聚羧酸减水剂多配方复配系统实现智能控制

  聚羧酸减水剂具有生产工艺简单，生产过程对环境影响小，性能优异等优势，目前在国家、省市各类重点工程建设中得到广泛应用。复配生产因为工艺简单，需要设备和场地不复杂，而在全国有非常多的厂家。但因为所需要的聚羧酸减水剂成品差异性要求而使得复配的具体配方不同。为了节约成本，往往多个品种的生产都使用同样的管道和同样的搅拌釜。这样就要求工人的操作不能出错，从而对生产过程的管理提出了较高的要求。尤其，对于一次要同时出多个品种的复配生产更是一种考验。

  利用基于智能控制的自动化方案才能够真正地解决这些问题。随着自动控制的发展，人的智能在控制系统中起到了越来越多的作用。“傻瓜式”操作，与系统本身的高智能是一体的。让操作者从复杂的思考和繁琐的操作步骤中解放出来，是智能控制的宗旨。

  同时生产多个配方的复配系统需求分析

  某公司的一次复配生产，需要同时使用3个复配生产罐，十多种原料，生产1~3个品种的成品，分别存入1~3个储罐。为了灵活使用设备，有一条主管道一端与连接原料分管道互相联通，另一端有一条主管道与储罐分管道相连。这样就要求在生产某个品种时，不同品种的配方原料不能同时走主管道，不同品种的成品也不能同时走主管道。

  这个部分是原来工人最容易出错的环节。由于需要工人手工去开阀门，开错了，后果严重。同时需要工人关阀门，刚才开通的阀门料到底有没有流完无法在阀门那里看见，需要工人来回巡看，不但工作繁重，时间长，而且忘记关阀门，后果更严重，可能会出废品。

  为此，在智能控制中，将自动控制分管道上的阀门，使得原料从分管道上依次（不同品种添加原料）或者同时（同一品种配方要求添加的不同原料）流入主管道。原来由工人手工开关阀门的工作交由控制器来自动完成，生产过程中工人不需要插手。同时，在需要人工操作的地方加了警示灯，如果不操作，那么就一直警示闪耀，便于管理人员发现。

  原生产过程是：工艺人员填写或打印和配方工艺单——工人根据配方工艺单现场开关阀门，人工加料——工人填写工作日志。

  聚羧酸减水剂的多配方复配生产过程，采用复配智能自动化控制系统后的工作步骤将变为：工艺人员录入配方\现场工人控制台操作——数据库自动记录。

  工艺人员通过远程事先进行工艺及配方的录入，所录入的配方将保存在数据库中。现场工人根据要求调出所需要的配方，确认操作后“一键操作”就可以了。

  整个系统建立了企业局域网，网络上连接了生产管理计算机、现场操作计算机和交换机。从而使得智能生产全过程可以被监控和追溯。

  系统的构架设计

  应用服务层，主要完成生产过程管理，产生报表和打印。交换机用于组成一个小型的局域网，生产管理计算机可以通过局域网连接车间级数据库服务器，实现远程跟踪监控和管理生产实际状况，并且可以查询所有用户操作和打印结果。

  控制逻辑层主要由车间级数据库服务器和显示器组成。车间级数据库服务器中运行SQLServer数据库，用于将汇总的实时生产数据和状态进行存储。服务器中还运行工业现场控制软件。该软件提供用户操作界面，并且通过显示器实时显示，方便工作人员进行监测。同时还可以下传控制指令，完成对生产设备的自动化控制。通讯层建立在现有的RS485通讯网和工业以太网基础上，通过各种接入设备与RS485通讯网和工业以太网相连，将采集信息上传到互联网上。

  设备控制层主要是由底层设备及网关组成的。底层设备包括各种类型的数据采集模块和嵌入式控制器。一般一个嵌入式控制器与一个反应釜上的自然控制单元相对应，可以完成一条生产线的生产过程控制。这样的设计思路使得多条生产线可以并行工作，也使随意扩展生产线成为可能。这些底层设备之间可以通过自组织的无线网络（例如Zigbee网络），也可以通过有线的现场总线网络（例如485工业现场总线网络）相互连接在一起。网关将底层设备采集的各种数据和信息汇聚起来通过通讯层上传到控制逻辑层，进行数据的存储和处理等，也可以将用户发送的控制指令或信息下发到底层设备，从而完成底层设备的自动化控制或设置等功能。

  系统组成部分

  整个系统由中央控制台，控制器和数据服务器构成。

  中央控制台。中央控制台是运行了特定控制软件的工业控制计算机，是控制系统的操作入口，提供了友好的操作界面，它摆脱了PLC组态软件机械化的操作印象，直观地将设备表现在屏幕上。用户通过操作控制界面上的图形化设备，控制生产线的运行、查询系统的运行信息。从界面元素上看，控制界面中图形化设备的布局与生产现场有着一一对应的关系，配合以清晰的语音提示，用户可以很快适应系统操作。

  中央控制台提供了直接操作和方案式生产两种工作方式。工人的直接操作是在没生产过程存在不确定性因素的情况下，由人工根据生产条件操作界面中图表化设备，达到对生产过程控制；生产方案配置是在确定性生产过程中，根据生产工艺，把生产中所有的操作有序的罗列出来，生产的自动生产步骤，生产方案一次性启动，可以实现无人执守的全自动生产。

  控制器。控制器是控制系统中一个重要的执行设备，它是整个系统的直接执行机构。控制器是基于微处理器构建成的针对聚羧酸减水剂的专用控制器。控制器在电器参数上，可以与现场的工作设备匹配。控制器具有系统通讯、传感器通讯、开关量读入、开关量控制、模拟量控制的基本功能，具有物料定量、滴加定速、生产定温的特定功能。

  1）控制器完成物料定量功能。功能系统中表现为大定量加入复配定量混合、成品定量灌装等具体应用，精确定量是提高产品品质的基本保证。

  2）控制器完成智能逻辑实现。前面提到的分管道和主管道的阀门控制，从而保证物料不能混合逻辑都是通过这个控制器来控制完成的。

  数据服务器。数据服务器是运行着数据库及数据管理软件的计算机系统。数据服务是在基础控制系统之上一次数据服务扩展，数据库存储了操作日志和生产数据，数据管理软件完成对生操操作查询、生产方案录入、生产数据分析，数据分析包括绘制电流曲线等重要数据。原始数据和基于数据的分析，为生产管理优化、生产方案优化、财务管理优化，提供了有效数据支持，也是现代化管理在传统生产中的具体表现。

  系统运行结果

  聚羧酸减水剂多配方复配自动化控制系统在设计和开发完成后，在惠州某工厂的实际生产线上投入使用。目前，系统运行安全、稳定，大部分功能已经实现，达到了预期的效果。

  在系统正式投入使用后，对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。使得复配自动化可以完成多个复配生产罐，十多种原料，可以同时全自动进行不同的配方生产，提高生产效率；实现了生产工艺远程预先输入一次，生产时可以根据需要的产量自动计算原料配比并自动进行生产。

  自动化生产系统基于智能控制，可以进行全自动化生产。在全自动生产过程全程可以监控，能直观的掌握生产进度；在全自动生产过程中可以随时暂停和继续，能方便的处理现场情况。废水利用，自动选择使用回收废水和原水，节约生产成本。聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后，提高了聚羧酸减水剂的产品质量，提高了工艺生产的自动化程度，大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了企业的竞争力。

  本研究通过对聚羧酸减水剂多配方复配生产过程的分析，并结合某项目实际应用需要，详细设计了基于智能控制的聚羧酸减水剂复配自动化控制系统。实现了对聚羧酸减水剂复配生产过程的自动化控制，状态跟踪和监测，以及实时反馈至生产管理计算机以进行综合管理。

  系统与聚羧酸减水剂合成自动化生产线可以同时或者分别运行，体现了系统的模块化，搭积木的设计方式。该系统的成功开发设计为提高生产效率，增加智能控制成分，减低人工操作风险，在化工行业的推广打下了基础，做出了积极探索。