高精度灌裝生產(chǎn)線的自動化控制技術(shù)

有機(jī)酸是化工、食品等行業(yè)的重要原料．因其單位價值高、品種規(guī)格繁多，且生產(chǎn)投資巨大，所以對自動灌裝生產(chǎn)線要求較高．國內(nèi)尚無此類生產(chǎn)線，從國外引進(jìn)則需要花費(fèi)幾百萬美元以上。因此，國內(nèi)開發(fā)既可以節(jié)約外匯，又可以為用戶提供及時便利的服務(wù)，同時大大提高企業(yè)生產(chǎn)的自動化水平，都有著十分重要的意義。1、系統(tǒng)工藝描述在我所承接的有機(jī)酸自動灌裝生產(chǎn)線項目中，用戶的產(chǎn)品品種有三種1#、2#、3#，每個品種的計量規(guī)格也有三種A、B、C，因此組合后將有9種生產(chǎn)規(guī)格，品種規(guī)格多樣使系統(tǒng)配置和功能較為復(fù)雜。該有機(jī)酸的特點(diǎn)是：腐蝕性極強(qiáng)、產(chǎn)品價值高、密度不穩(wěn)定、流速壓力也不穩(wěn)定。因此在設(shè)計和制造過程中．用戶除了對生產(chǎn)線的使用材料的耐腐蝕性有較高的要求外，還要求在灌裝過程中防止滴漏，并提出了較為苛刻的精度和速度要求。1灌裝物料溫度：5～35℃2物料密度：有機(jī)酸約1.2g/cm3、有機(jī)酸鹽約1.3g／cm33物料粘度：有機(jī)酸約50CP、有機(jī)酸鹽約150CP4進(jìn)料管道進(jìn)口壓力：≥0.2MPa，波動范圍：±10％5灌裝設(shè)備布置面積：1200m26系統(tǒng)主要參數(shù)要求如下，7系統(tǒng)工藝過程為以I號線為例：空桶整理－空桶進(jìn)灌裝工位－檢測定位－灌裝頭下降－灌裝閥打開－開始灌裝－質(zhì)量計量－到達(dá)90％×沒定值－補(bǔ)償值－調(diào)節(jié)閥節(jié)流變?。竭_(dá)100％×設(shè)定值－補(bǔ)償值－灌裝閥關(guān)閉－真空吸附－滿桶出灌裝工位－轉(zhuǎn)向－掛蓋－旋蓋－貼標(biāo)－碼垛－纏繞－成品輸出8Ⅱ號線工藝過程略2、控制內(nèi)容及功能要求2.1控制內(nèi)容2.2功能要求1本生產(chǎn)線包括：I號灌裝線適用30kg灌裝、Ⅱ號灌裝線適用250kg或1200kg灌裝；2I號灌裝線和Ⅱ號灌裝線既可獨(dú)立運(yùn)行、也可同時運(yùn)行。但Ⅱ號灌裝線每次只能進(jìn)行一種規(guī)格250kg或1200kg的生產(chǎn)。整條生產(chǎn)線的運(yùn)行組合方式有I、I＋Ⅱ、Ⅱ等共三種；I線有3個灌裝工位1A、1B、1C，每個灌裝工位須同時灌裝3個桶分別有3個流量計對應(yīng)；Ⅱ線有6個灌裝工位2A、2B、2C、3A、3B、3C，每次也只能選擇其中1個灌裝工位進(jìn)行工作其中2A和3A工位共用1個流量計．2B和3B工位共用1個流量計……，而2A、2B和2C250kg規(guī)格均以4個桶為1組放在托盤上，該4個桶使用l臺流量計，灌裝過程為：第1桶灌裝結(jié)束后、依次再灌裝第2桶、第3桶、第4桶；而3A、3B和3C1200KG規(guī)格各工位每次只灌裝1個桶：3當(dāng)整條生產(chǎn)線的運(yùn)行方式為I＋Ⅱ時，為節(jié)約設(shè)備投資和車間使用面積，在纏繞和成品輸出部分采取公用工位，因此在進(jìn)入公用工位時，須編制程序進(jìn)行避讓：4方便的數(shù)據(jù)設(shè)定和顯示：一次灌裝量65～99％、最終設(shè)定值100％、補(bǔ)償量防止過沖量、可任意調(diào)整、合格判定區(qū)間設(shè)定、合格品計數(shù)、不合格品計數(shù)、總產(chǎn)量桶數(shù)、總灌裝量重量、瞬時流量上下限報警設(shè)定及顯示：5為方便調(diào)試和維護(hù)，在每臺輸送機(jī)旁均配現(xiàn)場手動啟動／停止開關(guān)；6在PLC柜門上、現(xiàn)場、各人機(jī)界面上等均設(shè)立急停開關(guān)．方便操作人員在現(xiàn)場的各個區(qū)域能以最快的速度停車：7程序運(yùn)行，必須先選擇“灌裝工位”．后選擇“自動”時有效．并開始運(yùn)行，反之無效；8在車間顯著位置，設(shè)立報警燈及“啟動預(yù)備”聲光提示，“啟動預(yù)備”聲光提示是從選擇了“灌裝工位”開始至選擇“自動”結(jié)束。聲光提示為斷續(xù)音，報警聲光為連續(xù)音：9流量計包括頻率計數(shù)輸出FC和模擬量輸出FA，頻率輸出作為累計流量灌裝計量用，模擬量作為瞬時流量上下限報警用：10“灌裝按鍵”、狀態(tài)及設(shè)備故障指示設(shè)在人機(jī)界面上，灌裝過程中有文字提示，自動灌裝結(jié)束后，復(fù)位“開始灌裝”按鍵，灌裝過程中，如需中止，可按下“手動停止灌裝”按鍵：11防滴漏設(shè)計：灌裝完畢后，殘留在灌裝頭表面的粘性物料要經(jīng)過一定的時間才能流盡，如果滴到容器外，就會造成污染，本灌裝系統(tǒng)采用真空發(fā)生器回吸系統(tǒng)可確保無滴漏。3、系統(tǒng)組成和控制方案3.1控制系統(tǒng)組成，3.2控制方案說明為盡可能減少現(xiàn)場布線，使系統(tǒng)更合理，功能更完備，操作更方便，在PLC1處設(shè)立一個MB+主站，在生產(chǎn)線上輸入輸出設(shè)備較為集中的地方設(shè)立幾個MB+分站，如1圖。由于系統(tǒng)的灌裝精度要求極高，如果采用一般的流量儀表和模擬量數(shù)據(jù)采集計算。將無法達(dá)到使用要求，因此，我們在方案設(shè)計上除了選用國際上知名品牌的質(zhì)量流量計作為測量儀表外，還在數(shù)據(jù)采集和控制終端上采用了國際上最先進(jìn)的施耐德公司的QUANTUM系列產(chǎn)品作為主控制器；為快速采集12臺質(zhì)量流量計的頻率輸出脈沖．又配置了三個高速計數(shù)模塊5通道／模塊，100kHz，其采集速度快，硬件配置簡單、方便。較高的精度，還需要穩(wěn)定的流量。一方面利用高位槽進(jìn)行液位和壓力調(diào)整．使之保持在一個較為恒定的區(qū)域，另一方面利用質(zhì)量流量計的模擬量輸出4～20mA可以方便地監(jiān)控管道內(nèi)的瞬時流量，一旦超過系統(tǒng)允許的上下限將發(fā)出聲光報警信號，并進(jìn)行二次調(diào)整。為方便用戶對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)變量進(jìn)行修改．現(xiàn)場共設(shè)有三臺MAGELIS人機(jī)界面：OP1和OP2屏均可對整條生產(chǎn)線進(jìn)行操作和顯示，OP1主要用于設(shè)定和顯示30kg灌裝線的“工位選擇”、“一次灌裝量”即約灌裝到最終灌裝量的約90％的值，可任意修改、“最終灌裝量”100％、“補(bǔ)償量”防止過沖量、合格判定區(qū)間設(shè)定、合格品計數(shù)、不合格品計數(shù)、總產(chǎn)量桶數(shù)、總灌裝量重量、瞬時流量上下限報警設(shè)定及顯示：OP2主要用于設(shè)定和顯示250kg／1200kg灌裝線的相關(guān)數(shù)據(jù)、其余同OP1，OP3是專用于貼標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)設(shè)定顯示用的，可以進(jìn)行類別、批號、生產(chǎn)日期、有效期、重量等標(biāo)簽數(shù)據(jù)的修改和顯示：1中央控制室內(nèi)PC1對整個生產(chǎn)線及現(xiàn)場部分關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；2PLC1為QUANTUM—PLC產(chǎn)品，PLC2為MOMENTUM—I／O基板：3PLC1的配置為64DI、128DO、12HSC、12AI，1臺10.4"人機(jī)界面通過CPU上的。MB口相連，同時CPU還通過MB+口與MOMENTUM分站分站2，32DI；分站3，32DO；分站4，32DO；分站5，32DO及另1臺10.4"人機(jī)界面分站6進(jìn)行連接；4在PLC1上配置一個16點(diǎn)的模擬量輸入模塊，作為瞬時流量的監(jiān)控：5在PLC1上配置三個高速計數(shù)模塊，作為流量計量用，每個模塊包括5個測量通道：6PLC1-QUANTUM硬件配置和地址定義見表3：7MB+各站的硬件配置和地址定義見表4：4、應(yīng)用總結(jié)該灌裝系統(tǒng)的控制系統(tǒng)融合了計算機(jī)技術(shù)、可編程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)設(shè)定和顯示技術(shù)、總線技術(shù)、高速計數(shù)技術(shù)、傳感器技術(shù)和軟件編程技術(shù)等．方案設(shè)計先進(jìn)、軟硬件配置合理，項目進(jìn)展極為順利，各項參數(shù)均達(dá)到或超過了用戶驗收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是計量精度控制在±0.1％以內(nèi)驗收標(biāo)準(zhǔn)為±0.125％，速度達(dá)到了3桶／分鐘·30kg以內(nèi)。整個生產(chǎn)線經(jīng)過兩個月的試運(yùn)行后，在現(xiàn)場一次性通過了用戶驗收，現(xiàn)在，該系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行了近一年得到了用戶尤其是外方技術(shù)人員的充分肯定。該灌裝生產(chǎn)線的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，是高端工控產(chǎn)品在企業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域的又一次成功應(yīng)用，也為同類項目的推廣提供了有力的保證。????????