球磨生產過程信息化相結合綜合管控平臺設計

摘要：本文主要介紹了計算機自動控制和管理陶瓷球磨生產過程的原理、設計和安裝工藝及其技術，闡述了自動控制和管理陶瓷坯料投料至球磨生產過程的相關設備參數設定及其工藝要求，并分析了系統對該生產過程的制控以及提升產品質量和降低能耗的情況。

關鍵詞：喂料機；球磨；信息化；RS485

1 前言

球磨工序是陶瓷生產的主要環節之一，也是陶瓷生產過程中耗能較高和比較復雜的環節。保證為后續環節提供高質量的原料，并控制好能耗，是球磨工序三維主要任務。球磨生產過程結合信息化綜合管理平臺，以先進的計算機技術結合球磨工藝提升生產過程管理。以先進的監控設備為基礎，整合技術和設備融合，實現生產過程各個設備的實時狀態監控和管理；實現了工藝人員對生產坯料配方的遠程管理，以及對配方生產的各個關鍵環節的自動監控：實現了從原料到漿料的生產環節自動追蹤，以及管理人員對個球磨運行狀態和能耗情況的監管；有效提高了工作效率，提高了企業的管理水平，提升了企業的核心競爭力。

2 總體規劃與具備的功能

該生產過程綜合管理平臺采用三級網絡結構：以企業級系統管理軟件為中心；車間級數據采集工作站為中間層；生產線上的監控前端、RS485和以太網為通訊平臺（如圖1所示），組成一個技術先進、功能齊全、實時性高、網絡化、自動化的球磨生產線信息化綜合管理平臺。系統所實現的主要功能如圖2所示。

（1）工藝配方管理

工藝配方管理的主要功能為編輯工藝配方，并發送給喂料機監控前端。

（2）配料過程控制

配料過程控制的主要功能為喂料機監控前端。控制配料員按照配方文件精確配料，并記錄配料結果。

（3）球磨實時監測

球磨實時監測的主要功能為實時監測球磨機的電流、電壓、功率、功率因數等參數，識別球磨當前狀態（如：進球、開球、停球等）以及正在執行的配方單。

（4）生產流程跟蹤

生產流程跟蹤主要功能為跟蹤一個配方從配料到放漿的完整過程，并記錄實際原料配比、球磨時間、化驗結果以及用電量等數據。

（5）數據存儲

數據存儲的主要功能為存儲喂料機、球磨機的生產和能耗數據。

（6）生產數據統計分析

生產數據統計分析的主要功能為查詢歷史生產數據，如：配方執行流程、原料消耗等情況。

（7）能耗監測績效考核

能耗監測績效考核的主要功能為提供豐富的報表功能，按設備統計能耗情況，為合理安排錯峰生產提供重要參考；按生產統計能耗情況，為考核提供重要依據。

3 具體實現

3.1監控前端

監控前端安裝在生產線現場，對設備狀態進行實時監測，包括喂料機監控前端和球磨機監控前端。

3.1.1喂料機監控前端

各喂料機除有稱重功能外，還增加數據采集和流程控制設備，主要由LED顯示屏、PLC和智能終端（ARM9+WinCE6.0的人機交互界面）組成（如圖3所示）。該模塊既可獨立工作，又可以無縫融入整個信息化平臺，實現統一管理。

其主要功能有：

（1）數據交互

數據交互基于RS485總線開發的專用通訊接口可以接收工藝人員通過系統管理軟的客戶端發送的配方文件，傳輸喂料機實時狀態和配料數據等內容到數據庫數據采集工作站。

（2）配方管理

配方管理存儲來自工藝人員發送的配方文件或在智能終端上直接錄入配方文件，生產人員按照生產要求直接調用所需要的配方文件。

（3）配料監控

根據生產人員所調用的配方文件和采集到的數據通過運算，在LED顯示屏上顯示出當前正在進行的配方名、物料名和需配重量，配料人員必須按照LED提示進行配料操作，否則系統會產生報警信息直到配料正確。

（4）數據緩存

數據緩存主要為緩存配方文件和已經完成的配料數據。

3.1.2球磨機監控前端

各球磨機監控前端按照無人值守設計理念，可完成進球球號、球磨機啟停、球磨機電力參數的自動監控功能。相關設備有開關量輸入模塊、光電開關、多功能電子電表。

其主要功能有：

（1）進球球號檢測

進球球號檢測為每臺球磨機的入口安裝一組光電開關，根據球磨機進料口的光電開關狀態、輸送帶狀態和喂料機狀態判斷出原料的進球球號。

（2）球磨機啟停檢測

球磨機啟停檢測為每臺球磨機的開關安裝開關量采集模塊，根據返回的開關狀態可判斷球磨機的啟停狀態。

（3）電力參數監測

電力參數監測為每臺球磨機安裝多功能的電子式電表，實時監控球磨機的電流、電壓、功率、功率因數以及用電量。

3.2數據采集工作站

數據采集工作站基于VC++和SQL Server開發，為保證數據實時性與穩定性，工作站設計連接的喂料機監控前端不超過4個，球磨機監控前端不超過64個。工作站通過RS485總線與各監控單元連接（如圖4所示），所有的前端喂料機、球磨機等設備使用圖形顯示（如圖5所示），實時監測各個設備的運行狀態和運行參數。

其主要功能有：

（1）實時監控

實時監控通過RS485總線與前端設備實時通訊，將設備狀態和電力參數以圖形化和圖表形式顯示。

（2）配方跟蹤

配方跟蹤通過監控前端反饋喂料機和球磨機狀態，分辨其配料時間、進球時間、開球時間、停球時間、實際球磨時間以及耗電量和電費。

（3）數據存儲

數據存儲是將配料結果、能耗數據等存入平臺數據庫。

（4）指令轉發

指令轉發是將來自系統軟件客戶端的發送配方、刪除配方等用戶操作轉發給前端設備，并將前端設備的執行結果反饋給用戶。

3.3系統管理軟件

系統軟件基于B/S/S三層體系設計（如圖6所示），支持WEB服務和數據庫服務分布式部署，以支撐大規模應用。系統設計開發遵循J2EE標準，J2EE標準是由SUN、IBM、BEA、ORACLE等許多大型公司共同制定的企業級應用技術框架標準，在企業應用中廣泛使用。數據庫采用SQL Server，與數據采集工作站共用平臺數據庫。

系統管理軟件的目標如下：

（1）用于分散在各地的分廠生產用電量（球磨機用電量）及成本的集中監控、統計。讓經營者能夠清晰地了解用電成本，為改進用電成本提供數據支持；

（2）生產遠程管理，包括喂料機狀態查詢、球磨機狀態查詢、配方新增、配方查詢功能。讓經營者實時了解設備生產情況，并能管理生產配方：

（3）讓生產管理都及時了解各設備的生產情況。為生產計劃和排產提供決策依據：

（4）讓經營者能夠獲取生產的統計分析數據，了解配方、原材料、生產部門的情況。

其主要功能有：

（1）基礎信息管理

基礎信息管理包括機構管理、員工管理、工作站管理、喂料機管理、球磨機管理、電表管理；

（2）生產管理

生產管理包括配方管理、球磨機狀態監控、喂料機狀態監控；

（3）統計報表

統計報表用電量統計（按機構、年度、季度、月）、電費統計（按機構、年度、季度、月）、球磨機運行統計、配方統計，提供作業明細、報表查詢。

4 總結

球磨生產過程信息化綜合管理平臺是改善和提高球磨生產線生產質量、監測設備運行狀況、合理利用電力資源的重要保證。為工藝部門提高了工藝配方管理水平和生產質量跟蹤平臺；為生產部門合理安排生產計劃提供參考；為管理部門的績效考核和節能降耗提供詳細客觀的基礎數據；為企業的合理規劃與科學決策提供重要依據。因此，對生產具有重要的意義。