有机酸灌装线的工艺特点及控制方案

 有机酸是化工、食品等行业的重要原料，因其单位价值高、品种规格繁多，且生产投资巨大，所以对自动灌装生产线要求较高，国内尚无此类生产线，从国外引进则需要花费几百万美元以上，因此，国内开发既可以节约外汇，又可以为用户提供及时便利的服务，同时大大提高企业生产的自动化水平。

　　系统工艺描述

　　在我所承接的有机酸自动灌装生产线项目中，用户的产品品种有三种（1#、2#、3#），每个品种的计量规格也有三种（A、B、C），因此组合后将有9种生产规格，品种规格多样使系统配置和功能较为复杂。有机酸的特点是：腐蚀性*、产品价值高、密度不稳定、流速压力也不稳定。因此在设计和制造过程中，用户除了对生产线的使用材料的耐腐蚀性有较高的要求外，还要求在灌装过程中防止滴漏，并提出了较为苛刻的精度和速度要求。

　　1）灌装物料温度：5~35℃
　　2）物料密度：有机酸约1.2g/cm3、有机酸盐约1.3g/cm3
　　3）物料粘度：有机酸约50CP、有机酸盐约150CP
　　4）进料管道进口压力：≥0.2Mpa，波动范围±10%
　　5）灌装设备布置面积：1200m2
　　6）系统主要参数要求如下，见表1
　　7）系统工艺过程为（以Ⅰ号线为例）：

　　空桶整理—空桶进灌装工位—检测定位—灌装头下降—灌装阀打开—开始灌装—质量计量—到达90%×（设定值-补偿值）—调节阀节流变小—到达100%×（设定值-补偿值）—灌装阀关闭—真空吸附—满桶出灌装工位—转向—挂盖—旋盖—贴标—码垛—缠绕—成品输出

　　功能要求

　　1） 本生产线包括：Ⅰ号灌装线（适用30KG灌装）、Ⅱ号灌装线（适用250KG或1200KG灌装）；

　　2） Ⅰ号灌装线和Ⅱ号灌装线既可独立运行也可同时运行。但Ⅱ号灌装线每次只能进行一种规格（250KG或1200KG）的生产。整条生产线的运行组合方式有Ⅰ、Ⅰ+Ⅱ、Ⅱ等共三种；Ⅰ线有3个灌装工位（1A、1B、1C），每个灌装工位须同时灌装3个桶（分别对应3个流量计）；Ⅱ线有6个灌装工位（2A、2B、2C、3A、3B、3C），每次也只能选择其中1个灌装工位进行工作（其中2A和3A工位共用1个流量计，2B和3B工位共用1个流量计……），而2A、2B和2C（250KG规格）均以4个桶为1组放在托盘上，该4个桶使用1台流量计，灌装过程为：第1桶灌装结束后依次再灌装第2桶、第3桶、第4桶；而3A、3B和3C（1200KG规格）各工位每次只灌装1个桶；

　　3） 当整条生产线的运行方式为Ⅰ+Ⅱ时，为节约设备投资和车间使用面积，在缠绕和成品输出部分采取公用工位 ，因此在进入公用工位时，须编制程序进行避让；

　　4）  方便的数据设定和显示：一次灌装量（65%~99%）、zui终设定值（100%）、补偿量（防止过冲量、可任意调整）、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量（桶数）、总灌装量（重量）、瞬时流量上（下）限报警设定及显示；

　　5） 为方便调试和维护，在每台输送机旁均配现场手动启动/停止开关；
　　6） 在PLC柜门上、现场、各人机界面上等均设有急停开关，方便操作人员在现场的各个区域以zui快的速度停车；

　　7） 程序运行，必须先选择“灌装工位”，后选择“自动”时有效，并开始运行，反之无效；

　　8） 在车间显著位置，设立报警灯及“启动预备”声光提示，“启动预备”声光提示是从选择了“灌装工位”开始至选择“自动”结束，声光提示为断续音，报警声光为连续音；

　　9） 流量计包括频率计数输出（FC）和模拟量输出（FA），频率输出作为累计流量灌装计量用，模拟量作为瞬时流量上下限报*；

　　10） “灌装按键”、状态及设备故障指示设在人机界面上，灌装过程中有文字提示，自动灌装结束后，复位“开始灌装”按键，灌装过程中，如需中止，可按下“手动停止灌装”按键；

　　11） 防滴漏设计：灌装完毕后，残留在灌装头表面的粘性物料要经过一定的时间才能流尽，如果滴到容器外，就会造成污染，本灌装系统采用真空发生器回吸系统可确保无滴漏。

      系统组成和控制方案

　　控制系统组成（见图1）

控制方案说明

　　为尽可能减少现场布线，使系统更合理，功能更完备，操作更方便，在PLC1处设立一个MB+主站，在生产线上输入输出设备较为集中的地方设立几个MB+分站，如上图。

　　由于系统的灌装精度要求*，如果采用一般的流量仪表和模拟量数据采集计算，将无法达到使用要求，因此，在方案设计上除了选用上的质量流量计作为测量仪表外，还在数据采集和控制终端上采用了施耐德公司的QUANTUM系列产品作为主控制器；为快速采集12台质量流量计的频率输出脉冲，又配置了三个高速计数模块（5通道/模块，100kHz），其采集速度快，硬件配置简单、方便。

　　较高的精度，还需要稳定的流量，一方面利用高位槽进行液位和压力调整，使之保持在一个较为恒定的区域，另一方面利用质量流量计的模拟量输出（4~20mA）可以方便地监控管道内的瞬时流量，一旦超过系统允许的上下限将发出声光报警信号，并进行二次调整。

　　为方便用户对现场的数据变量进行修改，现场共设有三台MAGELIS人机界面；OP1和OP2屏均可对整条生产线进行操作和显示，OP1主要用于设定和显示30KG灌装线的“工位选择”、“一次灌装量”（即灌装到zui终灌装量的约90%，可任意修改）、“zui终灌装量”（100%）、“补偿量”（防止过冲量）、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量（桶数）、总灌装量（重量）、瞬时流量上（下）限报警设定及显示；OP2主要用于设定和显示250KG/1200KG灌装线的相关数据、其余同OP1；OP3是于贴标设备的数据设定显示用的，可以进行类别、批号、生产日期、有效期、重量等标签数据的修改和显示；

　　1） 中央控制室内PC1对整个生产线及现场部分关键设备进行实时监控；

　　2） PLC1为QUANTUM-PLC产品，PLC2为MOMENTUM-I/O基板；

　　3） PLC1的配置为（64DI、128DO、12HSC、12AI），1台10.4"人机界面通过CPU上的MB口相连，同时CPU还通过MB+口与MOMENTUM分站（分站2，32DI；分站3，32DO；分站4，32DO；分站5，32DO）及另1台10.4"人机界面（分站6）进行连接；

　　4） 在PLC1上配置一个16点的模拟量输入模块，作为瞬时流量的监控；

　　5） 在PLC1上配置三个高速计数模块，作为流量计量用，每个模块包括5个测量通道；

　　6） PLC 1—QUANTUM硬件配置和地址定义见表3；

 

       7） MB+各站的硬件配置和地址定义见表4；

　　应用总结

　　该灌装系统的控制部分除了采用技术*、性能稳定的施耐德工控产品外，还在方案设计、软件编程等方面得到了施耐德公司相关技术人员的大力支持和配合，系统融合了计算机技术、可编程控制技术、数据设定和显示技术、总线技术、高速计数技术、传感器技术和软件编程技术等，使方案设计*、软硬件配置合理，项目进展极为顺利，各项参数均达到或超过了用户验收标准，尤其是计量精度控制在±0.1%以内（验收标准为±0.125%），灌装速度达到了3桶/分钟·30KG以内。系统经过两个月的试运行后，在现场一次性通过了用户验收，现在，该生产线已稳定运行了近一年，得到了用户的充分肯定。