王明生

（河南潤民自動化設備有限公司，河南 鄭州 450001）

1 生產(chǎn)工藝概述

矸石磚生產(chǎn)的原料是將煤矸石、頁巖經(jīng)破碎、滾篩篩選分離，粗料經(jīng)過返料輸送帶返回破碎機重新粉碎，細料進入細料倉進行存放。按預定配方將粉煤灰、頁巖石粉混合配料，混合料經(jīng)過適當加水在陳化庫進行陳化。陳化后的混合物料經(jīng)過陳化庫中箱式供料機由輸送帶送至雙軸攪拌進行充分攪拌均勻，再經(jīng)輸送帶送至雙級真空擠出磚機擠出，經(jīng)過切條機切坯后成型磚坯，磚坯進干燥室干燥，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)線為例進行分析，物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)在新型墻料生產(chǎn)中應用的必要性和可行性。以先進的計算機信息技術、5G 通訊以及先進工業(yè)控制技術為基礎，把諸多先進技術融合為一個綜合體，再為企業(yè)安全生產(chǎn)提供穩(wěn)定的技術保障的同時，也提高企業(yè)生產(chǎn)效益。

2 新型墻材生產(chǎn)企業(yè)的基本現(xiàn)狀

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、勞動生產(chǎn)力水平低下，具備先進的工藝技術、設備、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)技術創(chuàng)新投入不大，人才匱乏，擁自主知識產(chǎn)權和核心競爭力也非常薄弱，與發(fā)展綠色建筑、超低能耗建筑、裝配式建筑的結合存在一定的差距。

2.1 自動化程度比低，每種設備均由現(xiàn)場工人手動操作，設備之間相互獨立，設備之間缺少必要邏輯上的關聯(lián)，也就缺乏必要的互聯(lián)，時常造成某一設備損壞時物料大量堆積，致使原來正常運行設備因損壞的設備造成相應損壞。

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)場工人憑借自己多年的經(jīng)驗進行配料，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，但在實際配料過程也會出現(xiàn)了諸多問題，急需能適應自身的配料精準計量控制系統(tǒng)。

2.3 工人勞動強度大，工作環(huán)境差，由于沒有相對比較完善的控制系統(tǒng)，仍需要工人在現(xiàn)場實地操作，現(xiàn)場噪音和粉塵嚴重損害了工人的健康，造成用工難，用工成本高的主要原因。

3 基物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)應用主要組成

3.1 數(shù)據(jù)采集及傳輸

數(shù)據(jù)采集主要是將現(xiàn)場的電機狀態(tài)、各種稱體狀態(tài)、稱重傳感器、速度、智能儀表、水泵、輸送設備等相關設備信息，由現(xiàn)場檢測裝置通信息線傳輸至現(xiàn)場工作站控制柜，柜內(nèi)設有各種對應信號模塊，用來接受不同類型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過柜內(nèi)主控器進行運算后，實時反饋給現(xiàn)場執(zhí)行機構進行控制。同時，現(xiàn)將處理過的信息經(jīng)交換機和物聯(lián)網(wǎng)模塊接入信息數(shù)據(jù)集中控制中心，用于服務上位機或云端服務器。

數(shù)據(jù)采集傳輸過程是控制柜內(nèi)完成，經(jīng)對外部通信接口RS485 接入觸摸屏用于現(xiàn)場操作，經(jīng)光電交換機和物聯(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)進行加密打包后以通信方式將數(shù)據(jù)上傳至云服務器，工控機主要完現(xiàn)場設備集中管理和操作，通過手機APP 可以根據(jù)云端組態(tài)的管理權限來訪問相應數(shù)據(jù)及操作，詳見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集及物聯(lián)控制圖

3.2 數(shù)據(jù)管理及分析

企業(yè)構建數(shù)據(jù)分析模型，根據(jù)存儲的歷史數(shù)據(jù)、歷史報警信息，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。操作人員可以通過系統(tǒng)查看到各種物料在各個日期區(qū)間運行歷史曲線的狀態(tài)和相關報警信息，如，設定數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的偏差、曲線走趨、報警的原由等等。

數(shù)據(jù)中心將獲得數(shù)據(jù)信息分類存儲一定介質上，每天定時或實時向云服務器請求當天的數(shù)據(jù)，然后存入數(shù)據(jù)庫中。所有的企業(yè)生產(chǎn)資料最終都匯集成數(shù)據(jù)，保存在計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，通過信息交互系統(tǒng)從后臺數(shù)據(jù)庫獲取所需數(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)的運行，每天將有大量的采集數(shù)據(jù)實時上傳至云服務器，由于云服務器存儲空間有限，擴展存儲成本高，因此只在云服務器存儲最近一段時間的歷史數(shù)據(jù)，大量歷史數(shù)據(jù)存儲在企業(yè)數(shù)據(jù)中心。這樣既改善了云服務器的運算性能，也保障了數(shù)據(jù)的安全性及長久性。

云服務器的數(shù)據(jù)管理由兩部分組成，一部分是歷史數(shù)據(jù)的轉發(fā)，系統(tǒng)可自動將超過時限的歷史數(shù)據(jù)打包轉發(fā)至數(shù)據(jù)管理中心，同時歷史數(shù)據(jù)被清除；另一部分是將需要控制執(zhí)行的數(shù)據(jù)轉發(fā)至物理接口層，通過友好界面為用戶提供服務，并將指令下發(fā)至對應現(xiàn)場執(zhí)行機構。

運用物聯(lián)網(wǎng)操控技術可以使現(xiàn)場設備實時操控系統(tǒng)多個終端（上位機端、現(xiàn)場端、手機端）中共享資源，合理分配資源，提高運行效率。

3.3 配料站智能自動化控制

3.3.1 控制方式

3.3.1.1 現(xiàn)場控制

本地和遠程選擇開關位于現(xiàn)場控制柜或控制箱內(nèi)，轉到本地位置用于調(diào)試階段或檢修階段設備單機運行。

3.3.1.2 物聯(lián)集中控制和云端控制

本地和遠程選擇開關位于現(xiàn)場控制柜或控制箱內(nèi)，轉到遠程位置后，用于遠程控制操作，除現(xiàn)場緊急機按鈕外，其余按鈕不能操控?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)經(jīng)信息線連接至現(xiàn)場控制柜，通過采集模塊經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊將現(xiàn)場實時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。通過上位機操控界面可分別對不同工段進行操控，也可以根據(jù)不同用戶分配的不同權限在網(wǎng)絡進行云端操控。從而降低工人勞動強度，進一步實現(xiàn)配料站現(xiàn)場的無人值守。

3.3.2 精準配料及預加水系統(tǒng)

預加水自動化控制主要根據(jù)物料實時重量和物料濕度來完成的，合格的含水量是原料陳化前關鍵的一步，也是磚坯成型質量的好壞的關鍵。實現(xiàn)攪拌加水自動化，混合料加水穩(wěn)定有利物料陳化，無需人工來操控加水量，見圖2。

圖2 自動配料跟蹤及預加水控制原理圖

3.4 窯爐焙燒工藝智能化控制

窯爐溫度主要采用計算機控制，主要有工控機、智能調(diào)節(jié)器、電磁閥、電動執(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)軟件進行編程開發(fā)組態(tài)，溫度由現(xiàn)場熱電偶來檢測，由電動執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風閥，工控機根據(jù)設定的燒成曲線進行控制。系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)對窯爐溫度的自動控制。還能實現(xiàn)對窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，自動記錄、打印及畫面語言提示；另外，還能根據(jù)燒成要求模擬并儲存多種燒成制度曲線，同時燒成曲線的參數(shù)可按需要隨時修改。窯內(nèi)壓力可通變頻控制排煙風機、冷卻風機和熱風抽出風機來實現(xiàn)。窯內(nèi)壓力信號和風機主管道的壓力信號由現(xiàn)場壓力變送器采集后，送至窯爐工作站，進行自動變頻調(diào)整風機轉速，控制精度高節(jié)省，見圖3。

圖3 窯爐風機變頻控制原理圖

根據(jù)窯爐溫度的自動控制要求，需將實時數(shù)據(jù)傳到PLC 控制中心，并通過以太網(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，窯爐風機變頻系統(tǒng)部分PLC I/O 點配置表見圖4。

圖4 部分PLC I/O 點配置表

接入互聯(lián)網(wǎng)后，通過手機或遠程計算機均可進行燒窯及技術指導，現(xiàn)場只需一個巡檢工定時巡檢就可以，一個窯師可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制全國各地的多個窯爐，優(yōu)化資源，以最先進技術，最低的人員成本，最高效率來生產(chǎn)，這才是物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的應用結果。

3.5 卸裝車智能化

即磚出窯卸車及打包裝車運載都要實現(xiàn)自動化。窯爐出磚后直接輸至打包機進行打包包裝，成品打包后堆放整，進行編號，裝載機將打包好的產(chǎn)品，直接裝車運輸，同時將裝載數(shù)量，由裝載機的無線傳輸模塊傳至數(shù)據(jù)管理中心，實時了解成品庫存量和銷售量。

4 應用總結

經(jīng)過在多個現(xiàn)場的實際應用和不斷技術改進，生產(chǎn)成本得到了大幅度的降低，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質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，每個設備相關獨立，不具邏輯上互鎖，也改變了以往按臺時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，也讓個人從粉塵、噪音等惡劣的勞動環(huán)境中解脫出來。物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)將會得到廣泛應用，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、設備人為因素特別多的現(xiàn)象，信息管理技術參與管理生產(chǎn)，進一步提高了工藝生產(chǎn)的安全性和靈活性，實現(xiàn)了質的飛躍。其次，在生產(chǎn)過程中能及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)設備故障的部位，讓維修人員迅速解決故障并能及時分析原因，減少了不必要的停機時間。最后，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控制一旦監(jiān)測到故障，系統(tǒng)就會立即發(fā)出報警信號，同時準確記錄故障信息，確保工業(yè)自動化過程控制的安全性。