一个简易的一次过滤器，压缩空气引入一次过滤器后，在容器内产生旋转，分离油水，再经过滤后输出。在实践中已证明这种过滤器过滤效果良好。自从串上一次过滤器后，有些设备动作已超过几百万次，至今尚未发现因气源净化问题而造成元件失灵的现象。图6 气源供给回路24 做好技术培训和服务工作化工行业对气动技术接触较少，因此要用好这种设备，必须对这门技术有所掌握，否则，即使遇到一些并不复杂的问题，也有可能会贻误生产。针对这种情况，我们除了帮助生产厂家培训一批气动技术骨干队伍来为用户服务外，还多次对用户进行有针对性的短期培训，把气动基本知识和关键性技术传授给他们，尽量使用户能够独立解决一些技术问题。经过这些工作以后产生了效果，从此以后绝大多数用户已能较好地维护和使用自己的设备了。 3 结束语气动技术的特点决定了它在各种行业的应用将会越来越普及，因此提高气控系统可靠性的问题已成为广大