聚羧酸減水劑多配方復(fù)配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制

  聚羧酸減水劑具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境影響小，性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，目前在國(guó)家、省市各類重點(diǎn)工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。復(fù)配生產(chǎn)因?yàn)楣に嚭?jiǎn)單，需要設(shè)備和場(chǎng)地不復(fù)雜，而在全國(guó)有非常多的廠家。但因?yàn)樗枰木埕人釡p水劑成品差異性要求而使得復(fù)配的具體配方不同。為了節(jié)約成本，往往多個(gè)品種的生產(chǎn)都使用同樣的管道和同樣的攪拌釜。這樣就要求工人的操作不能出錯(cuò)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的管理提出了較高的要求。尤其，對(duì)于一次要同時(shí)出多個(gè)品種的復(fù)配生產(chǎn)更是一種考驗(yàn)。

  利用基于智能控制的自動(dòng)化方案才能夠真正地解決這些問(wèn)題。隨著自動(dòng)控制的發(fā)展，人的智能在控制系統(tǒng)中起到了越來(lái)越多的作用?！吧倒鲜健辈僮?，與系統(tǒng)本身的高智能是一體的。讓操作者從復(fù)雜的思考和繁瑣的操作步驟中解放出來(lái)，是智能控制的宗旨。

  同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)配方的復(fù)配系統(tǒng)需求分析

  某公司的一次復(fù)配生產(chǎn)，需要同時(shí)使用3個(gè)復(fù)配生產(chǎn)罐，十多種原料，生產(chǎn)1~3個(gè)品種的成品，分別存入1~3個(gè)儲(chǔ)罐。為了靈活使用設(shè)備，有一條主管道一端與連接原料分管道互相聯(lián)通，另一端有一條主管道與儲(chǔ)罐分管道相連。這樣就要求在生產(chǎn)某個(gè)品種時(shí)，不同品種的配方原料不能同時(shí)走主管道，不同品種的成品也不能同時(shí)走主管道。

  這個(gè)部分是原來(lái)工人最容易出錯(cuò)的環(huán)節(jié)。由于需要工人手工去開閥門，開錯(cuò)了，后果嚴(yán)重。同時(shí)需要工人關(guān)閥門，剛才開通的閥門料到底有沒(méi)有流完無(wú)法在閥門那里看見(jiàn)，需要工人來(lái)回巡看，不但工作繁重，時(shí)間長(zhǎng)，而且忘記關(guān)閥門，后果更嚴(yán)重，可能會(huì)出廢品。

  為此，在智能控制中，將自動(dòng)控制分管道上的閥門，使得原料從分管道上依次（不同品種添加原料）或者同時(shí)（同一品種配方要求添加的不同原料）流入主管道。原來(lái)由工人手工開關(guān)閥門的工作交由控制器來(lái)自動(dòng)完成，生產(chǎn)過(guò)程中工人不需要插手。同時(shí)，在需要人工操作的地方加了警示燈，如果不操作，那么就一直警示閃耀，便于管理人員發(fā)現(xiàn)。

  原生產(chǎn)過(guò)程是：工藝人員填寫或打印和配方工藝單——工人根據(jù)配方工藝單現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閥門，人工加料——工人填寫工作日志。

  聚羧酸減水劑的多配方復(fù)配生產(chǎn)過(guò)程，采用復(fù)配智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)后的工作步驟將變?yōu)椋汗に嚾藛T錄入配方\現(xiàn)場(chǎng)工人控制臺(tái)操作——數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)記錄。

  工藝人員通過(guò)遠(yuǎn)程事先進(jìn)行工藝及配方的錄入，所錄入的配方將保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中?，F(xiàn)場(chǎng)工人根據(jù)要求調(diào)出所需要的配方，確認(rèn)操作后“一鍵操作”就可以了。

  整個(gè)系統(tǒng)建立了企業(yè)局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上連接了生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)操作計(jì)算機(jī)和交換機(jī)。從而使得智能生產(chǎn)全過(guò)程可以被監(jiān)控和追溯。

  系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)

  應(yīng)用服務(wù)層，主要完成生產(chǎn)過(guò)程管理，產(chǎn)生報(bào)表和打印。交換機(jī)用于組成一個(gè)小型的局域網(wǎng)，生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)可以通過(guò)局域網(wǎng)連接車間級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程跟蹤監(jiān)控和管理生產(chǎn)實(shí)際狀況，并且可以查詢所有用戶操作和打印結(jié)果。

  控制邏輯層主要由車間級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和顯示器組成。車間級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中運(yùn)行SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，用于將匯總的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)。服務(wù)器中還運(yùn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制軟件。該軟件提供用戶操作界面，并且通過(guò)顯示器實(shí)時(shí)顯示，方便工作人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)還可以下傳控制指令，完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制。通訊層建立在現(xiàn)有的RS485通訊網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，通過(guò)各種接入設(shè)備與RS485通訊網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)相連，將采集信息上傳到互聯(lián)網(wǎng)上。

  設(shè)備控制層主要是由底層設(shè)備及網(wǎng)關(guān)組成的。底層設(shè)備包括各種類型的數(shù)據(jù)采集模塊和嵌入式控制器。一般一個(gè)嵌入式控制器與一個(gè)反應(yīng)釜上的自然控制單元相對(duì)應(yīng)，可以完成一條生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程控制。這樣的設(shè)計(jì)思路使得多條生產(chǎn)線可以并行工作，也使隨意擴(kuò)展生產(chǎn)線成為可能。這些底層設(shè)備之間可以通過(guò)自組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（例如Zigbee網(wǎng)絡(luò)），也可以通過(guò)有線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)（例如485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)）相互連接在一起。網(wǎng)關(guān)將底層設(shè)備采集的各種數(shù)據(jù)和信息匯聚起來(lái)通過(guò)通訊層上傳到控制邏輯層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理等，也可以將用戶發(fā)送的控制指令或信息下發(fā)到底層設(shè)備，從而完成底層設(shè)備的自動(dòng)化控制或設(shè)置等功能。

  系統(tǒng)組成部分

  整個(gè)系統(tǒng)由中央控制臺(tái)，控制器和數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成。

  中央控制臺(tái)。中央控制臺(tái)是運(yùn)行了特定控制軟件的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是控制系統(tǒng)的操作入口，提供了友好的操作界面，它擺脫了PLC組態(tài)軟件機(jī)械化的操作印象，直觀地將設(shè)備表現(xiàn)在屏幕上。用戶通過(guò)操作控制界面上的圖形化設(shè)備，控制生產(chǎn)線的運(yùn)行、查詢系統(tǒng)的運(yùn)行信息。從界面元素上看，控制界面中圖形化設(shè)備的布局與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，配合以清晰的語(yǔ)音提示，用戶可以很快適應(yīng)系統(tǒng)操作。

  中央控制臺(tái)提供了直接操作和方案式生產(chǎn)兩種工作方式。工人的直接操作是在沒(méi)生產(chǎn)過(guò)程存在不確定性因素的情況下，由人工根據(jù)生產(chǎn)條件操作界面中圖表化設(shè)備，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制；生產(chǎn)方案配置是在確定性生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)生產(chǎn)工藝，把生產(chǎn)中所有的操作有序的羅列出來(lái)，生產(chǎn)的自動(dòng)生產(chǎn)步驟，生產(chǎn)方案一次性啟動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人執(zhí)守的全自動(dòng)生產(chǎn)。

  控制器?？刂破魇强刂葡到y(tǒng)中一個(gè)重要的執(zhí)行設(shè)備，它是整個(gè)系統(tǒng)的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制器是基于微處理器構(gòu)建成的針對(duì)聚羧酸減水劑的專用控制器?？刂破髟陔娖鲄?shù)上，可以與現(xiàn)場(chǎng)的工作設(shè)備匹配?？刂破骶哂邢到y(tǒng)通訊、傳感器通訊、開關(guān)量讀入、開關(guān)量控制、模擬量控制的基本功能，具有物料定量、滴加定速、生產(chǎn)定溫的特定功能。

  1）控制器完成物料定量功能。功能系統(tǒng)中表現(xiàn)為大定量加入復(fù)配定量混合、成品定量灌裝等具體應(yīng)用，精確定量是提高產(chǎn)品品質(zhì)的基本保證。

  2）控制器完成智能邏輯實(shí)現(xiàn)。前面提到的分管道和主管道的閥門控制，從而保證物料不能混合邏輯都是通過(guò)這個(gè)控制器來(lái)控制完成的。

  數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器是運(yùn)行著數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)管理軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)服務(wù)是在基礎(chǔ)控制系統(tǒng)之上一次數(shù)據(jù)服務(wù)擴(kuò)展，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了操作日志和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理軟件完成對(duì)生操操作查詢、生產(chǎn)方案錄入、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)分析包括繪制電流曲線等重要數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的分析，為生產(chǎn)管理優(yōu)化、生產(chǎn)方案優(yōu)化、財(cái)務(wù)管理優(yōu)化，提供了有效數(shù)據(jù)支持，也是現(xiàn)代化管理在傳統(tǒng)生產(chǎn)中的具體表現(xiàn)。

  系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

  聚羧酸減水劑多配方復(fù)配自動(dòng)化控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和開發(fā)完成后，在惠州某工廠的實(shí)際生產(chǎn)線上投入使用。目前，系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，大部分功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

  在系統(tǒng)正式投入使用后，對(duì)系統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制軟件、生產(chǎn)線管理軟件和嵌入式控制器進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試。使得復(fù)配自動(dòng)化可以完成多個(gè)復(fù)配生產(chǎn)罐，十多種原料，可以同時(shí)全自動(dòng)進(jìn)行不同的配方生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率；實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝遠(yuǎn)程預(yù)先輸入一次，生產(chǎn)時(shí)可以根據(jù)需要的產(chǎn)量自動(dòng)計(jì)算原料配比并自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)。

  自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)基于智能控制，可以進(jìn)行全自動(dòng)化生產(chǎn)。在全自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程全程可以監(jiān)控，能直觀的掌握生產(chǎn)進(jìn)度；在全自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中可以隨時(shí)暫停和繼續(xù)，能方便的處理現(xiàn)場(chǎng)情況。廢水利用，自動(dòng)選擇使用回收廢水和原水，節(jié)約生產(chǎn)成本。聚羧酸減水劑自動(dòng)化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，提高了聚羧酸減水劑的產(chǎn)品質(zhì)量，提高了工藝生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

  本研究通過(guò)對(duì)聚羧酸減水劑多配方復(fù)配生產(chǎn)過(guò)程的分析，并結(jié)合某項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用需要，詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于智能控制的聚羧酸減水劑復(fù)配自動(dòng)化控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚羧酸減水劑復(fù)配生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，狀態(tài)跟蹤和監(jiān)測(cè)，以及實(shí)時(shí)反饋至生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)以進(jìn)行綜合管理。

  系統(tǒng)與聚羧酸減水劑合成自動(dòng)化生產(chǎn)線可以同時(shí)或者分別運(yùn)行，體現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化，搭積木的設(shè)計(jì)方式。該系統(tǒng)的成功開發(fā)設(shè)計(jì)為提高生產(chǎn)效率，增加智能控制成分，減低人工操作風(fēng)險(xiǎn)，在化工行業(yè)的推廣打下了基礎(chǔ)，做出了積極探索。