ระบบควบคุมด้วยลมอัดในเครื่องบรรจุสีช่วยให้การบรรจุแม่นยำสูงและใช้เวลาในการดำเนินการรวดเร็ว

เทคโนโลยีการควบคุมด้วยลมอัดในการประยุกต์ใช้เครื่องบรรจุในอุตสาหกรรม

ระบบควบคุมด้วยลมอัดเป็นหัวใจหลักของอุปกรณ์บรรจุในอุตสาหกรรมมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ และการประยุกต์ใช้ระบบดังกล่าวในเครื่องบรรจุสีแสดงให้เห็นว่าทำไมเทคโนโลยีนี้จึงยังคงมีความเกี่ยวข้องอยู่ แม้ว่าระบบเซอร์โวแบบอิเล็กทรอนิกส์จะได้รับส่วนแบ่งตลาดเพิ่มขึ้นก็ตาม เครื่องบรรจุด้วยมือที่ใช้ระบบควบคุมด้วยลมอัดทำงานโดยอาศัยหลักการที่อากาศอัดถูกควบคุมอย่างแม่นยำ เพื่อขับเคลื่อนลูกสูบหรือปั๊มไดอะแฟรมผ่านการเคลื่อนที่ (stroke) ที่ควบคุมได้อย่างละเอียด โดยปริมาตรที่บรรจุจะกำหนดจากเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบและความยาวของการเคลื่อนที่ แทนที่จะใช้ตัวจับเวลาหรือมาตรวัดอัตราการไหล แนวทางการบรรจุแบบปริมาตรนี้ให้ความแม่นยำโดยธรรมชาติ ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของความหนืด อุณหภูมิ หรือระดับของเหลวในถังบรรจุ—ปัจจัยทั้งหมดนี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบบรรจุแบบใช้ตัวจับเวลาหรือระบบที่ใช้มาตรวัดอัตราการไหล สำหรับผู้ผลิตสีที่บรรจุผลิตภัณฑ์หลากหลาย ตั้งแต่สีรองพื้นไม้ที่มีความข้นต่ำไปจนถึงสีเคลือบที่มีเนื้อหนาและมีพื้นผิวเป็นพิเศษ ความแม่นยำในการบรรจุแบบปริมาตรด้วยลมอัดที่ไม่ขึ้นกับความหนืดของผลิตภัณฑ์จึงเป็นข้อได้เปรียบด้านคุณภาพที่สำคัญ

กลไกความแม่นยำในการบรรจุสีแบบใช้ลมอัด

ความแม่นยำสูงของเครื่องบรรจุแบบใช้แรงลมและควบคุมด้วยมือสำหรับการใช้งานกับสีเกิดจากลักษณะการออกแบบเชิงกลหลายประการที่ทำงานร่วมกันอย่างสอดคล้องกัน กระบอกสูบลมซึ่งทำหน้าที่ขับลูกสูบสำหรับการบรรจุนั้นมีระบบปรับระยะการเคลื่อนที่อย่างแม่นยำ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตั้งค่าปริมาตรการบรรจุได้โดยการจำกัดระยะการเคลื่อนที่ของลูกสูบด้วยกลไก โดยทั่วไปจะใช้สกรูปรับแบบไมโครมิเตอร์ที่มีขีดสเกลแสดงค่าเป็นเศษส่วนของมิลลิลิตร เมื่อตั้งค่าแล้ว แต่ละรอบการบรรจุจะจ่ายปริมาตรที่เท่ากันภายในขอบเขตความคลาดเคลื่อน ±0.5 ถึง 1 เปอร์เซ็นต์ โดยความคลาดเคลื่อนหลักเกิดจากความสม่ำเสมอของแรงดันอากาศที่จ่ายเข้าระบบ และประสิทธิภาพในการปิดผนึกของชุดลูกสูบ หัวจ่ายสีมีวาล์วปิดแบบแน่นอน (positive shutoff valve) ซึ่งจะปิดลงทันทีเมื่อสิ้นสุดแต่ละรอบการเคลื่อนที่ของลูกสูบ เพื่อป้องกันการหยดซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของการบรรจุและทำให้ภาชนะสกปรก สำหรับผลิตภัณฑ์สีที่มีของแข็งลอยตัว เช่น สารให้สีโลหะ เครื่องระบบบรรจุสามารถติดตั้งวงจรหมุนเวียนแบบต่อเนื่องเพื่อรักษาของแข็งให้อยู่ในภาวะลอยตัวระหว่างช่วงพักการผลิต ทำให้มั่นใจได้ว่าสีและคุณสมบัติของสีจะสม่ำเสมอตั้งแต่กระป๋องแรกจนถึงกระป๋องสุดท้าย

ข้อได้เปรียบด้านความเร็วและอัตราการผลิตของระบบบรรจุแบบใช้ลม

ระบบการบรรจุแบบใช้ลมอัดมีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนด้านอัตราการผลิตสำหรับผู้ผลิตสีที่ต้องการเวลาในการผลิตแต่ละล็อตขนาดกลางให้สั้นที่สุด ซึ่งเครื่องบรรจุด้วยมือแบบใช้ลมอัดทั่วไปสำหรับสเปรย์สีจะใช้เวลาในการบรรจุแต่ละหน่วยประมาณ 2 ถึง 4 วินาที สำหรับปริมาตรตั้งแต่ 200 มล. ถึง 500 มล. ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการบรรจุสูงสุดเชิงทฤษฎีที่ 900 ถึง 1,800 หน่วยต่อชั่วโมง อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เมื่อนับรวมเวลาที่ผู้ปฏิบัติงานใช้ในการจัดการกระป๋องด้วยแล้ว จะสามารถบรรลุอัตราการผลิตที่คงที่ได้ที่ระดับ 400 ถึง 800 กระป๋องต่อชั่วโมง โดยใช้ผู้ปฏิบัติงานเพียงหนึ่งคน นอกจากนี้ ความเรียบง่ายของระบบลมอัดยังช่วยเพิ่มเวลาในการทำงานจริง (uptime) เนื่องจากไม่มีมอเตอร์เซอร์โว ตัวเข้ารหัส (encoder) หรือไดรเวอร์ไฟฟ้าที่อาจเกิดความผิดพลาดได้ ทั้งนี้ ลมอัดมักมีอยู่แล้วในโรงงานผลิตสี เพื่อใช้งานในห้องพ่นสีและเครื่องมือที่ขับเคลื่อนด้วยลมอัด จึงสามารถติดตั้งเครื่องบรรจุได้โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มโครงสร้างพื้นฐานด้านสาธารณูปโภคเพิ่มเติมแต่อย่างใด ยกเว้นการเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายลมอัดที่มีอยู่เดิม ซึ่งต้องมีแรงดันอยู่ที่ 6 ถึง 8 บาร์ และมีความสามารถในการจ่ายลมอย่างเพียงพอ

ข้อพิจารณาด้านการบำรุงรักษาและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์บรรจุแบบใช้ลม

ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานของอุปกรณ์บรรจุแบบใช้ลมอัดขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านการบำรุงรักษาหลายประการ ซึ่งแตกต่างจากระบบที่ควบคุมด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คุณภาพของอากาศอัดเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดตัวเดียวที่มีผลต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วนระบบลมอัดและความแม่นยำในการบรรจุ อากาศที่จ่ายให้กับเครื่องบรรจุควรผ่านตัวกรองเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกขนาดไม่เกิน 5 ไมครอน ทำให้แห้งจนจุดน้ำค้างต่ำกว่า 3 องศาเซลเซียส เพื่อป้องกันการกัดกร่อนภายใน และหล่อลื่นเฉพาะในกรณีที่ชิ้นส่วนระบบลมอัดชนิดเฉพาะนั้นจำเป็นต้องใช้การหล่อลื่นด้วยหมอกน้ำมัน เนื่องจากกระบอกสูบและวาล์วระบบลมอัดรุ่นใหม่บางประเภทออกแบบมาให้ทำงานได้โดยไม่ต้องใช้น้ำมัน ชิ้นส่วนที่สึกหรอมากที่สุดในเครื่องบรรจุด้วยมือแบบใช้ลมอัด ได้แก่ ซีลลูกสูบ โอ-ริงของกระบอกสูบ และซีลของวาล์วบรรจุ ซึ่งทั้งหมดนี้มีราคาไม่สูงมากนัก และออกแบบให้สามารถเปลี่ยนได้โดยเจ้าหน้าที่ฝ่ายบำรุงรักษาโดยไม่จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมพิเศษ ตารางการบำรุงรักษาเชิงป้องกันควรมีการระบายน้ำออกจากตัวจับน้ำในตัวกรองอากาศทุกวัน การตรวจสอบท่อและข้อต่อระบบลมอัดเป็นรายสัปดาห์เพื่อหาจุดรั่วซึ่งจะทำให้สูญเสียอากาศอัดและก่อให้เกิดความผันผวนของแรงดัน และการเปลี่ยนซีลลูกสูบทุก 6–12 เดือน ขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิตและความหยาบของผลิตภัณฑ์

การเปรียบเทียบการควบคุมการบรรจุแบบลมและแบบเซอร์โว-ไฟฟ้าสำหรับการใช้งานสี

แม้ระบบการบรรจุแบบเซอร์โว-ไฟฟ้าจะให้ข้อได้เปรียบด้านความสามารถในการเขียนโปรแกรมและการผสานรวมข้อมูล แต่ระบบไฮดรอลิกแบบใช้ลมยังคงมีข้อดีเฉพาะที่ควรพิจารณาสำหรับการบรรจุสี ระบบไฮดรอลิกแบบใช้ลมมีคุณสมบัติโดยธรรมชาติที่สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมอันตรายที่อาจมีไอระเหยของตัวทำละลายที่ติดไฟได้ เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนไฟฟ้าใดๆ อยู่ในบริเวณที่ใช้บรรจุซึ่งอาจก่อให้เกิดประกายไฟ คุณสมบัติความปลอดภัยโดยธรรมชาตินี้ช่วยให้การติดตั้งในโรงงานผลิตสีที่จัดการผลิตภัณฑ์ที่มีตัวทำละลายเป็นไปอย่างง่ายดายยิ่งขึ้น นอกจากนี้ ระบบไฮดรอลิกแบบใช้ลมยังให้แรงต่อหน่วยปริมาตรสูงกว่าในขนาดที่กะทัดรัด โดยกระบอกสูบแบบใช้ลมมาตรฐานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 63 มม. สามารถสร้างแรงได้ประมาณ 1900 นิวตันที่ความดัน 6 บาร์ ซึ่งเพียงพออย่างมากสำหรับการบรรจุสีที่มีความหนืดสูงผ่านหัวฉีดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ข้อแลกเปลี่ยนคือ ระบบไฮดรอลิกแบบใช้ลมไม่สามารถให้ข้อมูลโปรไฟล์การบรรจุแบบเรียลไทม์และปรับพารามิเตอร์โดยอัตโนมัติได้เหมือนระบบเซอร์โว จึงเหมาะกว่าสำหรับการใช้งานที่พารามิเตอร์การบรรจุค่อนข้างคงที่ตลอดการผลิต มากกว่ากระบวนการที่ต้องเปลี่ยนสูตรบ่อยครั้ง

การนำเข้าสู่การปฏิบัติจริงในโรงงานผลิตสี

พิจารณาผู้ผลิตสีเคลือบอุตสาหกรรมขนาดกลางที่ผลิตสีป้องกันการกัดกร่อนแบบใช้ตัวทำละลายในรูปแบบสเปรย์สำหรับภาคการเดินเรือและภาคก่อสร้าง โรงงานแห่งนี้เคยใช้วิธีบรรจุของเหลวด้วยมือโดยใช้ถังวัดปริมาตรแบบมีขีดวัดร่วมกับการรีดขอบกระป๋องด้วยมือ ซึ่งสามารถผลิตได้ประมาณ 200 กระป๋องต่อวัน และมีอัตราการคัดทิ้งใกล้เคียงร้อยละ 10 โดยส่วนใหญ่เกิดจากน้ำหนักการบรรจุไม่เป็นไปตามมาตรฐาน หลังจากนำเครื่องบรรจุแบบใช้แรงดันลมแบบควบคุมด้วยมือที่มีสถานีรีดขอบในตัวมาใช้งาน โดยติดตั้งซีลทำจากพอลิเททราฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) เพื่อความเข้ากันได้กับตัวทำละลาย และมีระบบหมุนเวียนกลับ (recirculation loop) สำหรับสูตรสีรองพื้นที่มีส่วนผสมของสังกะสีสูงซึ่งมีแนวโน้มตกตะกอน ผู้ผลิตสามารถเพิ่มอัตราการผลิตอย่างต่อเนื่องเป็น 600 กระป๋องต่อวัน โดยยังคงใช้พนักงานเพียงหนึ่งคนเหมือนเดิม ความแปรผันของน้ำหนักการบรรจุลดลงจากช่วง 380 กรัม ถึง 420 กรัม สำหรับเป้าหมายที่กำหนดไว้ที่ 400 กรัม ในระบบที่ควบคุมด้วยมือ เป็นช่วง 396 กรัม ถึง 404 กรัม ภายใต้การควบคุมด้วยแรงดันลม การปรับปรุงนี้ทำให้ปัญหาน้ำหนักการบรรจุไม่เป็นไปตามมาตรฐานซึ่งเคยเป็นสาเหตุหลักของการคืนสินค้าจากลูกค้า หมดไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งปัญหาดังกล่าวเคยคิดเป็นส่วนใหญ่ของข้อร้องเรียนด้านคุณภาพทั้งหมดที่โรงงานได้รับ

การประเมินการจัดวางเครื่องบรรจุแบบใช้ลมและผู้จัดจำหน่าย

เมื่อเลือกเครื่องบรรจุแบบใช้ลมและควบคุมด้วยมือสำหรับการผลิตสี ผู้ผลิตควรประเมินตัวเลือกการตั้งค่าต่างๆ และศักยภาพของผู้จัดจำหน่าย วัสดุของกระบอกสูบสำหรับการบรรจุควรระบุเป็นสแตนเลสเกรด 316 พร้อมผิวภายในเคลือบโครเมียมแข็งเพื่อความทนทานต่อการสึกกร่อน เมื่อบรรจุสีที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์หรือพิกเมนต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ จำนวนหัวบรรจุสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่หนึ่งหัวสำหรับการผลิตเฉพาะทางในปริมาณต่ำ ไปจนถึงสี่หัวสำหรับการผลิตที่มีอัตราการผลิตสูง โดยการตั้งค่าแบบหลายหัวมักให้กำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน ระบบควบคุมควรมีตัวนับจำนวนการบรรจุพร้อมฟังก์ชันตั้งค่าล่วงหน้าสำหรับแต่ละแบตช์ เพื่อการติดตามการผลิต ผู้ผลิต เช่น Guangzhou Aile Automation Equipment Co., Ltd. ซึ่งได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001 และ CE จัดจำหน่ายเครื่องบรรจุแบบใช้ลมในรูปแบบต่างๆ สำหรับการใช้งานกับสีแบบแอโรซอล ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพอร์ตโฟลิโออุปกรณ์บรรจุแบบแอโรซอลของบริษัท และได้ส่งออกไปยังกว่า 60 ประเทศ ผู้ซื้อที่สนใจควรขอผลการทดสอบความแม่นยำในการบรรจุที่จัดทำเป็นเอกสาร โดยใช้สูตรผลิตภัณฑ์เฉพาะของตนเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการรับรองอุปกรณ์

คำถามและคำตอบ

การบรรจุแบบปริมาตรด้วยลมอัดแตกต่างจากการบรรจุด้วยมาตรวัดการไหลสำหรับผลิตภัณฑ์สีอย่างไร

การบรรจุแบบปริมาตรด้วยลมอัดใช้ลูกสูบซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ทราบค่า ขยับผ่านระยะทางคงที่เพื่อขับของเหลวออกเป็นปริมาตรที่แม่นยำในแต่ละรอบ ส่วนการบรรจุด้วยมาตรวัดการไหลใช้เซนเซอร์วัดอัตราการไหลและรวมปริมาตรทั้งหมด จากนั้นหยุดการบรรจุเมื่อถึงปริมาตรเป้าหมาย สำหรับผลิตภัณฑ์สี การบรรจุแบบปริมาตรด้วยลมอัดมีข้อได้เปรียบสำคัญสองประการ คือ ไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความหนืดซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของมาตรวัดการไหล และสามารถจัดการกับผลิตภัณฑ์ที่มีของแข็งลอยตัวได้โดยไม่มีความเสี่ยงที่เซนเซอร์จะสกปรกหรืออุดตัน ซึ่งอาจกระทบต่อประสิทธิภาพของมาตรวัดการไหล

ต้องใช้อากาศอัดตามข้อกำหนดใดบ้างสำหรับเครื่องบรรจุสีแบบลมอัด

เครื่องบรรจุโดยทั่วไปต้องการอากาศอัดที่มีความดัน 6 ถึง 8 บาร์ และมีอัตราการไหล 200 ถึง 400 ลิตรต่อนาที ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของกระบอกสูบและความเร็วในการทำงานแต่ละรอบ คุณภาพของอากาศต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 8573-1 ระดับ 1.4.1 หรือดีกว่านั้น หมายความว่า อนุภาคต้องกรองให้มีขนาดไม่เกิน 1 ไมครอน จุดน้ำค้างภายใต้ความดันต้องไม่สูงกว่า 3 องศาเซลเซียส และปริมาณน้ำมันต้องต่ำกว่า 0.01 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แม้ว่าโรงงานหลายแห่งจะใช้อากาศที่มีคุณภาพต่ำกว่านี้ แต่การลงทุนในระบบบำบัดอากาศที่เหมาะสมจะช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนระบบนิวเมติกส์และรักษาความแม่นยำในการบรรจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องบรรจุแบบนิวเมติกสามารถใช้กับสีที่มีตัวทำละลายและสีที่ใช้น้ำเป็นส่วนประกอบได้หรือไม่

ใช่ แต่เครื่องจักรต้องตั้งค่าให้ใช้วัสดุปิดผนึกที่เหมาะสม และต้องทำความสะอาดเส้นทางการผลิตอย่างทั่วถึงเมื่อเปลี่ยนระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้ตัวทำละลายกับผลิตภัณฑ์ที่ใช้น้ำ สารเคลือบแบบใช้ตัวทำละลายต้องใช้ซีลที่ทำจาก PTFE หรือ FFKM ทั่วทั้งบริเวณที่สัมผัสกับผลิตภัณฑ์ ในขณะที่สารเคลือบแบบใช้น้ำสามารถใช้ซีลที่ทำจาก EPDM ได้ ขั้นตอนการทำความสะอาดเมื่อเปลี่ยนประเภทผลิตภัณฑ์ควรประกอบด้วยการล้างระบบด้วยตัวทำละลายที่เข้ากันได้ การถอดและตรวจสอบวาล์วจ่ายของเหลว รวมทั้งการยืนยันความสะอาดโดยการเดินระบบจ่ายของเหลวหนึ่งรอบด้วยตัวทำละลายที่สะอาดแล้วตรวจสอบส่วนปลายที่ปล่อยของเหลว