牙膏生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)改造探討

劉奇?zhèn)?龍趙祥

(柳州兩面針股份有限公司，廣西 柳州 545006)

引言

生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要是設(shè)備的自動(dòng)化。在上世紀(jì)80年代初，我國(guó)牙膏企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)均采用繼電器邏輯控制、人工磅稱計(jì)量方式進(jìn)行牙膏生產(chǎn)。采用這種技術(shù)設(shè)計(jì)制造的制膏、灌裝、包裝等生產(chǎn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，成本低廉，但存在系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、安全性及可維護(hù)性較差等問(wèn)題。

80年代中后期，出現(xiàn)了可編程序控制器PLC為主控單元，以數(shù)字化電子稱、數(shù)字化流量計(jì)為計(jì)量單元的控制模式的制膏設(shè)備系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的廣泛運(yùn)用，采用這種技術(shù)的制膏設(shè)備系統(tǒng)具有可靠性高、準(zhǔn)確計(jì)量、自動(dòng)化程度高，從而保證了膏體的質(zhì)量。

在90年代，隨著數(shù)據(jù)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)中的運(yùn)用，基于可編程序控制器PLC為主控單元，以數(shù)字化電子稱、數(shù)字化流量計(jì)為計(jì)量單元的控制模式的制膏設(shè)備系統(tǒng)引入工控PC作為系統(tǒng)總控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、工藝和配方編輯下載，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)上傳，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，打印生產(chǎn)報(bào)告等，制膏系統(tǒng)自動(dòng)化程度和可靠性越來(lái)越高。這個(gè)時(shí)期，我國(guó)牙膏行業(yè)的制膏系統(tǒng)廣泛采用這種技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化改造；而牙膏灌包裝設(shè)備也采用了可編程序控制器PLC控制技術(shù)、光電技術(shù)，使整個(gè)牙膏行業(yè)的自動(dòng)化程度得到質(zhì)的飛躍。

進(jìn)入本世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展引發(fā)了信息化時(shí)代的到來(lái)，牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)引入了信息管理概念，系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、信息化、全自動(dòng)化發(fā)展。基于PLC控制的伺伏控制技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)向高速、高效率方向發(fā)展。

本文以我公司的生產(chǎn)系統(tǒng)情況為例，采用信息網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，對(duì)牙膏生產(chǎn)全過(guò)程自動(dòng)化進(jìn)行了技術(shù)改造。經(jīng)過(guò)改造后的牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)，減少了人為因素的影響，進(jìn)一步提高了牙膏的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 技改的系統(tǒng)

牙膏生產(chǎn)過(guò)程中，影響產(chǎn)品的質(zhì)量及安全的環(huán)節(jié)主要有：準(zhǔn)確稱量各種原料、從管道全部輸送到制膏鍋內(nèi)、制膏過(guò)程中實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝控制、灌裝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并準(zhǔn)確稱量、生產(chǎn)全過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄及時(shí)準(zhǔn)確、出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理等。

技改的目的就是針對(duì)上述各環(huán)節(jié)，通過(guò)先進(jìn)的手段，實(shí)現(xiàn)主要原料的自動(dòng)輸送、貯存，各原料準(zhǔn)確按配方全自動(dòng)計(jì)量，制膏機(jī)制膏過(guò)程按工藝程序全自動(dòng)完成，制膏現(xiàn)場(chǎng)做到無(wú)人化，從灌裝、小盒包裝、大箱包裝、堆垛都能自動(dòng)協(xié)調(diào)進(jìn)行。實(shí)施技改的系統(tǒng)包括：①原料自動(dòng)輸送、貯存控制系統(tǒng)；②原料自動(dòng)計(jì)量控制和制膏自動(dòng)控制系統(tǒng)；③灌裝、包裝自動(dòng)控制系統(tǒng)；④中央控制系統(tǒng)(包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖象監(jiān)控系統(tǒng))；⑤生產(chǎn)調(diào)度實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)；⑥實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)等。

2 控制流程

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備狀況，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)化控制，詳細(xì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 各系統(tǒng)改造方案

3.1原料輸送、貯存自動(dòng)控制系統(tǒng)

本單元為牙膏生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的公共單元，控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)PLC、人機(jī)界面可視化PC、控制主站、傳感器、馬達(dá)、閥門構(gòu)成。可獨(dú)立完成包括粉料風(fēng)送控制、緩沖罐貯存監(jiān)控；液料泵送控制、緩沖罐貯存監(jiān)控、液料庫(kù)罐存量監(jiān)控。在執(zhí)行主控任務(wù)的同時(shí)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與各制膏系統(tǒng)、上位中央控制工控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，記錄和工況實(shí)時(shí)顯示，工控PC可以進(jìn)行輸送速度、貯存量、氣壓等參數(shù)，設(shè)定投料現(xiàn)場(chǎng)有生產(chǎn)調(diào)度實(shí)時(shí)顯示屏(投料PC)。有投料品種確認(rèn)系統(tǒng)，確保投料準(zhǔn)確無(wú)誤。在自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可進(jìn)行手動(dòng)控制；即便系統(tǒng)上一層出現(xiàn)故障時(shí)，下一層也能獨(dú)立完成自動(dòng)或半自動(dòng)控制。

3.2原料自動(dòng)計(jì)量控制及制膏自動(dòng)化系統(tǒng)

本單元的控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)PLC、人機(jī)界面觸摸屏、控制主站、電子稱、在線質(zhì)量檢測(cè)儀表、溫度壓力傳感器、馬達(dá)、閥門構(gòu)成。工藝、配方由上位工控PC計(jì)算機(jī)下載，系統(tǒng)按配方自動(dòng)完成粉料計(jì)量、液料計(jì)量，按工藝要求全自動(dòng)按程序完成順序進(jìn)料、制膏工藝過(guò)程、進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。在執(zhí)行主控任務(wù)的同時(shí)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位中央控制工控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，記錄和工況實(shí)時(shí)顯示，輸出生產(chǎn)報(bào)告。在上位計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，下層也能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面觸摸屏獨(dú)立進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)控制。控制主站故障時(shí)，單機(jī)能手動(dòng)操作控制。系統(tǒng)有過(guò)程斷點(diǎn)記憶保護(hù)功能，確保故障停機(jī)或人為停機(jī)生產(chǎn)工藝過(guò)程安全，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3牙膏灌裝、包裝自動(dòng)控制系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)配置牙膏自動(dòng)灌裝、自動(dòng)小盒包裝生產(chǎn)線，自身自帶PLC和人機(jī)界面，需再配套自動(dòng)大箱機(jī)，形成從膏體灌裝到裝大箱包裝的全自動(dòng)生產(chǎn)線，增加灌裝機(jī)自動(dòng)加膏、灌膏自動(dòng)穩(wěn)壓，以保證牙膏支重穩(wěn)定。生產(chǎn)線的自動(dòng)灌裝機(jī)、自動(dòng)小盒包裝機(jī)、中包裝自動(dòng)堆垛機(jī)的PLC完成自身的主控，灌、包裝生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)有生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示屏，由中央控制室對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度控制。

3.4中央控制系統(tǒng)(包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖象監(jiān)控系統(tǒng))

自動(dòng)計(jì)量及制膏自動(dòng)化是系統(tǒng)的核心，中央控制必須圍繞核心展開。中央控制系統(tǒng)應(yīng)包括：①生產(chǎn)管理系統(tǒng)，含批次管理、配方管理、定義工藝流程、控制管理、過(guò)程管理、質(zhì)量管理、物流管理、操作者管理等。授權(quán)人可以通過(guò)中央控制工控PC進(jìn)行配方編輯、修改、貯存、下載系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行；授權(quán)人可以中央控制工控PC進(jìn)行批次生產(chǎn)計(jì)劃的編輯、修改、貯存、下載系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行；同樣授權(quán)人可以通過(guò)中央控制工控PC進(jìn)行定義、修改工藝流程、下載系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行；系統(tǒng)必須對(duì)操作者權(quán)限進(jìn)行確認(rèn)；還可以進(jìn)行控制管理、過(guò)程管理、質(zhì)量管理、物流管理等。②實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)中央控制工控PC、網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)控、通過(guò)中央控制工控PC顯示器和大屏幕投影墻對(duì)整個(gè)牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示監(jiān)視。③實(shí)時(shí)圖象監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭，通過(guò)中央控制工控PC顯示器和大屏幕投影墻對(duì)整個(gè)牙膏生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯像監(jiān)視。

3.5實(shí)時(shí)電子顯示系統(tǒng)

實(shí)時(shí)電子系統(tǒng)用于顯示生產(chǎn)調(diào)度信息。由于制膏現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)，制膏現(xiàn)場(chǎng)可不安裝電子顯示屏，因?yàn)橹聘鄼C(jī)的觸摸屏可顯示工控PC下載的調(diào)度文本信息。在投料現(xiàn)場(chǎng)和灌、包裝安裝電子顯示屏是出于生產(chǎn)調(diào)度目視化管理目的，保證生產(chǎn)過(guò)程銜接無(wú)差錯(cuò)，從節(jié)約成本角度考慮，同樣可以利用現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的觸摸屏顯示工控PC下載的調(diào)度文本信息。

3.6實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)

實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)是基于生產(chǎn)調(diào)度聯(lián)絡(luò)和設(shè)備維修聯(lián)絡(luò)的系統(tǒng)，由于在生產(chǎn)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)需要及時(shí)聯(lián)系，一般情況下建議使用手持步話機(jī)系統(tǒng)更方便些。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)自動(dòng)化技術(shù)改造后的牙膏生產(chǎn)系統(tǒng)，制膏過(guò)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化，減少了人為因素造成稱量不準(zhǔn)和錯(cuò)誤的問(wèn)題，膏體質(zhì)量大幅度提高；噸膏體投料時(shí)間從原來(lái)的10分鐘縮短至4分鐘，制膏時(shí)間從原來(lái)的90分鐘縮短至30分鐘，大幅度提高生產(chǎn)效率，從而提高了生產(chǎn)效益。同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化過(guò)程控制，通過(guò)全封閉控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物料自動(dòng)跟蹤、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等，提高了生產(chǎn)效益和產(chǎn)品的質(zhì)量，技改取得了良好的效果。