自動化控制在外加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

自動化控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)控制中，如電力、石油化工、污水處理、機械制造等，其優(yōu)勢主要在于：①控制精度高，人為影響因素??；②人員操作強度降低，節(jié)省人力成本；③確保生產(chǎn)程序準(zhǔn)確，誤操作率大大降低；④有助于保密工作開展。自動化生產(chǎn)尤其適用于工藝復(fù)雜、產(chǎn)品工藝成熟、控制精度要求高或者作業(yè)場所存在危險等工業(yè)生產(chǎn)中。目前，國內(nèi)的混凝土外加劑行業(yè)正面臨著巨大的發(fā)展機遇，多數(shù)外加劑生產(chǎn)廠家由原來作坊式的小廠逐步過渡到規(guī)模化的大廠。而工廠的規(guī)?；沟迷O(shè)備增加、流程復(fù)雜化，以及作業(yè)區(qū)域擴大，增加了生產(chǎn)操作難度，因此自動化控制以其獨有的優(yōu)勢也逐步被應(yīng)用到外加劑產(chǎn)品的生產(chǎn)控制中。

一、自動化生產(chǎn)線建設(shè)概述

1.自動化生產(chǎn)線的組成要素

自動化生產(chǎn)線的主要組成要素包括控制系統(tǒng)部分、動力設(shè)備部分、現(xiàn)場儀表部分和連接電纜。

控制系統(tǒng)主要有PLC和DCS兩種型式，PLC出現(xiàn)較早，國產(chǎn)品牌也很多，但進口品牌的市場占有率占有絕對優(yōu)勢，如三菱、西門子等。DCS是近幾年開發(fā)出來的一種新的控制系統(tǒng)，適用于較復(fù)雜的控制流程，國產(chǎn)品牌DCS已較成熟和穩(wěn)定，其價格比進口品牌有絕對的優(yōu)勢，可作為建設(shè)生產(chǎn)線的首選。PLC和DCS兩種控制系統(tǒng)都能做到CPU冗余、電源冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余，在發(fā)生特殊情況時可立即切換控制模塊，不會對生產(chǎn)造成影響。另一方面，兩種控制系統(tǒng)各有優(yōu)勢、各有千秋，DCS適用于模擬量多的控制流程中，PLC在開關(guān)量多的控制流程中表現(xiàn)更為出色。在外加劑生產(chǎn)中，模擬量還是較多的，如蒸汽壓力調(diào)節(jié)、溫度檢測、液位監(jiān)測、滴加速度控制等。在成本競爭日益激烈的今天，國產(chǎn)DCS可作為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的首選。

動力設(shè)備主要包括反應(yīng)釜電機、泵、風(fēng)機等，屬于開關(guān)量控制范疇，這些設(shè)備的控制可由控制系統(tǒng)的DI和DO模塊進行控制。

現(xiàn)場儀表主要包括溫度計、絕壓變送器、液位變送器、稱重控制器、自控閥門等，這些儀表采集到信號，并與控制系統(tǒng)進行通訊，最終由程序發(fā)出指令進行控制。

連接電纜是現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)通訊的橋梁，布線和接線工作是非常重要的建設(shè)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到儀表和控制系統(tǒng)通訊的準(zhǔn)確性和可靠性。一般來說，模擬量儀表的連接可采用屏蔽電纜，而開關(guān)量儀表則可由普通電纜進行連接。

2.自動化生產(chǎn)線的建設(shè)程序

設(shè)計階段。任何工程建設(shè)都要從設(shè)計開始，自動化的設(shè)計可由設(shè)計院完成，也可由專業(yè)的自動化系統(tǒng)公司完成。設(shè)計院擅長于工藝圖、流程圖的設(shè)計，但在選擇現(xiàn)場控制方案和控制手段實現(xiàn)多樣化方面稍有欠缺，而自動化系統(tǒng)公司可根據(jù)工藝流程圖和現(xiàn)場工藝要求設(shè)計多種控制方案選擇。一般可讓設(shè)計院完成帶控制點的工藝流程圖的設(shè)計，而讓自動化系統(tǒng)公司完成現(xiàn)場控制方案設(shè)計和編程。

安裝階段。該階段包括主設(shè)備的安裝就位、中控室系統(tǒng)安裝就位、各儀表安裝就位、電纜鋪設(shè)、儀表接線工作、控制系統(tǒng)接線工作。

設(shè)備上電調(diào)試。在所有設(shè)備接線工作完成后，緊接著就是設(shè)備的上電調(diào)試，包括動力設(shè)備的啟停調(diào)試、儀表現(xiàn)場數(shù)據(jù)與中控顯示數(shù)據(jù)的核對調(diào)試、自控閥門動作和反饋是否正常等。

生產(chǎn)線水試。用水代替物料，所有操作按照正常生產(chǎn)工藝流程進行，由中控操作員在中控室手動運行，該階段檢查內(nèi)容有：各設(shè)備運行情況、物料管道的滲漏情況、中控及現(xiàn)場操作的可行性等。

手動試生產(chǎn)。在確認(rèn)水試沒有問題后，就到了一個關(guān)鍵的調(diào)試階段：使用實際的原材料由中控操作員進行手動生產(chǎn)。

自動化程序試生產(chǎn)。按照工藝生產(chǎn)流程和前期采集的數(shù)據(jù)編寫自動化程序，這一步可提前進行，待生產(chǎn)時再進行數(shù)據(jù)調(diào)整和程序調(diào)整等，如果前述工作準(zhǔn)備充分的話，這一階段進展也會較快。自動化程序完成編寫并調(diào)試后，整條生產(chǎn)線即可進入正式生產(chǎn)階段。

二、各要素控制的實現(xiàn)及設(shè)備選型

外加劑自動化生產(chǎn)中的控制要素包括：溫度、壓力、物料計量、物料滴加、容量監(jiān)測、管道內(nèi)流體控制和輔助控制設(shè)備等。以下分別探討各要素的控制實現(xiàn)方法和相應(yīng)的設(shè)備選型方案。

1.溫度控制。外加劑生產(chǎn)中的熱能供應(yīng)可有兩種方式實現(xiàn)，一種是電加熱導(dǎo)熱油，另一種是帶壓飽和蒸汽加熱。電加熱能耗較高，大部分的情況還是使用蒸汽加熱方式進行升溫。使用蒸汽加熱的反應(yīng)釜，在手動生產(chǎn)時是通過改變蒸汽進氣閥的開度來控制進入夾套蒸汽的量與壓力，在自動化生產(chǎn)中則需使用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥進行控制。根據(jù)中控給出的開度模擬量信號調(diào)節(jié)氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力推動閥桿來控制閥門的開度。

溫度儀表用于檢測釜內(nèi)物料溫度，壓力儀表用于監(jiān)測夾套蒸汽壓力，都是溫度控制中的重要組成部分，這方面的儀表國內(nèi)已做得比較成熟，可完全采用國產(chǎn)品牌。

2.釜內(nèi)壓力控制。有的工藝可能需要反應(yīng)釜內(nèi)為負(fù)壓狀態(tài)，可由真空泵來實現(xiàn)，而真空泵可分為水環(huán)式真空泵、羅茨泵、旋片泵等，根據(jù)不同的負(fù)壓要求可選用不同的真空泵，其中水環(huán)式真空泵可達到較高的真空度，被廣泛應(yīng)用，其他真空泵被應(yīng)用在低真空度工藝中。

3.物料計量。物料重量的計量可采用稱重模塊、液位計和流量計等儀表實現(xiàn)。液位計的方式受物料密度和罐體變形的影響，精度難以保障，一般較少在合成生產(chǎn)上使用。流量計有很多種，但如果需要做到精確計量，則需使用質(zhì)量流量計，過流部件材質(zhì)尚需根據(jù)物料特性選擇，國產(chǎn)質(zhì)量流量計較難做到精確，最好選擇進口品牌，這樣成本會大幅度增加，若不是特殊情況一般不考慮使用流量計。稱重模塊是廣泛采用的方式，在性價比上有較高的優(yōu)勢，最重要的一點就在于其精度高、讀數(shù)直觀。

4.滴加控制?；どa(chǎn)中的滴加過程可由以下幾種方式實現(xiàn)：①利用稱重傳感器與調(diào)節(jié)閥配合控制；②利用流量計與調(diào)節(jié)閥配合控制；③利用專用儀表與調(diào)節(jié)閥配合控制。

5.容量監(jiān)測。外加劑生產(chǎn)中涉及到許多半成品罐和成品罐，為防止罐內(nèi)物料溢出或物料抽空，監(jiān)測罐內(nèi)物料的充裝情況也是十分重要的，一般使用液位計進行監(jiān)測。

6.管道流體控制。管道內(nèi)流體的控制包括流體切斷、流體探測、流體流量控制等。流體切斷主要通過各種閥門實現(xiàn)，有氣動閥門、電動閥門、電磁閥等；流體探測用于探測管內(nèi)是否有流體運動，可采用液位開關(guān)或流量開關(guān)實現(xiàn)；流體流量控制可通過調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)。

自動控制閥門是自動化生產(chǎn)線重要組成部分之一，有氣動、電動和電磁3種型式，由于外加劑生產(chǎn)中一般都涉及到?；罚姎庠O(shè)備均需防爆，而防爆型電動閥門的價格相當(dāng)高，電磁閥一般也使用在管徑較小的管道，而采用氣動閥門最為合適。液位開關(guān)和流量開關(guān)主要起到視鏡的作用，可探測到管道內(nèi)是否有液體在流動。從使用效果看，因外加劑產(chǎn)品都有一定的黏度，液位開關(guān)的反應(yīng)會滯后，而流量開關(guān)反應(yīng)迅速，較適合使用。

7.輔助控制設(shè)備。作為自動化生產(chǎn)線的輔助設(shè)備，空壓機的可靠性也是不容忽視的?，F(xiàn)在市場上主要有活塞式和螺桿式兩種，螺桿式空壓機是目前廣泛使用的類型，其噪音低、可連續(xù)運行時間長。

三、自動化生產(chǎn)線建設(shè)需注意的問題

1.稱重模塊的安裝。安裝階段對保證稱重系統(tǒng)的正常運行非常重要，應(yīng)注意幾個要點：①承載鋼平臺設(shè)計需結(jié)合稱重模塊的安裝位置進行考慮，各計量罐最好能夠單獨支撐，互不影響。②鋼平臺上不得放置震動的設(shè)備，否則會造成稱重數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。③稱重傳感器應(yīng)可靠安裝在豎向基本無變形的基座上，盡量避免安裝在梁等易彎曲變形的構(gòu)件上，這對防止稱零點過度漂移有重要作用。④進行焊接作業(yè)時應(yīng)遠離傳感器或做好接地，防止電流損壞傳感器。⑤連接計量罐的各管道必須使用軟連接，減小管道與罐體的內(nèi)應(yīng)力引起的計量誤差。軟連接的安裝也很重要，材質(zhì)可根據(jù)物料要求選用，關(guān)鍵是軟連接一定要足夠長，才能達到消除計量罐與管道之間應(yīng)力的效果。

稱重是所有化工生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有重要影響，稱重儀表的安裝及維護是自動化生產(chǎn)線可靠運行的關(guān)鍵控制點。

2.電纜選型及鋪設(shè)。電纜的可靠性直接影響現(xiàn)場儀表與中控系統(tǒng)之間的通訊準(zhǔn)確度。

首先根據(jù)儀表的接線方法選擇電纜芯數(shù)，儀表接線方法有二線制、三線制和四線制，不同接線方法需要不同的電纜芯數(shù)，可考慮多預(yù)留一芯電纜作為備用；然后根據(jù)儀表信號類型選擇電纜種類，不同的信號傳輸對電纜種類的要求不同：開關(guān)量信號不怕周邊信號干擾，要求較低，普通電纜即可，開關(guān)量信號控制的設(shè)備有泵、電機、氣動開關(guān)閥、液位開關(guān)等；模擬設(shè)量型號易受干擾、易衰減，應(yīng)選用屏蔽電纜，并且盡量選擇短的路線鋪設(shè)，相應(yīng)設(shè)備有液位計、壓力表、調(diào)節(jié)閥等；另外，溫度計的電阻信號電纜最好也選擇屏蔽電纜，鋪設(shè)路線也應(yīng)盡量短。如果線路鋪設(shè)過長，需與廠家確認(rèn)是否可行，如不可行則要采取補救措施，一般做法是增加信號中繼器以延長信號傳輸距離。

外加劑的生產(chǎn)場所一般都有防爆要求，在電纜鋪設(shè)時應(yīng)符合防爆要求，另外，電纜在鋪設(shè)時最重要的一點是電纜線兩頭必須做好可靠的標(biāo)記，不易脫落、污損，為中控系統(tǒng)順利接線奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.管道吹掃很重要。管道安裝好后，按規(guī)范應(yīng)對管道進行吹掃，將其內(nèi)部鐵屑、雜質(zhì)等趕出。對物料管道而言，若有雜質(zhì)留存在管道內(nèi)，可能會對泵、閥門等設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p傷；對空氣管道而言，會損傷氣動閥門的配件，造成過濾減壓閥堵塞、電磁閥靈敏度降低、氣缸內(nèi)部劃傷等后果，使得設(shè)備帶傷運行，壽命降低或直接損壞。所以，在管道安裝完畢后先不要急著安裝設(shè)備，使用壓縮空氣對管道進行吹掃除渣，若管道過長則應(yīng)分段進行，清理得越干凈，今后生產(chǎn)中設(shè)備運行越穩(wěn)定。

四、自動化生產(chǎn)線的運行及管理

1.實行生產(chǎn)線巡查制度。為防止現(xiàn)場儀表或連接電纜出現(xiàn)問題，建立可靠的巡查制度是非常必要的。因為自動化生產(chǎn)線的人員較少，現(xiàn)場的情況只能依靠儀表進行了解，一旦儀表誤報，對生產(chǎn)控制是致命的，如液位儀表報錯可能導(dǎo)致罐內(nèi)物料溢出，稱重儀表或溫度計誤報可能導(dǎo)致物料計量錯誤或溫度控制偏差。儀表誤報可能導(dǎo)致生產(chǎn)失敗、物料報廢等嚴(yán)重后果，因此，定期核對現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和中控數(shù)據(jù)必不可少。

2.完善的維護保養(yǎng)制度。自動化設(shè)備比手動設(shè)備復(fù)雜、精密度高，其價值也較高，因此，需指派專人對自動化設(shè)備進行維護保養(yǎng)，定期檢查設(shè)備運行情況，發(fā)現(xiàn)問題立即糾正，各監(jiān)測儀表需定期自?；驒z定，以保證其正確運行。

3.嚴(yán)密的員工操作培訓(xùn)制度。自動化生產(chǎn)線中，無論是在現(xiàn)場還是在中控，其操作方法與傳統(tǒng)生產(chǎn)都存在很大差異，對操作員的素質(zhì)要求更高。因此，必須建立一套完善的培訓(xùn)制度。不管是現(xiàn)場操作員、現(xiàn)場巡查員，還是中控操作員，都必須能夠及時發(fā)現(xiàn)狀況，妥善處理突發(fā)事件，減少風(fēng)險，降低損失，這一點對自動化生產(chǎn)線的正常運行來說非常重要。

外加劑的生產(chǎn)，從以前的小作坊發(fā)展到今天的規(guī)?；詣踊S，其中需要探索和改進的東西還有很多，因為這涉及到多類專業(yè)的結(jié)合，如機械、化工、儀表、自動化、工藝設(shè)計等，我們需要去了解各類專業(yè)知識，將其融合運用到外加劑生產(chǎn)中，不斷改進和創(chuàng)新，這樣方可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)控制的最優(yōu)化和企業(yè)效益最大化。