劉奇?zhèn)?龍趙祥

(柳州兩面針股份有限公司，廣西 柳州 545006)

引言

生產(chǎn)過程自動化主要是設(shè)備的自動化。在上世紀(jì)80年代初，我國牙膏企業(yè)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)均采用繼電器邏輯控制、人工磅稱計量方式進(jìn)行牙膏生產(chǎn)。采用這種技術(shù)設(shè)計制造的制膏、灌裝、包裝等生產(chǎn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單，成本低廉，但存在系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、安全性及可維護(hù)性較差等問題。

80年代中后期，出現(xiàn)了可編程序控制器PLC為主控單元，以數(shù)字化電子稱、數(shù)字化流量計為計量單元的控制模式的制膏設(shè)備系統(tǒng)在國內(nèi)外的廣泛運(yùn)用，采用這種技術(shù)的制膏設(shè)備系統(tǒng)具有可靠性高、準(zhǔn)確計量、自動化程度高，從而保證了膏體的質(zhì)量。

在90年代，隨著數(shù)據(jù)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)中的運(yùn)用，基于可編程序控制器PLC為主控單元，以數(shù)字化電子稱、數(shù)字化流量計為計量單元的控制模式的制膏設(shè)備系統(tǒng)引入工控PC作為系統(tǒng)總控，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、工藝和配方編輯下載，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)上傳，生產(chǎn)過程實時監(jiān)控，打印生產(chǎn)報告等，制膏系統(tǒng)自動化程度和可靠性越來越高。這個時期，我國牙膏行業(yè)的制膏系統(tǒng)廣泛采用這種技術(shù)進(jìn)行自動化改造；而牙膏灌包裝設(shè)備也采用了可編程序控制器PLC控制技術(shù)、光電技術(shù)，使整個牙膏行業(yè)的自動化程度得到質(zhì)的飛躍。

進(jìn)入本世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展引發(fā)了信息化時代的到來，牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)引入了信息管理概念，系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、信息化、全自動化發(fā)展?；赑LC控制的伺伏控制技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)向高速、高效率方向發(fā)展。

本文以我公司的生產(chǎn)系統(tǒng)情況為例，采用信息網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，對牙膏生產(chǎn)全過程自動化進(jìn)行了技術(shù)改造。經(jīng)過改造后的牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了全自動化生產(chǎn)，減少了人為因素的影響，進(jìn)一步提高了牙膏的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 技改的系統(tǒng)

牙膏生產(chǎn)過程中，影響產(chǎn)品的質(zhì)量及安全的環(huán)節(jié)主要有：準(zhǔn)確稱量各種原料、從管道全部輸送到制膏鍋內(nèi)、制膏過程中實現(xiàn)嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝控制、灌裝過程中實現(xiàn)自動并準(zhǔn)確稱量、生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)記錄及時準(zhǔn)確、出現(xiàn)問題及時處理等。

技改的目的就是針對上述各環(huán)節(jié)，通過先進(jìn)的手段，實現(xiàn)主要原料的自動輸送、貯存，各原料準(zhǔn)確按配方全自動計量，制膏機(jī)制膏過程按工藝程序全自動完成，制膏現(xiàn)場做到無人化，從灌裝、小盒包裝、大箱包裝、堆垛都能自動協(xié)調(diào)進(jìn)行。實施技改的系統(tǒng)包括：①原料自動輸送、貯存控制系統(tǒng)；②原料自動計量控制和制膏自動控制系統(tǒng)；③灌裝、包裝自動控制系統(tǒng)；④中央控制系統(tǒng)(包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、實時過程監(jiān)控系統(tǒng)、實時圖象監(jiān)控系統(tǒng))；⑤生產(chǎn)調(diào)度實時顯示系統(tǒng)；⑥實時通訊系統(tǒng)等。

2 控制流程

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備狀況，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動化控制，詳細(xì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 各系統(tǒng)改造方案

3.1原料輸送、貯存自動控制系統(tǒng)

本單元為牙膏生產(chǎn)自動化系統(tǒng)中的公共單元，控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場PLC、人機(jī)界面可視化PC、控制主站、傳感器、馬達(dá)、閥門構(gòu)成?？瑟?dú)立完成包括粉料風(fēng)送控制、緩沖罐貯存監(jiān)控；液料泵送控制、緩沖罐貯存監(jiān)控、液料庫罐存量監(jiān)控。在執(zhí)行主控任務(wù)的同時，通過工業(yè)以太網(wǎng)與各制膏系統(tǒng)、上位中央控制工控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，記錄和工況實時顯示，工控PC可以進(jìn)行輸送速度、貯存量、氣壓等參數(shù)，設(shè)定投料現(xiàn)場有生產(chǎn)調(diào)度實時顯示屏(投料PC)。有投料品種確認(rèn)系統(tǒng)，確保投料準(zhǔn)確無誤。在自動系統(tǒng)發(fā)生故障時，可進(jìn)行手動控制；即便系統(tǒng)上一層出現(xiàn)故障時，下一層也能獨(dú)立完成自動或半自動控制。

3.2原料自動計量控制及制膏自動化系統(tǒng)

本單元的控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場PLC、人機(jī)界面觸摸屏、控制主站、電子稱、在線質(zhì)量檢測儀表、溫度壓力傳感器、馬達(dá)、閥門構(gòu)成。工藝、配方由上位工控PC計算機(jī)下載，系統(tǒng)按配方自動完成粉料計量、液料計量，按工藝要求全自動按程序完成順序進(jìn)料、制膏工藝過程、進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。在執(zhí)行主控任務(wù)的同時，通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位中央控制工控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，記錄和工況實時顯示，輸出生產(chǎn)報告。在上位計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，下層也能通過現(xiàn)場人機(jī)界面觸摸屏獨(dú)立進(jìn)行自動或半自動控制。控制主站故障時，單機(jī)能手動操作控制。系統(tǒng)有過程斷點(diǎn)記憶保護(hù)功能，確保故障停機(jī)或人為停機(jī)生產(chǎn)工藝過程安全，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3牙膏灌裝、包裝自動控制系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)配置牙膏自動灌裝、自動小盒包裝生產(chǎn)線，自身自帶PLC和人機(jī)界面，需再配套自動大箱機(jī)，形成從膏體灌裝到裝大箱包裝的全自動生產(chǎn)線，增加灌裝機(jī)自動加膏、灌膏自動穩(wěn)壓，以保證牙膏支重穩(wěn)定。生產(chǎn)線的自動灌裝機(jī)、自動小盒包裝機(jī)、中包裝自動堆垛機(jī)的PLC完成自身的主控，灌、包裝生產(chǎn)線現(xiàn)場有生產(chǎn)狀態(tài)實時顯示屏，由中央控制室對生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度控制。

3.4中央控制系統(tǒng)(包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、實時過程監(jiān)控系統(tǒng)、實時圖象監(jiān)控系統(tǒng))

自動計量及制膏自動化是系統(tǒng)的核心，中央控制必須圍繞核心展開。中央控制系統(tǒng)應(yīng)包括：①生產(chǎn)管理系統(tǒng)，含批次管理、配方管理、定義工藝流程、控制管理、過程管理、質(zhì)量管理、物流管理、操作者管理等。授權(quán)人可以通過中央控制工控PC進(jìn)行配方編輯、修改、貯存、下載系統(tǒng)自動執(zhí)行；授權(quán)人可以中央控制工控PC進(jìn)行批次生產(chǎn)計劃的編輯、修改、貯存、下載系統(tǒng)自動執(zhí)行；同樣授權(quán)人可以通過中央控制工控PC進(jìn)行定義、修改工藝流程、下載系統(tǒng)自動執(zhí)行；系統(tǒng)必須對操作者權(quán)限進(jìn)行確認(rèn)；還可以進(jìn)行控制管理、過程管理、質(zhì)量管理、物流管理等。②實時過程監(jiān)控系統(tǒng)，通過中央控制工控PC、網(wǎng)絡(luò)對整個牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)控、通過中央控制工控PC顯示器和大屏幕投影墻對整個牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行實時顯示監(jiān)視。③實時圖象監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)現(xiàn)場安裝攝像頭，通過中央控制工控PC顯示器和大屏幕投影墻對整個牙膏生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實時顯像監(jiān)視。

3.5實時電子顯示系統(tǒng)

實時電子系統(tǒng)用于顯示生產(chǎn)調(diào)度信息。由于制膏現(xiàn)場已實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，制膏現(xiàn)場可不安裝電子顯示屏，因為制膏機(jī)的觸摸屏可顯示工控PC下載的調(diào)度文本信息。在投料現(xiàn)場和灌、包裝安裝電子顯示屏是出于生產(chǎn)調(diào)度目視化管理目的，保證生產(chǎn)過程銜接無差錯，從節(jié)約成本角度考慮，同樣可以利用現(xiàn)場過程控制的觸摸屏顯示工控PC下載的調(diào)度文本信息。

3.6實時通訊系統(tǒng)

實時通訊系統(tǒng)是基于生產(chǎn)調(diào)度聯(lián)絡(luò)和設(shè)備維修聯(lián)絡(luò)的系統(tǒng)，由于在生產(chǎn)過程中遇到問題時需要及時聯(lián)系，一般情況下建議使用手持步話機(jī)系統(tǒng)更方便些。

4 總結(jié)

經(jīng)過自動化技術(shù)改造后的牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)，制膏過程實現(xiàn)現(xiàn)場無人化，減少了人為因素造成稱量不準(zhǔn)和錯誤的問題，膏體質(zhì)量大幅度提高；噸膏體投料時間從原來的10分鐘縮短至4分鐘，制膏時間從原來的90分鐘縮短至30分鐘，大幅度提高生產(chǎn)效率，從而提高了生產(chǎn)效益。同時，由于實現(xiàn)了自動化過程控制，通過全封閉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了物料自動跟蹤、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)實時監(jiān)控、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等，提高了生產(chǎn)效益和產(chǎn)品的質(zhì)量，技改取得了良好的效果。