耐火材料自動化配料系統(tǒng)的改造建設(shè)

靖長續(xù)，李春雷

（山信軟件股份有限公司，山東 濟南250101）

1 前 言

耐火材料的配料是耐火材料生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán)，配料的精度決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，當今的許多耐火材料生產(chǎn)企業(yè)受早期設(shè)備條件及技術(shù)水平的影響，配料系統(tǒng)普遍自動化程度不高，具體表現(xiàn)為人員經(jīng)驗水平影響配料精準度、配料過程無法做到實時監(jiān)控、生產(chǎn)環(huán)境惡劣等一系列的問題［1］。如今，隨著人工成本上升、市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求提高、國家環(huán)保標準的一再上調(diào)，使這些耐火材料生產(chǎn)廠已經(jīng)無法滿足當今市場的要求［2］。生產(chǎn)耐火材料會產(chǎn)生大量污染，耗用大量資源，隨著綠色經(jīng)濟的到來，減少耐火材料在生產(chǎn)過程中的耗用，對環(huán)境保護與資源節(jié)約具有積極的意義［3］。為此，結(jié)合當下的工藝設(shè)備條件，對現(xiàn)有的工藝、設(shè)備、產(chǎn)線進行自動化等方面的改造，是降低企業(yè)生產(chǎn)成本，符合國家標準，提升市場競爭力的必選之道。

2 配料系統(tǒng)的改造目標

改造的根本目標是在提升企業(yè)競爭力的同時降低生產(chǎn)成本，降低操作難度，令操作人員可以快速上手，簡化操作進而減少勞動力需求，提高配料精度提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證連續(xù)配料從而增加生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過程中的污染，滿足國家環(huán)保要求。為達到這些目的，可以從降低配料誤差、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低人工成本、改善生產(chǎn)環(huán)境以及提高科學(xué)管理手段等方面著手，為此，對配料系統(tǒng)的改造應(yīng)達到以下目的:1）實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與分析。2）實現(xiàn)對配料過程的實時監(jiān)控與管理。3）實現(xiàn)配料過程的自動化與連續(xù)生產(chǎn)。4）降低對人工的需求。5）對生產(chǎn)環(huán)境進行改善。

3 配料系統(tǒng)改造的具體實現(xiàn)

3.1 現(xiàn)場設(shè)備的改造

改造并非新建，對原有設(shè)備應(yīng)做到盡可能的保留。設(shè)備方面在保留符合條件的原料倉、給料機、混料機的基礎(chǔ)上，增加稱量斗和皮帶輸送機或者選用逐漸興起的皮帶秤稱量系統(tǒng)（成本較高）。建設(shè)的自動配料線應(yīng)在符合要求的情況下盡可能的短，以達到快速配料的目的。在條件允許的情況下最好能建設(shè)多條生產(chǎn)線，用于滿足不同品種和批次耐火材料的生產(chǎn)需求。通過改造，保證多批次不同規(guī)格耐火材料可以一同生產(chǎn)，從而有效提升生產(chǎn)效率。

為了改善配料環(huán)境，降低環(huán)境污染，減少職業(yè)病的產(chǎn)生，應(yīng)對輸送皮帶加裝封閉式保護外殼進行全封閉式運輸，同時在出料口與卸料口附近加裝水幕除塵器等相關(guān)除塵設(shè)備裝置，以降低配料過程中的揚塵污染，從而達到改善生產(chǎn)環(huán)境的目的。

3.2 配料工藝的改造

配料過程可按步驟分為兩個環(huán)節(jié)，即取料環(huán)節(jié)和送料環(huán)節(jié)，下面對這兩個環(huán)節(jié)進行詳細說明。

3.2.1 取料環(huán)節(jié)

對于取料環(huán)節(jié)，可分兩步執(zhí)行，即取料和稱重。由于皮帶秤運輸系統(tǒng)造價高昂且維護成本較高，所以分步執(zhí)行取料和稱重。為了減少成本并保證配料的精確性，采用給料機傳輸原料的方式來取代傳統(tǒng)的人工送料方式，即:料倉→給料機→輸送皮帶→稱量斗。在料倉出口加裝可被遠程操控的快速切斷閥控制配料投放至給料機，然后通過變頻控制給料機的電機，將配料通過皮帶運輸至配料小車上的稱量斗。由于稱量斗具備物料存儲、稱重及信號傳送的功能，所以將稱量斗接入PLC控制系統(tǒng)，通過稱量斗的稱重傳感器可將物料累計量傳送至PLC，PLC利用重量反饋控制給料機變頻器和料倉出口閥等相關(guān)設(shè)備，控制給料機給料速率以及控制物料投放，實現(xiàn)精準取料。

3.2.2 送料環(huán)節(jié)

送料環(huán)節(jié)通過移動小車來實現(xiàn)，移動小車選擇自帶除塵系統(tǒng)及破拱裝置的移動配料車［4］。破拱裝置能有效解決配料凝固以及堵塞的問題，自帶的除塵系統(tǒng)可以在實現(xiàn)自動化改造的同時改善生產(chǎn)環(huán)境。移動配料車可根據(jù)事先設(shè)定好的配方要求，在不同出料口下行走移動，通過光電開關(guān)或行程開關(guān)自動控制小車在對應(yīng)輸送皮帶出口位置下找位配料。配料車上裝配1個或2個稱量料斗，通過稱量料斗以及對輸送皮帶的速度控制實現(xiàn)精準配料，配料完成后配料小車再移動至目標排料口自動找位進行卸料。

3.3 控制系統(tǒng)的改造

PLC通過微處理芯片驅(qū)動，擁有優(yōu)秀的抗干擾能力與穩(wěn)定性，特別適用于連續(xù)過程控制，所以配料系統(tǒng)采用PLC為核心的遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制。通訊方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行選擇，考慮到后期的可擴展性，PLC應(yīng)選用模塊機，為實現(xiàn)對應(yīng)的系統(tǒng)功能應(yīng)選取合適的模擬量輸入/輸出、數(shù)字量輸入/輸出功能模塊。合理分配PLC的I/O資源，選件時最好能再取25%的余量以應(yīng)對可能的變更。

上位畫面的目的是讓操作人員及管理者通過對現(xiàn)場設(shè)備及運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，通過簡單地控制，實現(xiàn)操作人員及管理者對配料過程的配置、設(shè)定以及管理。上位程序的選擇應(yīng)與下位程序相匹配，如下位程序選擇了西門子的S7或博圖，上位程序就該選擇WINCC，諸如此類。為滿足自動配料需求，上位畫面應(yīng)包含設(shè)備運行實況、配方管理、記錄和查詢、打印報表功能，相關(guān)設(shè)備應(yīng)在實現(xiàn)遠程控制的同時，在現(xiàn)場也可通過按鈕等手動就地操作。

應(yīng)對物料使用情況及各相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時更新并保存，對重點參數(shù)應(yīng)以報表形式呈現(xiàn)。下位程序應(yīng)盡量簡單化，采用模塊化方式進行開發(fā)，方便后期維護與修改。針對配料過程的滯后性，應(yīng)根據(jù)稱量斗內(nèi)配料重量對給料機變頻器進行PID控制。如果單純PID無法進行有效調(diào)節(jié)，則采用模糊控制+PID調(diào)節(jié)的方法，控制配料在允許范圍之內(nèi)，達到精準配料的目的。

4 對配料系統(tǒng)改造的展望

計算機技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，不僅令配料控制變得輕松，降低了準入門檻的同時還避免了不利的突發(fā)事件的發(fā)生，令耐火材料生產(chǎn)的配料過程更加快速、準確、高效、安全。由于科技的發(fā)展以及兩化融合概念的不斷完善，以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，耐火材料生產(chǎn)廠配料生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化程度也會越來越高，逐步向著模塊化、集成化、信息化方向發(fā)展。配料過程也越來越依賴各類型機械設(shè)備之間的配合，工作人員只要經(jīng)過簡單的培訓(xùn)，學(xué)會控制設(shè)備運行即可滿足對應(yīng)的需求。

5 結(jié)語

隨著我國耐火材料產(chǎn)量的逐年提升以及國家去產(chǎn)能優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方針的施行，耐火材料生產(chǎn)廠已經(jīng)到了優(yōu)勝劣汰的關(guān)鍵時期。2019年耐火材料行業(yè)的15項標準更是加速了優(yōu)勝劣汰的進行。通過結(jié)合原有配料設(shè)備，對設(shè)備、工藝、自動化進行改造提升，可有效提高耐火材料生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，改善生產(chǎn)環(huán)境，提升耐火材料生產(chǎn)企業(yè)競爭力，加速企業(yè)向?qū)I(yè)型生產(chǎn)商轉(zhuǎn)變的同時，也為耐火材料生產(chǎn)企業(yè)配料系統(tǒng)的自動化改造提供了新的思路。