王明生
(河南潤(rùn)民自動(dòng)化設(shè)備有限公司,河南 鄭州 450001)
矸石磚生產(chǎn)的原料是將煤矸石、頁(yè)巖經(jīng)破碎、滾篩篩選分離,粗料經(jīng)過(guò)返料輸送帶返回破碎機(jī)重新粉碎,細(xì)料進(jìn)入細(xì)料倉(cāng)進(jìn)行存放。按預(yù)定配方將粉煤灰、頁(yè)巖石粉混合配料,混合料經(jīng)過(guò)適當(dāng)加水在陳化庫(kù)進(jìn)行陳化。陳化后的混合物料經(jīng)過(guò)陳化庫(kù)中箱式供料機(jī)由輸送帶送至雙軸攪拌進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆?,再?jīng)輸送帶送至雙級(jí)真空擠出磚機(jī)擠出,經(jīng)過(guò)切條機(jī)切坯后成型磚坯,磚坯進(jìn)干燥室干燥,然后經(jīng)隧道窯窯爐焙燒而成的一種新型節(jié)能墻體材料。
以12.5× 168m(兩烘兩燒)和12.5× 65(四烘兩燒)隧道雙窯的新型墻材企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)為例進(jìn)行分析,物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)在新型墻料生產(chǎn)中應(yīng)用的必要性和可行性。以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、5G 通訊以及先進(jìn)工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ),把諸多先進(jìn)技術(shù)融合為一個(gè)綜合體,再為企業(yè)安全生產(chǎn)提供穩(wěn)定的技術(shù)保障的同時(shí),也提高企業(yè)生產(chǎn)效益。
墻體材料企業(yè)生產(chǎn)規(guī)?;潭容^低、規(guī)模小,生產(chǎn)工藝裝備落后、勞動(dòng)生產(chǎn)力水平低下,具備先進(jìn)的工藝技術(shù)、設(shè)備、規(guī)模大的新型墻體材料生產(chǎn)企業(yè)比例偏小,企業(yè)生產(chǎn)中自主創(chuàng)新能力不足。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新投入不大,人才匱乏,擁自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力也非常薄弱,與發(fā)展綠色建筑、超低能耗建筑、裝配式建筑的結(jié)合存在一定的差距。
2.1 自動(dòng)化程度比低,每種設(shè)備均由現(xiàn)場(chǎng)工人手動(dòng)操作,設(shè)備之間相互獨(dú)立,設(shè)備之間缺少必要邏輯上的關(guān)聯(lián),也就缺乏必要的互聯(lián),時(shí)常造成某一設(shè)備損壞時(shí)物料大量堆積,致使原來(lái)正常運(yùn)行設(shè)備因損壞的設(shè)備造成相應(yīng)損壞。
2.2 混合物料熱穩(wěn)定性差,多種物料采用工人配料,由現(xiàn)場(chǎng)工人憑借自己多年的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配料,經(jīng)常造成混合料熱值忽高忽低,加水量忽大忽小,混合物料含水率無(wú)法保證正常范圍內(nèi)。也有部分配料站借用別的配料系統(tǒng),例如,水泥生產(chǎn)線(xiàn)配料系統(tǒng)雖與矸石磚配料系統(tǒng)理論上差別不大,但在實(shí)際配料過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)了諸多問(wèn)題,急需能適應(yīng)自身的配料精準(zhǔn)計(jì)量控制系統(tǒng)。
2.3 工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作環(huán)境差,由于沒(méi)有相對(duì)比較完善的控制系統(tǒng),仍需要工人在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地操作,現(xiàn)場(chǎng)噪音和粉塵嚴(yán)重?fù)p害了工人的健康,造成用工難,用工成本高的主要原因。
數(shù)據(jù)采集主要是將現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)狀態(tài)、各種稱(chēng)體狀態(tài)、稱(chēng)重傳感器、速度、智能儀表、水泵、輸送設(shè)備等相關(guān)設(shè)備信息,由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置通信息線(xiàn)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)工作站控制柜,柜內(nèi)設(shè)有各種對(duì)應(yīng)信號(hào)模塊,用來(lái)接受不同類(lèi)型的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)柜內(nèi)主控器進(jìn)行運(yùn)算后,實(shí)時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。同時(shí),現(xiàn)將處理過(guò)的信息經(jīng)交換機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊接入信息數(shù)據(jù)集中控制中心,用于服務(wù)上位機(jī)或云端服務(wù)器。
數(shù)據(jù)采集傳輸過(guò)程是控制柜內(nèi)完成,經(jīng)對(duì)外部通信接口RS485 接入觸摸屏用于現(xiàn)場(chǎng)操作,經(jīng)光電交換機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊將其采集的數(shù)據(jù)將統(tǒng)一傳至信息數(shù)據(jù)控制中心,并將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加密打包后以通信方式將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器,工控機(jī)主要完現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集中管理和操作,通過(guò)手機(jī)APP 可以根據(jù)云端組態(tài)的管理權(quán)限來(lái)訪問(wèn)相應(yīng)數(shù)據(jù)及操作,詳見(jiàn)圖1。
圖1 數(shù)據(jù)采集及物聯(lián)控制圖
企業(yè)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析模型,根據(jù)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)、歷史報(bào)警信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。操作人員可以通過(guò)系統(tǒng)查看到各種物料在各個(gè)日期區(qū)間運(yùn)行歷史曲線(xiàn)的狀態(tài)和相關(guān)報(bào)警信息,如,設(shè)定數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的偏差、曲線(xiàn)走趨、報(bào)警的原由等等。
數(shù)據(jù)中心將獲得數(shù)據(jù)信息分類(lèi)存儲(chǔ)一定介質(zhì)上,每天定時(shí)或?qū)崟r(shí)向云服務(wù)器請(qǐng)求當(dāng)天的數(shù)據(jù),然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。所有的企業(yè)生產(chǎn)資料最終都匯集成數(shù)據(jù),保存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中,通過(guò)信息交互系統(tǒng)從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所需數(shù)據(jù),經(jīng)中間層信息系統(tǒng)處理后得到想要的信息以幫助企業(yè)更好安排生產(chǎn),合理控制生產(chǎn)成本。
隨著聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行,每天將有大量的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云服務(wù)器,由于云服務(wù)器存儲(chǔ)空間有限,擴(kuò)展存儲(chǔ)成本高,因此只在云服務(wù)器存儲(chǔ)最近一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù),大量歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在企業(yè)數(shù)據(jù)中心。這樣既改善了云服務(wù)器的運(yùn)算性能,也保障了數(shù)據(jù)的安全性及長(zhǎng)久性。
云服務(wù)器的數(shù)據(jù)管理由兩部分組成,一部分是歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),系統(tǒng)可自動(dòng)將超過(guò)時(shí)限的歷史數(shù)據(jù)打包轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)管理中心,同時(shí)歷史數(shù)據(jù)被清除;另一部分是將需要控制執(zhí)行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至物理接口層,通過(guò)友好界面為用戶(hù)提供服務(wù),并將指令下發(fā)至對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)操控技術(shù)可以使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)操控系統(tǒng)多個(gè)終端(上位機(jī)端、現(xiàn)場(chǎng)端、手機(jī)端)中共享資源,合理分配資源,提高運(yùn)行效率。
3.3.1 控制方式
3.3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)控制
本地和遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)位于現(xiàn)場(chǎng)控制柜或控制箱內(nèi),轉(zhuǎn)到本地位置用于調(diào)試階段或檢修階段設(shè)備單機(jī)運(yùn)行。
3.3.1.2 物聯(lián)集中控制和云端控制
本地和遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)位于現(xiàn)場(chǎng)控制柜或控制箱內(nèi),轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程位置后,用于遠(yuǎn)程控制操作,除現(xiàn)場(chǎng)緊急機(jī)按鈕外,其余按鈕不能操控。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)信息線(xiàn)連接至現(xiàn)場(chǎng)控制柜,通過(guò)采集模塊經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息送到信息集中控制中心,工程師站和操作員站直接與信息集控中心相連。通過(guò)上位機(jī)操控界面可分別對(duì)不同工段進(jìn)行操控,也可以根據(jù)不同用戶(hù)分配的不同權(quán)限在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行云端操控。從而降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)配料站現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)人值守。
3.3.2 精準(zhǔn)配料及預(yù)加水系統(tǒng)
預(yù)加水自動(dòng)化控制主要根據(jù)物料實(shí)時(shí)重量和物料濕度來(lái)完成的,合格的含水量是原料陳化前關(guān)鍵的一步,也是磚坯成型質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)攪拌加水自動(dòng)化,混合料加水穩(wěn)定有利物料陳化,無(wú)需人工來(lái)操控加水量,見(jiàn)圖2。
圖2 自動(dòng)配料跟蹤及預(yù)加水控制原理圖
窯爐溫度主要采用計(jì)算機(jī)控制,主要有工控機(jī)、智能調(diào)節(jié)器、電磁閥、電動(dòng)執(zhí)行器和熱電偶等,并配置數(shù)據(jù)采集隔離模塊等器件,利用組態(tài)軟件進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)組態(tài),溫度由現(xiàn)場(chǎng)熱電偶來(lái)檢測(cè),由電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)閥,工控機(jī)根據(jù)設(shè)定的燒成曲線(xiàn)進(jìn)行控制。系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐溫度的自動(dòng)控制。還能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐各系統(tǒng)的綜合控制,自動(dòng)記錄、打印及畫(huà)面語(yǔ)言提示;另外,還能根據(jù)燒成要求模擬并儲(chǔ)存多種燒成制度曲線(xiàn),同時(shí)燒成曲線(xiàn)的參數(shù)可按需要隨時(shí)修改。窯內(nèi)壓力可通變頻控制排煙風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)抽出風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。窯內(nèi)壓力信號(hào)和風(fēng)機(jī)主管道的壓力信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器采集后,送至窯爐工作站,進(jìn)行自動(dòng)變頻調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,控制精度高節(jié)省,見(jiàn)圖3。
圖3 窯爐風(fēng)機(jī)變頻控制原理圖
根據(jù)窯爐溫度的自動(dòng)控制要求,需將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳到PLC 控制中心,并通過(guò)以太網(wǎng)將采集到數(shù)據(jù)傳輸至企業(yè)數(shù)據(jù)中心,用于數(shù)據(jù)管理和分析,窯爐風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)部分PLC I/O 點(diǎn)配置表見(jiàn)圖4。
圖4 部分PLC I/O 點(diǎn)配置表
接入互聯(lián)網(wǎng)后,通過(guò)手機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)均可進(jìn)行燒窯及技術(shù)指導(dǎo),現(xiàn)場(chǎng)只需一個(gè)巡檢工定時(shí)巡檢就可以,一個(gè)窯師可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制全國(guó)各地的多個(gè)窯爐,優(yōu)化資源,以最先進(jìn)技術(shù),最低的人員成本,最高效率來(lái)生產(chǎn),這才是物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果。
即磚出窯卸車(chē)及打包裝車(chē)運(yùn)載都要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。窯爐出磚后直接輸至打包機(jī)進(jìn)行打包包裝,成品打包后堆放整,進(jìn)行編號(hào),裝載機(jī)將打包好的產(chǎn)品,直接裝車(chē)運(yùn)輸,同時(shí)將裝載數(shù)量,由裝載機(jī)的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊傳至數(shù)據(jù)管理中心,實(shí)時(shí)了解成品庫(kù)存量和銷(xiāo)售量。
經(jīng)過(guò)在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用和不斷技術(shù)改進(jìn),生產(chǎn)成本得到了大幅度的降低,生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量卻得到大幅度的提高。該系統(tǒng)的投入使新型墻材企業(yè)徹底拋棄了以往手工操控,每個(gè)設(shè)備相關(guān)獨(dú)立,不具邏輯上互鎖,也改變了以往按臺(tái)時(shí)分配比例的配料和加水系統(tǒng),使生產(chǎn)工藝更加合理、人性化,也讓個(gè)人從粉塵、噪音等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中解脫出來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用,首先,解決了企業(yè)缺乏人力的狀況,節(jié)約了工資成本和管理成本,改變了傳統(tǒng)工人生產(chǎn)中產(chǎn)量低下、設(shè)備人為因素特別多的現(xiàn)象,信息管理技術(shù)參與管理生產(chǎn),進(jìn)一步提高了工藝生產(chǎn)的安全性和靈活性,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。其次,在生產(chǎn)過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)設(shè)備故障的部位,讓維修人員迅速解決故障并能及時(shí)分析原因,減少了不必要的停機(jī)時(shí)間。最后,基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控制一旦監(jiān)測(cè)到故障,系統(tǒng)就會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)準(zhǔn)確記錄故障信息,確保工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制的安全性。