高精度灌装生产线的自动化控制技术

有机酸是化工、食品等行业的重要原料．因其单位价值高、品种规格繁多，且生产投资巨大，所以对自动灌装生产线要求较高．国内尚无此类生产线，从国外引进则需要花费几百万美元以上。因此，国内开发既可以节约外汇，又可以为用户提供及时便利的服务，同时大大提高企业生产的自动化水平，都有着十分重要的意义。1、系统工艺描述在我所承接的有机酸自动灌装生产线项目中，用户的产品品种有三种1#、2#、3#，每个品种的计量规格也有三种A、B、C，因此组合后将有9种生产规格，品种规格多样使系统配置和功能较为复杂。该有机酸的特点是：腐蚀性极强、产品价值高、密度不稳定、流速压力也不稳定。因此在设计和制造过程中．用户除了对生产线的使用材料的耐腐蚀性有较高的要求外，还要求在灌装过程中防止滴漏，并提出了较为苛刻的精度和速度要求。1灌装物料温度：5～35℃2物料密度：有机酸约1.2g/cm3、有机酸盐约1.3g／cm33物料粘度：有机酸约50CP、有机酸盐约150CP4进料管道进口压力：≥0.2MPa，波动范围：±10％5灌装设备布置面积：1200m26系统主要参数要求如下，7系统工艺过程为以I号线为例：空桶整理－空桶进灌装工位－检测定位－灌装头下降－灌装阀打开－开始灌装－质量计量－到达90％×没定值－补偿值－调节阀节流变小－到达100％×设定值－补偿值－灌装阀关闭－真空吸附－满桶出灌装工位－转向－挂盖－旋盖－贴标－码垛－缠绕－成品输出8Ⅱ号线工艺过程略2、控制内容及功能要求2.1控制内容2.2功能要求1本生产线包括：I号灌装线适用30kg灌装、Ⅱ号灌装线适用250kg或1200kg灌装；2I号灌装线和Ⅱ号灌装线既可独立运行、也可同时运行。但Ⅱ号灌装线每次只能进行一种规格250kg或1200kg的生产。整条生产线的运行组合方式有I、I＋Ⅱ、Ⅱ等共三种；I线有3个灌装工位1A、1B、1C，每个灌装工位须同时灌装3个桶分别有3个流量计对应；Ⅱ线有6个灌装工位2A、2B、2C、3A、3B、3C，每次也只能选择其中1个灌装工位进行工作其中2A和3A工位共用1个流量计．2B和3B工位共用1个流量计……，而2A、2B和2C250kg规格均以4个桶为1组放在托盘上，该4个桶使用l台流量计，灌装过程为：第1桶灌装结束后、依次再灌装第2桶、第3桶、第4桶；而3A、3B和3C1200KG规格各工位每次只灌装1个桶：3当整条生产线的运行方式为I＋Ⅱ时，为节约设备投资和车间使用面积，在缠绕和成品输出部分采取公用工位，因此在进入公用工位时，须编制程序进行避让：4方便的数据设定和显示：一次灌装量65～99％、最终设定值100％、补偿量防止过冲量、可任意调整、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量桶数、总灌装量重量、瞬时流量上下限报警设定及显示：5为方便调试和维护，在每台输送机旁均配现场手动启动／停止开关；6在PLC柜门上、现场、各人机界面上等均设立急停开关．方便操作人员在现场的各个区域能以最快的速度停车：7程序运行，必须先选择“灌装工位”．后选择“自动”时有效．并开始运行，反之无效；8在车间显著位置，设立报警灯及“启动预备”声光提示，“启动预备”声光提示是从选择了“灌装工位”开始至选择“自动”结束。声光提示为断续音，报警声光为连续音：9流量计包括频率计数输出FC和模拟量输出FA，频率输出作为累计流量灌装计量用，模拟量作为瞬时流量上下限报警用：10“灌装按键”、状态及设备故障指示设在人机界面上，灌装过程中有文字提示，自动灌装结束后，复位“开始灌装”按键，灌装过程中，如需中止，可按下“手动停止灌装”按键：11防滴漏设计：灌装完毕后，残留在灌装头表面的粘性物料要经过一定的时间才能流尽，如果滴到容器外，就会造成污染，本灌装系统采用真空发生器回吸系统可确保无滴漏。3、系统组成和控制方案3.1控制系统组成，3.2控制方案说明为尽可能减少现场布线，使系统更合理，功能更完备，操作更方便，在PLC1处设立一个MB+主站，在生产线上输入输出设备较为集中的地方设立几个MB+分站，如1图。由于系统的灌装精度要求极高，如果采用一般的流量仪表和模拟量数据采集计算。将无法达到使用要求，因此，我们在方案设计上除了选用国际上知名品牌的质量流量计作为测量仪表外，还在数据采集和控制终端上采用了国际上最先进的施耐德公司的QUANTUM系列产品作为主控制器；为快速采集12台质量流量计的频率输出脉冲．又配置了三个高速计数模块5通道／模块，100kHz，其采集速度快，硬件配置简单、方便。较高的精度，还需要稳定的流量。一方面利用高位槽进行液位和压力调整．使之保持在一个较为恒定的区域，另一方面利用质量流量计的模拟量输出4～20mA可以方便地监控管道内的瞬时流量，一旦超过系统允许的上下限将发出声光报警信号，并进行二次调整。为方便用户对现场的数据变量进行修改．现场共设有三台MAGELIS人机界面：OP1和OP2屏均可对整条生产线进行操作和显示，OP1主要用于设定和显示30kg灌装线的“工位选择”、“一次灌装量”即约灌装到最终灌装量的约90％的值，可任意修改、“最终灌装量”100％、“补偿量”防止过冲量、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量桶数、总灌装量重量、瞬时流量上下限报警设定及显示：OP2主要用于设定和显示250kg／1200kg灌装线的相关数据、其余同OP1，OP3是专用于贴标设备的数据设定显示用的，可以进行类别、批号、生产日期、有效期、重量等标签数据的修改和显示：1中央控制室内PC1对整个生产线及现场部分关键设备进行实时监控；2PLC1为QUANTUM—PLC产品，PLC2为MOMENTUM—I／O基板：3PLC1的配置为64DI、128DO、12HSC、12AI，1台10.4"人机界面通过CPU上的。MB口相连，同时CPU还通过MB+口与MOMENTUM分站分站2，32DI；分站3，32DO；分站4，32DO；分站5，32DO及另1台10.4"人机界面分站6进行连接；4在PLC1上配置一个16点的模拟量输入模块，作为瞬时流量的监控：5在PLC1上配置三个高速计数模块，作为流量计量用，每个模块包括5个测量通道：6PLC1-QUANTUM硬件配置和地址定义见表3：7MB+各站的硬件配置和地址定义见表4：4、应用总结该灌装系统的控制系统融合了计算机技术、可编程控制技术、数据设定和显示技术、总线技术、高速计数技术、传感器技术和软件编程技术等．方案设计先进、软硬件配置合理，项目进展极为顺利，各项参数均达到或超过了用户验收技术标准，尤其是计量精度控制在±0.1％以内验收标准为±0.125％，速度达到了3桶／分钟·30kg以内。整个生产线经过两个月的试运行后，在现场一次性通过了用户验收，现在，该系统已稳定运行了近一年得到了用户尤其是外方技术人员的充分肯定。该灌装生产线的研制成功，填补了国内空白，是高端工控产品在企业自动化生产领域的又一次成功应用，也为同类项目的推广提供了有力的保证。????????