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高分子企业具体智能化解决方案详解!

2018-09-12 16:49:59

前言
高分子材料化工工艺复杂,国内大多数化工厂存在生产环境恶劣、自动化水平较低,反应给料采用手动给料,人工观察给料量和液位,根据人工判断进行手动进行调节。由于调节不及时,运行不稳定,常常会影响整个工艺流程的稳定性和设备的安全性。因此,实施自动控制意义重大。
同时,由于化工高分子材料工艺流程的特点,大的用电设备较多,如反应釜、挤塑机、搅拌罐等,有的甚至是高压设备,成为生产环境中的干扰源,如高压电磁场干扰、强电信号干扰、大型用电设备启/停信号的干扰等,只有采用合理有效的防干扰措施,才能使自动控制系统正常稳定地运行。
结合国内化工厂自动化的运行情况和高分子材料公司的实际流程,此次高分子材料工厂的智能化制造方案的设计本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则,采用目前国际领先的通讯技术方式,该控制系统的实施能及时掌握和了解工艺流程中各设备的运行工况、工艺参数的变化,有效优化工艺流程,保证工艺流程稳定、安全的运行,并降低运行成本,提高管理水平,使之长期稳定地运行,对高分子材料的生产现代化具有重要的意义。

一.设计概要
1.设计依据
以客户提供的图纸、方案资料、需求说明文档和现场调研为设计依据。
2.设计原则
(1)系统的合法性
方案的设计、安装、调试、维护符合国家行业有关规定和有关部门技术防范要求。
(2)系统的可靠性原则
在控制原理、工控设备选型上,尽量选择抗干扰能力强、电磁兼容性和安全性符合现场工业要求的国际品牌或国内知名品牌产品;对控制系统软件的设计和配置上保证所提供的软件是当今国际计算机控制领域公认的、稳定可靠的、工业标准的实时操作软件,具有很高的容错能力。
(3)系统的先进性原则
充分考虑自动控制领域技术的迅速发展,参考目前自动控制设备的发展水平,融合具有国际先进性、成熟的技术,在自动控制系统硬件和系统软件的选型上首选国际市场的成熟产品,确保控制系统在交货时是目前市场上最先进的、最新版本的产品。
(4)系统的易维护性原则
系统要易于管理、易于维护,操作简便。
(5)系统的可扩展性原则
本着长远发展的观点,考虑到技术更新、设备增加和改造的需要,该系统的软硬件应能方便地进行调整、修改、扩充,在采用新技术的同时保护现在的投资。
(6)系统的开放性原则
所有的网络必须是完全开放的总线技术,符合国际公认的IEC61158网络标准总线,网络应具备良好的可连通性和互操作性,具备成熟的第三方连接能力,控制协议是广泛应用的标准协议,能体现当今计算机技术和信息技术的发展水平。
(7)系统完善性原则
保证提供的系统是完整的、可靠的、完全满足现场生产的需要,确保系统的硬件、软件的完整性和兼容性。
(8)性能价格比原则
在确保系统性能有效、稳定可靠的基础上,考虑系统先进性的同时,在满足自动控制的要求下,尽量降低系统造价,以达到最佳的性能价格比。
3.设计目标
高分子材料智能化制造,采用先进的检测仪表、电气控制设备和现场总线控制系统,融先进控制技术、通讯技术、信息技术、网络技术、计算机技术于一体,高分子材料智能化制造系统和优化控制平台,实现生产过程自动化、控制智能化,为高分子工厂建设成国内领先、国际先进的数字化工厂奠定基础。
 
二. 系统设计
1.系统构成

国工智能制造管理平台软件产品参考国际顶尖级企业制造管理系统架构设计技术,依靠系统里各项生产管理模块来控制企业每个生产环节,来进行实时监控与管理,在利用公司研发的软件(大数据、国工智能数据分析平台、国工智能制造管理平台与硬件进行完美的融合。

1.1数据采集
通过分布式部署的服务器完成生产过程数据、经营管理数据、商业管理数据等大量数据的实时采集,实现快速数据解析、转换、装载并进行数据整合。采集方式可以通过:终端手工输入、设备连线、传感器数据、条码/RFID/CCD数据等。
破碎机
工人将整托盘的原料胶块放到抓胶工位由机器人将胶块抓起放到输送机上,输送机自动运转将胶块送到破胶机中然后输送机自动停止,破碎机同时启动开始破胶工作,同时开启隔离粉输送风机将隔离粉吹到破碎后的胶粉中,直到胶块被打碎。
破碎机、隔离粉输送机的转速、工作时间、工作状态都会在组态画面中监视,启动时间和工作时间都可设置。
补料仓
破碎机设定时间,自动检测补料仓是否存料,缺料报警自动补料。
高速搅拌机
高速搅拌机的电机转速、工作时间、工作状态、温度都会在组态画面中监视,加料后自动启动高速搅拌机延时加油加料,高速搅拌机工作时间、温度、加油延时可设置。
低速搅拌机
采集低速搅拌机的工作状态。
失重称
监控时间内投料量、实时流量、工作时间。在达到底限的时候触发报警提示进行搅拌机补料作业。失重称所有数据采集到系统,出现误差可报警。
双螺杆挤塑机
采集螺杆输送机工作状态以及转速,采集螺杆挤塑机的主机转速、扭矩电流、工作时间以及耗电量,采集1到16区的温度数据,低于或高于设定值范围报警,检测前端过滤网压力高于设定值报警停机,采集抽真空压力数据达到底限报警。
水下切粒
采集水下切粒电机工作状态、转速、温度、运行时间等数据。检测冷却水箱温度并控制温度,甩干电机状态转速、运行时间。
均化干燥机
监控各仓温度及压力数据超出设定值报警,采集均化仓ABC仓中的循环时间。
自动化包装生产线
   采集金检或重检的信息数据,机械手码垛数量。

1.2报警控制
可编程控制器、上位机软件、组态软件、网络通讯均采用德国西门子产品,采用多机架及工业以太网等先进的网络通讯技术,实时动态显示现场设备状态及主要设备的工艺参数,并对远程设备下达各种指令。
(1)上位机组态画面与现场设备相对应,显示带动态过程变量和设备状态的生产流程图,使生产过程一目了然,操作人员通过计算机可方便地对生产过程进行操作和监控。
(2)报警功能:现场设备出现故障或变量超出预警值时,屏幕会弹出报警画面或故障设备参数,并伴有现场声响警示灯报警提示操作人员予以处理,预警功能能有效地将事故扼制于萌芽状态,对于出现故障的现场设备则能及时发现处理,有效减少故障停车时间。
(3)事件记录及故障报警记录:操作员操作记录,交接班记录、工艺参数或设备状态改变及报警信息可实现记录。
 
1.3过程追溯
通过二维码为载体进行精细化管理,车间在制品更加清晰透明,保证生产合规,扫描条码记录生产加工过程中的人员、设备和物料,形成完整的电子批记录,方便追溯追踪采集工艺参数,不断优化生产工艺,对设备进行自动化控制。

1.4设备管理
通过设备监测与设备安全管理,达到保障设备安全、减少故障停机时间和提高设备作业率的目的。设备利用率分析、设备事故信息、设备保养记录、设备点检记录、设备维修记录、设备备件等。
预见性维护,当达到设定的维护时间、使用寿命提示更换。电机,工装类,螺纹套等。


1.5中控室管理
对工业现场实施工业看板,能够及时了解生产流程的工作情况。为今后了解各工序的生产情况,随时了解各主要生产环节的实时生产状况,处理突发事件,自动化控制操作奠定基础,同时兼顾安防作用,有利于控制中心的集中控制、实时调度、统筹安排生产。

1.6报表管理
建立从局部到全局、从建模到决策的层级化数据分析,形成可视化图表,预测和分析未知错误和潜在问题。实现数据质量和数据管理、预测性分析、可视化分析。
显示变量趋势图(实时趋势和历史曲线),能同时显示多个模拟量数值的趋势,并具有历史数据回顾和储存功能,方便选厂流程考查和数据分析。
 

2.系统操作设计
2.1系统操作
1. 在每条线旁边设计机旁箱或现场控制箱(柜),以便操作工操作监控和现场检修人员或巡检人员在现场设备检修时或发现问题时现场操作,如:现场检修,现场就地运行以及安全停车和安全保护设施等。
2. 在集中运行时,螺杆机、失重称、等设备由现场发出信号,根据螺杆转速比例为标准,百分比进行匹配,根据时间的设定同步启动。失重称按照延时进行启动。时间参数可自行设置。
2.2硬件设计


1.基本设计思想
为了适应化工行业工业现场环境的复杂性、恶劣性,在系统可靠性设计方面做了大量的工作,可以适应湿度、温度、电网、噪声、震动等因素变化较大的工业场合。系统显示直观,操作方便,运行可靠。系统的核心单元采用抗工业恶劣环境能力强,长期运行可靠的PLC实现,上位机采用工业控制机完成数据集中管理任务,PLC作为下位机,完成独立系统的分散控制功能,数据传输通过高可靠的工业网络实现。
控制系统除了上述的常规功能以外,还具有以下独特的功能特点:
等电位设计具有良好的接地系统避免设备因过压而遭损坏;抗干扰设计具有避免因信号干扰而影响控制效果。主要包括:所有控制电缆均选择屏蔽电缆,采取必要的措施抑制变频器谐波的影响;保证控制系统正常运行。
2.德国SIEMENS公司控制方案
拥有数多个制造厂的德国SIEMENS公司是世界上最大的自动化设备生产厂之一,产品可靠,适合化工行业采用。
控制器单元:主控单元采用德国西门子公司的S71500系列PLC通过工业以太网环网与控制室相连,工程师站通过工业以太网对现场工艺流程数据进行显示和过程控制。
上位机单元:上位机采用研祥IPC工业控制机。
网路与传输:上位机与PLC之间采用屏蔽网线连接,PLC和各子站之间采用工业以太网络连接,实现了数据传输的高可靠性。






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