灌裝機的誤差分析與控制

伍 鈞

（廣州奧桑味精食品有限公司，廣東 廣州 510000）

灌裝機是工業生產中重要的設備之一，主要用于將物料按照設定的量灌裝到容器中。然而灌裝機往往存在一定的誤差，為了提高灌裝精度，需要對誤差進行分析并采取相應的控制措施。在實際應用中，不可避免地會有一些偏差，因此有必要采取相應的措施來控制這些偏差。

1 灌裝機誤差類型

灌裝機是一種自動化的設備，用于將液體從一個容器中自動地灌裝到另一個容器中。然而，由于各種因素的影響，灌裝機可能會出現誤差。

1.1 機械誤差

這是最常見的一種誤差類型。它是由于機械部件的不精確或損壞而引起的。例如，如果灌裝機的閥門不完全關閉或密封不良，就會導致物料泄漏或流量不穩定。

1.2 電氣誤差

這種誤差通常是由于電氣元件的故障或不正確配置引起的。例如，如果灌裝機的傳感器或控制器出現故障，就可能導致物料計量不準確或控制系統失效。

1.3 人為誤差

這是由于操作員的技能水平、注意力不集中、疲勞等因素引起的誤差。例如，如果操作員沒有正確地設置灌裝參數或沒有及時更換灌裝頭，就可能導致物料浪費或質量問題。

1.4 環境誤差

這種誤差是由于外部環境因素（如溫度、濕度、氣壓等)的變化而引起的。例如，如果灌裝機所處的環境溫度過高或過低，就可能導致物料粘度變化或結晶，從而影響灌裝精度。

2 灌裝機誤差的影響

灌裝機誤差可能會對生產效率、產品質量和成本產生不良影響，具體如下。

2.1 生產效率下降

如果灌裝機存在較大的誤差，將會導致生產效率下降。例如，如果灌裝量不準確或灌裝速度不穩定，就會增加生產周期和等待時間，降低生產效率。

2.2 對產品質量影響

灌裝機誤差可能會導致灌裝物料的計量不準確或混合不均勻，從而影響產品的質量。例如，如果灌裝液體時出現氣泡或滴漏現象，就可能導致產品質量不合格。

2.3 成本上升

灌裝機誤差可能會導致物料浪費和廢品率上升，從而增加生產成本。例如，如果灌裝頭損壞或不正確使用，就可能導致物料浪費和廢品率上升，從而增加生產成本。

2.4 維護成本增加

如果灌裝機存在較大的誤差，需要更頻繁地進行維護和修理，從而增加維護成本。例如，如果灌裝機出現故障或需要更換零部件，就需要支付更高的維修費用。

3 灌裝機誤差的控制措施

灌裝機誤差的控制措施需要從多個方面入手，包括設計、維護、培訓、質量控制和自動化控制等方面。只有在全面控制誤差的情況下，才能保證灌裝機的穩定運行和產品質量的可靠性，灌裝機誤差的控制措施包括以下幾個方面。

3.1 合理設計灌裝機

在設計灌裝機時，應考慮各種因素對灌裝精度的影響，如物料性質、灌裝頭的設計、控制系統等。同時，應采用高精度的傳感器和計量系統，以確保灌裝量的準確性。

3.2 定期維護和檢修

灌裝機需要定期進行維護和檢修，以確保其正常運轉。例如，清洗灌裝頭、更換損壞的零部件、校準傳感器等。

3.3 提高操作員技能水平

操作員應接受培訓，了解灌裝機的操作方法和注意事項，并熟練掌握灌裝參數的設置。同時，應定期進行技能培訓和考核。

3.4 加強質量控制

在生產過程中，應加強質量控制，對產品進行檢測和測試，及時發現和處理質量問題。同時，應建立完善的質量管理體系，確保產品的穩定性和一致性。

3.5 采用自動化控制系統

自動化控制系統可以提高灌裝機的精度和穩定性，減少誤差的發生。例如，采用PLC控制系統、PID調節器等。

3.5.1 PLC灌裝機的誤差控制

使用高性能的PLC及伺服系統帶動鋼板控制灌裝缸內的活塞以達到控制下料的精度，這種方式特別適合粘稠液體的灌裝。

3.5.2 PLC 灌裝機加熱時間的控制

如果在 PLC 灌裝機中采用一般的定時器不僅不會達到應有的效果，甚至還會造成嚴重的后果。在灌裝機中，影響灌裝機精度的主要原因有：灌裝時間的控制和灌裝溫度的控制。采用可編程控制器對充填裝置進行加溫控制。充填裝置的加熱時間通常控制在毫秒以內。

不過一般的計時器顯然不可能做到這一點。所以，若將普通的定時裝置應用于 PLC灌裝機上，不但得不到預期的結果，而且可能帶來嚴重的后果。因此，在 PLC編程的時候，通常都是使用1毫秒計時器來降低由于掃描造成的錯誤。但是，由于充填裝置的掃描周期通常是5 ms，因此，為了降低系統的測量精度，對灌裝機周圍環境進行控制，如保持溫度穩定、減少視覺干擾等，以降低其對灌裝精度的影響。

3.5.3 PLC灌裝機溫度精度的控制

通過對實際生產情況的分析，確定了自動充填裝置的工作溫度應控制在-0.5～0.5 ℃范圍內。在理想的情況下，如密封、加熱以及降溫幅度都相對較為理想的情況下，不論是具體的工作環境，還是氣溫、季節的影響，都對對理想的工作環境造成一定的影響。

在理想條件下，灌裝機可將溫度控制在-0.5～0.5 ℃之間。不過在現實當中，這種事情也不會總是發生。

無論在特定的工作條件下，還是在溫度，季節等因素的影響下，都會影響到理想的工作環境。因此，在 PLC灌裝機的溫度控制中，需要針對不同的工作環境，提前設置 PID的參數，從而實現階梯溫度控制。

除此之外，在具體的控制過程中，還需要保證溫度控制的平穩性，盡可能地降低溫度上升過快的現象，以減少 PLC灌裝機在運行時的誤差。

所以，在 PLC 灌裝機溫度控制的過程中，必須要根據不同的工作環境，對 PID 的參數進行預先的設定，進而實現階梯式的溫度控制。此外在具體控制的過程中，還必須要注意溫度控制的平穩程度，盡量要減少溫度提升過快的情況，從而較少PLC 灌裝機在操作過程中產生的誤差。

3.6 自動充液器的誤差控制

3.6.1 質量流量計

質量流量計存在的問題及解決方法。溫度的變化可能會對質量流量計的測量產生一定的影響，但可以通過設置熱電阻測溫，并利用電子電路來進行補償，從而減小其影響。另外，在實際應用中，由于安裝應力的作用，也會引起測量誤差。因此，在具體安裝時，要嚴格遵守規范，將外部應力對質量流量計的影響降到最低。

3.6.2 體積式流量計

體積流量測量中的誤差及其控制方法。沖擊次數的效應。容積式流量計大多采用振蕩原理，因此，在實際應用中，也很容易受外部振蕩的影響。所以，當體積流量計在工作的時候，必須要強化它的抗干擾能力，可以采取一些必要的抗干擾措施，例如：設置干擾層、防止手機等電子產品接近等，來降低它的誤差。見以下節流裝置測量原理圖1。

圖1 節流裝置測量原理圖

溫度和壓強效應。可以說，溫度對容積式流量計的測量精度有很大的影響。當溫度改變時，容積式流量計計量室的體積也會隨之改變，這就會引起額外的誤差。另外，在不同的溫度條件下，容積式流量傳感器的轉子-殼體間的間隙也會不同，進而影響漏失量。另外，由于壓力的改變，也會引起容積式流量計的誤差。容積式流量計承受的壓力越大，其容積也就越大，從而使泄漏量也就越大。因此，在實際操作時，必須對影響容積流量計的溫度、壓力進行控制，盡可能不受到外部溫度、壓力變化的影響，從而達到減小誤差的效果。

標準容積值的影響：容積流量計標準值的改變，主要與其管段結蠟、容積管長期置于戶外照明等因素有關。所以，在使用容積流量計的時候，可以先使用熱水或風掃線進行排污。清洗時，要及時用清水替換，直到不再有油漬。所以，從上述分析可以看出，自動充填裝置的誤差很大程度上是由它的流量計造成的，所以要想降低充填裝置的誤差，就必須降低流量計所造成的誤差。

3.7 氣動旋轉灌裝機誤差控制

這是將灌裝機與自動化原理有機地結合起來，開發了一種氣壓旋轉自動充填裝置。它既繼承了直線式充填裝置的許多優勢，又很好地解決了直線式充填裝置在使用時不穩定和生產效率低下的問題。氣動旋轉自動充填裝置是一種新型的自動充填裝置。其中，機械傳動的部分主要負責出瓶，電氣控制的部分負責定量的儲存、故障報警和速度的調節，氣動控制的部分負責閥門的開啟和關閉、氣源的分配等工作。存在的誤差情況如下。

3.7.1 解決充填頭的位置

要解決氣動旋轉灌裝機充填頭的位置問題，可以采取以下步驟：

確定充填頭的位置：根據灌裝瓶的大小和形狀，確定充填頭的位置。一般來說，充填頭應該對準瓶口，以確保物料能夠準確、均勻地灌裝到瓶內。

調整充填頭的高度：根據需要灌裝的物料性質和瓶子的高度，調整充填頭的高度。一般來說，充填頭的高度應該與瓶子的高度相適應，以確保物料能夠順暢地灌裝到瓶內。

校準充填頭的位置：通過調整灌裝機上的螺絲和固定裝置，確保充填頭的位置準確無誤。可以使用水平儀等工具進行校準，以確保充填頭與瓶口對齊。

測試充填效果：在調整好充填頭的位置后，進行測試灌裝，觀察物料是否能夠準確、均勻地灌裝到瓶內。如果存在誤差，可以進一步調整充填頭的位置和高度，以達到最佳的灌裝效果。需要注意的是，不同的灌裝機型號和品牌可能存在不同的調整方法，具體操作需要參考相關說明書或咨詢廠家。

3.7.2 從灌裝數量到灌裝閥門開閉時間的轉換方法

從灌裝數量到灌裝閥門開閉時間的轉換方法，通常是通過測量灌裝閥門的開閉時間來實現的。具體步驟如下：

設定灌裝數量：首先，根據生產要求設定需要灌裝的數量。

開啟灌裝閥門：在設定好灌裝數量后，開啟灌裝閥門，開始灌裝。

計時開始：從灌裝閥門開啟的瞬間開始計時。

計時結束：當灌裝完成設定的數量后，停止計時。

計算時間差：記錄從開始計時到停止計時的時間差，這個時間差就是灌裝閥門的開閉時間。

需要注意的是，這種方法只適用于定量灌裝的情況，即每次灌裝的數量是固定的。對于非定量灌裝的情況，需要采用其他方法來測量灌裝閥門的開閉時間。此外，為了確保測量的準確性，需要在恒定的壓力和速度下進行灌裝，以避免其他因素對測量結果的影響。

4 結語

灌裝機誤差對生產效率、產品質量和成本都有不良影響。為了減少灌裝機的誤差，需要對誤差類型進行有效的控制和監測，可以定期檢查和維護機械部件，確保其正常運轉；使用高質量的電氣元件和傳感器，并對其進行正確的校準和調試；提高操作員的技能水平和培訓意識；以及對環境因素進行實時監測和控制等，在設計和選擇灌裝機時應盡可能減少誤差，并定期進行維護和檢修以確保其正常運轉。