CN101262953B - 油漆循环系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种油漆循环系统，适于给产品加工工具中的喷涂机提供油漆。该系统包括用于在系统中泵送油漆的泵(22)和基本消除BPR(25)上游系统中的油漆的压力波动的背压调节器BPR(25)。设置控制装置(26)用于控制泵(22)和BPR(25)以流动模式和压力模式中的一种模式运行，其中在流动模式下保持在系统中的油漆的所需流速，在压力模式下保持泵(22)和BPR(25)之间的油漆的压力。油漆循环方法包括泵和BPR在流动模式和压力模式之间的转换操作。

Description

油漆循环系统和方法
技术领域
本发明涉及适合自动喷涂整理工序使用的类型的油漆循环系统和方法。
背景技术
汽车制造业中使用的类型的传统喷漆系统例如通常由几个单独的油漆管组成，每个管向喷漆室提供不同颜色油漆以分配给多个用户点(即喷涂机)。通常，任何时候只喷涂或正在使用一种颜色，因此经常只有一根管随时使用，同时剩余管备用。
当由于油漆没在喷而系统没在使用时，通过从围绕一圈的油漆桶泵送油漆并将油漆泵送回到该桶时，通常在油漆管中保持喷涂压力和油漆速度。这样做有两个原因：首先，因为液体油漆必须保持流动，否则颜料沉积可开始在油漆管中沉淀；第二，因为喷涂开始前管道必须预先准备好需要的压力。然而，将管道保持有压力浪费能量。
为了确保油漆以所需压力来喷涂，背压调节器(BPR)用于与油漆泵结合以在喷漆室调节和保持所需的流体压力和流动。在一般系统中，BPR被手动调节，并且使用卷簧作用在膜上以改变流道的宽度。这有助于通过控制回到油漆桶的流体流速以保持BPR上游的油漆压力。而且，在许多系统中(例如那些使用某些类型涡轮泵或凸轮泵的系统)，泵以固定压力和流速开始运转，BPR用于保持所需要的系统压力。在该类型的系统中，BPR通过调节流速控制系统压力以补偿喷漆室所用的流体的数量的变化。因此，每个管通常在喷涂所需的条件下工作，无论油漆被使用还是仅仅被循环。这样效率极低并且导致大量浪费能源。例如，每天系统运转24小时也许每天仅需要喷涂每种颜色例如1小时。每一个泵将每天24小时以满足系统需要所需的压力和流速运转，即使油漆每天不需要以全部系统压力和流速运转23小时。
此外，与更爱惜地使用的泵相比，需要较长时间提供更高流速和压力的泵将在更短的时间里遭受更高速度的磨损和所需的维护。
本发明的一个目的是提供一种油漆循环系统，其能减轻上述问题。
发明内容
根据本发明的油漆循环系统包括在系统中泵送油漆的泵，和基本消除BPR上游油漆的压力波动的背压调节器(BPR)。控制装置以流动模式和压力模式中的一种模式控制泵和BPR来运转，其中在流动模式中保持在系统中的所需流速，在压力模式中保持泵和BPR之间的油漆压力。
本发明的实施方式中，在流动模式下，BPR被设置为失去作用，以允许油漆响应于压力波动不改变流速流动。BPR优选为自动型，因而设置启动装置例如压缩空气或液压用液体以使BPR致动和/或使BPR不起作用。BPR可包括在一侧上通过弹簧或通过流体压力、在另一侧上通过油漆压力被触动的膜。在流动模式下，设置控制装置来控制泵，使得以固定流速泵送油漆。固定流速优选为低流速，以油漆所需的最小流速或刚刚超过油漆所需的最小流速。
一个优点是当在喷漆室不需要加压油漆时该系统能够使BPR和泵置于流动模式。在该流动模式中，在管道中不需要保持高的油漆压力，并且泵能够以平稳的、低的流速被运行以减少能量消耗和磨损。
在本发明的实施方式中，当处于压力模式时，BPR被设置为有效，以响应油漆压力的变化来保持BPR上游的压力基本恒定。在该压力模式下，泵优选设置为以预定压力输送油漆。泵可以是响应控制信号以保持预定压力的各种速度、或各种能力的泵。可以在泵的出口或系统中其它合适的位置设置压力传感器以提供做为控制信号基础的压力信号。控制装置可以被设置为接收压力信号并给泵提供控制信号以保持预定压力。
一个优点是，当喷漆室需要油漆时，通过致动(即打开)BPR和操作泵使系统置于压力模式来以高压输送油漆，从而确保油漆以所需的流速和压力被输送至喷漆室。
在本发明的实施方式中，控制器可以是可操作的以响应指令信号在流动模式和压力模式之间转换。该指令信号可以从计划表或“作业队列”数据处理装置提供。
在本发明的一个实施方式中，控制器包括可编程控制器或计算机装置中安装的控制卡片。控制卡片优选设置有多个输入端和输出端以接收来自系统的信号，并向BPR和泵提供控制信号。控制卡片可设置有至图形系统的数据传输器以用于设置和监控目的。
控制卡片可以包括多个磁道用于以控制多个油漆循环系统，每一个将油漆提供给喷漆室。多个油漆循环系统中的每一个可以给喷漆室提供不同颜色的油漆。
一个优点是系统能够以允许“作业队列”数据控制循环系统操作参数的方式运行。“作业队列”数据被限定为通过当部件已经被装载在输送机系统时监控部件穿过汽车OEM、Tier1或工业装置的位置的软件控制的数据。作业队列数据可以用于给颜色阀提供指令信号来打开和切断给喷漆室里的喷涂机的油漆供应。同样，具有本发明的系统，作业队列数据能够立刻被用于提供根据喷涂机的需要自动地给循环系统加压或减压的指令信号。该能力大大节省了油漆消耗(剥夺)能耗和一般泵部件的磨损。
附图说明
在附图中示出了本发明的具体实施方式，其中：
图1为使用已知油漆循环系统的示意图；
图2为根据本发明的油漆循环系统的示意图；和
图3为图2的油漆循环系统中使用的控制器的示意图。
具体实施方式
参考图1，油漆循环系统10包括油漆桶11，油漆桶11包含液体油漆的贮存装置。泵12可操作以从油漆桶11任选通过油漆过滤器13给喷漆室14供应油漆。喷漆室14典型地包括一个或多个喷涂机16。例如其可以是由机械手操作的喷嘴。
在该设置中，BPR15用于将系统中的上游压力控制在需要的水平，典型地当油漆正在使用时为5至10巴。BPR15典型地包括膜，在膜的一侧上通过卷簧触动。进入BPR15的油漆的压力逆着弹簧力推动膜以打开油漆通道。油漆压力的任何下降导致膜在弹力下移动，倾向于关闭通道。这作为油漆流动的阻力，意味着穿过BPR15发生更大的压力下降，使得上游压力被保持。预设作用在膜上的弹力，使得BPR15起作用以保持设定的上游压力。
图1已知的循环系统是根据设定为从油漆消耗部(即喷涂机16)提供最大的流动需求量的泵的流速，假定所有的消耗部都同时使用。当由于油漆使用油漆管压力下降时，BPR15关闭以减少返回油漆桶11的流体的流动，因此保持了所需的管道压力。
参考图2，示出了根据本发明的系统20，其中与图1中示出的部件相同的部件具有相同的参考标记。在该实施例中电动变带泵22，下文称作智能泵，从油漆桶11向喷漆室14泵送油漆。尽管本文描述的智能泵是电动泵，但是本领域技术人员将意识到，可以使用不同的泵，例如风动泵或液压传动泵。智能泵22包括压力传感器24。喷漆室14中没有使用的油漆通过自动控制的BPR25(下文称作智能BPR)被循环回到油漆桶11。智能BPR为能够通过合适控制机构例如压缩空气或液压用液体被致动和使不起作用的类型。这种调节器的一个实施例在申请人同时提交的题目为“背压调节器”的英国专利申请中描述，该申请的内容在此被引入作为参考。智能泵22和智能BPR25受控制器26控制。来自压力传感器24的信号作为输入被提供给控制器16。控制器26可以是PLC或其它合适的可编程装置。在一个示例性实施方式中，控制器包括智能卡片，将在下文更详细描述。
设置控制器26来控制智能泵22和智能BPR25，使得它们将在流动模式或压力模式下运行。模式可以由作业队列数据确定。
当喷涂机16需要油漆时(按照任务队列数据)，系统20将在压力模式下运行。控制器26将发出指令信号，该信号将使智能BPR被致动使得其运行以根据预设压力保持上游的压力。用户通过也可在最初起动期间例如通过微型计算机或PC机输入将所需的系统压力预设在控制器26的存储器中。控制器26被编程以通过合适的控制系统控制泵速使得压力将被保持。压力传感器24将油漆管中的实际压力传送给控制器26，其通过使用控制系统输出控制智能泵22的速度的信号来作出反应。例如，如果由于喷涂机16的使用，管道中的油漆压力下降低于设定的压力，那么为了保持压力泵将加速。注意：为了保持设定的压力，智能BPR25将首先动态地减少返回油漆桶11的流体的数量。BPR25不再能够保持系统压力时，智能泵22只能加速。
当材料不需要时(根据任务队列数据)，系统20将以流动模式运行。用户将根据材料供应者建议输入满足所需要的最小油漆速度所需要的最小流速，并且控制器将控制智能泵22以需要提供该最小流速的速度运行。另外，控制器26将发出指令以使智能BPR25不起作用。智能BPR25将不再运行以保持上游的压力，使得仅有系统背压归因于管道工程摩擦阻力。能耗将保持为最小。
参考图3，示出了控制图2的系统20的智能泵22和智能BPR25的示例性控制器26的更多细节。控制器26包括智能卡片30。智能卡片30典型地包括容纳在塑料承载器中并可安装于为安装目的的DIN轨道或现有控制面板的一个或多个印刷电路板(PCB)。智能卡片30包含电路，该电路包括可编程存储器和处理器。可选择地，智能卡片可以包括与外部处理器例如PLC或计算机连通的界面。智能卡片30可以包括多个(例如8个)磁道，卡片上的每个磁道被用于控制多个油漆管道中的一个，每个管道可以提供流入喷漆室的不同的颜色。智能卡片30上的每个磁道包括多个输入端/输出端。其包括：
○数字输入41，用于接收系统模式信号
○输入42，接收来自压力传感器24的信号(例如4-20mA)
○输出43，提供信号(例如4-20mA)，该信号相当于给AC变频器32的频率以控制智能泵42的速度
○输出44(例如，能够以50mA驱动24v)，用于控制连接/断开供给智能BPR25的压缩空气的阀的转换
另外，智能卡片30设置有串行通信链路45。用作到计算机38(例如PC机或微型电脑)的数据传输器，该计算机包括设置智能卡片中使用的和用于系统参数的监控、数据资料记录和显示的图形系统。计算机38也可以通过一个或多个输入47接收与系统的其它运行参数例如穿过油漆过滤器13的压力差或者油漆桶11上的液面指示器相关的数据。智能卡片30也可以设置有到另一个类似的智能卡片的另一个数据传输器46，使得多个智能卡片可以串联在单个控制系统中。
使用中，在最初起动时通过来自微型电脑或PC机38的通信链路45将设定值输入智能卡片30。来自监控通过设备被传送的部件的位置的软件的任务队列数据报告哪个油漆系统(即哪种颜色)需要准备生产，该数据将由智能卡片30接收来由此控制智能泵22和智能BPR25。任务队列数据通过监控PC机38的CCRLAN或通过数字输入41被传送给智能卡片30。
智能卡片30上的存储器包括可编程的控制算法，当系统在压力模式下运行时，该算法形成智能泵22响应于来自压力传感器24感知的压力运行的控制系统。
运行顺序：
材料没在使用(作业队列数据显示为此刻不需要油漆)
●智能泵22在流动模式下运行。预设的频率设置等于需要保持特定的最小油漆速度所需要的低流速。
●智能BPR25完全没有被加载(不致动)。
●系统以被推荐的最低流速运行，只有需要克服油漆管道压力损失所需要的压力。因此油漆应力、能耗和泵磨损最小。
材料即刻被需要(喷涂机需要颜料之间)。
信息自动由作业队列数据提供。
●智能BPR25被致动以提供预设的系统压力。
●智能泵22转换为压力模式。预设压力设置，并且根据压力传感器24感知的压力控制器26根据控制系统运行智能泵22。
●如果由于喷涂机16处需要系统压力下降，BPR25将动态关闭以保持压力。如果BPR25不再能够保持系统压力，智能泵22将自动加速，因此将压力保持为设定值。
●系统将在该模式下继续运行，直到任务队列数据显示不再需要油漆材料。
材料不再需要(喷漆室不再需要颜料之后)
●智能泵22转换为流动模式。预设的频率设置等于需要在管道中保持最小油漆速度所需要的流速。
●智能BPR25完全没有被加载(不致动)。
将要考虑，在压力模式下，喷漆室的油漆压力控制由智能泵22和智能BPR25的联合运行形成。表1显示由智能泵22提供并通过智能BPR25的油漆流速怎样可以改变为油漆通过喷涂机16被取出的不同数量。在该实施例中有五个喷涂机，标为A1、A2、A3、A4和A5。显示了油漆使用的四个不同速度。
在条件1中，系统已经转换为压力模式，但是这里没有任何油漆通过喷涂机被取出。智能泵提供9升/分钟(L/min)的流速以在喷涂机处确保所需的油漆压力，并且该流动全部通过智能BPR在系统中循环。
在条件2中，两个喷涂机以2升/分钟速度喷涂，同时一个以升/分钟速度喷涂，并且另外两个不喷涂。被取出的总量为5升/分钟。在该情况中，代替通过BPR的流动降至4升/分钟和智能泵继续提供9升/分钟流动，循环通过智能BPR的油漆的数量仅下降到6升/分钟，同时智能泵已经加速以提供11升/分钟的流动。
在条件3中，所有喷涂机以2升/分钟速度被取出(总计为10升/分钟)，同时智能泵已经加速以释放13升/分钟，并且通过BPR循环回的数量下降至3升/分钟。这意味着：即使被取出的油漆的数量大于原先被提供的数量，智能BPR仍在控制上游压力。当喷涂的数量随后增中时，喷漆室的油漆压力从而将继续由智能BPR保持。
在条件4中，每个喷涂机都以其最大能力3升/分钟速度喷涂(总计为15升/分钟)。在该事例中，当被取出系统的油漆的数量不再增加时，则不需要提供通过智能BPR的任何流动。智能BPR因此关闭回到油漆桶的管道，并且所有流动由智能泵提供(15升/分钟)。
条件   A1L/min   A2L/min   A3L/min   A4L/min   A5L/min   泵流动L/min   BPR流动L/min
  1   0   0   0   0   0   9   9
  2   0   2   2   1   0   11   6
  3   2   2   2   2   2   13   3
  4   3   3   3   3   3   15   0

Claims (34)

1.一种适于给产品加工工具中的喷涂机提供油漆的油漆循环系统，该系统包括：
泵，用于在系统中泵送油漆；
背压调节器，其在致动状态下可运行以基本消除背压调节器上游油漆的压力波动，并且在不致动状态下可运行以便允许油漆不响应压力波动而流动，其中，所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在致动状态时喷涂油漆，并且其中，所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在不致动状态时不喷涂油漆；
控制器，用于控制泵和背压调节器以流动模式和压力模式中的一种模式运行，在流动模式下使背压调节器不致动且保持在系统中的油漆的所需流速，在压力模式下使背压调节器致动且保持泵和背压调节器之间的油漆的压力。
2.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，包括致动器以致动和/或不致动背压调节器。
3.如权利要求2所述的油漆循环系统，其中，致动器包括压缩空气。
4.如权利要求2所述的油漆循环系统，其中，致动器包括液压用流体。
5.如权利要求2所述的油漆循环系统，其中，背压调节器包括膜，一侧上的弹簧和另一侧上的油漆压力作用于该膜。
6.如权利要求2所述的油漆循环系统，其中，背压调节器包括膜，一侧上的流体压力和另一侧上的油漆压力作用于该膜。
7.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，在流动模式下，设置控制器来控制泵以便以固定流速泵送油漆。
8.如权利要求7所述的油漆循环系统，其中，所述固定流速为低流速，该低流速为油漆所需的最小流速或刚刚超过油漆所需的最小流速。
9.如权利要求8所述的油漆循环系统，其中控制器构造成控制泵以通过保持与固定流速对应的大致恒定频率来以固定流速泵送油漆。
10.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，当在压力模式下时，将背压调节器设置为被致动，以便响应油漆压力的变化来保持背压调节器上游基本恒定的压力。
11.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，在压力模式下，泵被设置为以预定压力输送油漆。
12.如权利要求11所述的油漆循环系统，其中，泵为响应控制信号来保持所述预定压力的变速泵。
13.如权利要求11所述的油漆循环系统，其中，泵为响应控制信号来保持所述预定压力的变容量泵。
14.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，包括压力传感器以为控制信号提供作为根据的压力信号。
15.如权利要求14所述的油漆循环系统，其中，控制器被设置为接收压力信号，并且给泵提供控制信号以在压力模式下保持所述压力。
16.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，控制器为可操作的，以响应指令信号而在流动模式和压力模式之间转换系统。
17.如权利要求16所述的油漆循环系统，其中，所述指令信号由工厂调度装置提供。
18.如权利要求16所述的油漆循环系统，其中，所述指令信号由“任务队列”数据处理装置提供。
19.如权利要求1所述的油漆循环系统，其中，所述控制器包括设置成安装在可编程计算装置中的控制卡片。
20.如权利要求19所述的油漆循环系统，其中，所述控制卡片设置有多个输入端和输出端，用于接收来自系统中传感器的信号，并且用于将控制信号提供给背压调节器和泵。
21.如权利要求19所述的油漆循环系统，其中，为设置和监控的目的，所述控制卡片设置有链接到图形系统的数据传输器。
22.如权利要求19所述的油漆循环系统，其中，所述控制卡片包括多个磁道，用于控制多个油漆循环系统，每一个循环系统给喷漆室提供油漆。
23.如权利要求22所述的油漆循环系统，其中，多个油漆循环系统中的每一个给喷漆室提供不同颜色的油漆。
24.一种与油漆喷漆室联合使用的油漆循环系统，该系统包括：
变速泵，用于在系统中泵送油漆；
一个或多个喷涂机；
背压调节器，在致动状态下可运行，以响应流入背压调节器的油漆的压力波动来改变油漆的流速，以保持上游油漆压力，并且在不致动状态下，油漆自由流过调节器；和
控制器，用于控制系统以流动模式和压力模式中的一种模式运行，
其中：
在流动模式下，控制器设置为将背压调节器置于不致动状态，并且设置为以固定速度运行泵，以便提供系统中的油漆在最小压力时的所需流速，和
在压力模式下，控制器设置为将背压调节器置于致动状态，并且设置为控制泵速，以便保持喷漆室的油漆的压力，
控制器还可被操作为响应指令信号在流动模式和压力模式之间转换系统；其中所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在致动状态时喷涂油漆，并且其中，所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在不致动状态时不喷涂油漆。
25.如权利要求24所述的油漆循环系统，包括致动器以致动和/或不致动背压调节器。
26.如权利要求24所述的油漆循环系统，包括压力传感器以为控制信号提供作为根据的压力信号。
27.如权利要求24所述的油漆循环系统，其中，所述控制器包括设置成安装在可编程计算装置中的控制卡片，所述控制卡片包括多个磁道，用于控制多个油漆循环系统，每一个循环系统给喷漆室提供油漆。
28.如权利要求24所述的油漆循环系统，其中，所述指令信号由工厂调度装置提供。
29.一种运行油漆循环系统以给产品加工工具中的喷涂机提供油漆的方法，该方法包括：
运行变速泵以在系统中泵送油漆；
使背压调节器致动以基本消除背压调节器上游油漆的压力波动；以及
使背压调节器不致动以便允许油漆以最小压力在系统中流动；
其中，设置所述喷涂机使其在所述背压调节器致动时喷涂油漆，并且其中，设置所述喷涂机使其在所述背压调节器不致动时不喷涂油漆。
30.如权利要求29所述的方法，包括响应所需信号来致动和/或不致动背压调节器。
31.如权利要求29所述的方法，包括在使背压调节器不致动时以定速运行变速泵以便在系统中以最小压力提供所需的油漆流速。
32.如权利要求29所述的方法，包括在使背压调节器致动时以变速运行变速泵以便在喷涂机中保持油漆的压力。
33.一种油漆循环系统，包括：
油漆源；
油漆分配系统，包括一个或多个喷涂机；
泵，用于在系统中泵送油漆；
背压调节器，其在油漆流动方向上位于油漆分配系统的下游，其中，流入所述油漆分配系统而没有被所述一个或多个喷涂机喷涂的油漆流过所述背压调节器并返回到所述油漆源；和
控制器，用于控制泵和背压调节器以流动模式和压力模式中的一种模式运行，其中
在压力模式下，使背压调节器致动，且泵和背压调节器一起操作以保持油漆分配系统的压力，
在流动模式下，使背压调节器不致动，且泵操作以保持系统中油漆的流速；
其中所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在致动状态时喷涂油漆，并且其中，所述喷涂机设置为在所述背压调节器运行在不致动状态时不喷涂油漆。
34.如权利要求33所述的系统，其中，在流动模式下，泵在与系统中油漆的所需流速对应的大致一定的频率下操作。
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