| 涂料反應釜自動化配料系統的改造設計與實現 | 2020-02-16 |
| 一、前言 改造前，涂料60m2反應釜樹脂配料系統有18臺配料設備螺旋防爆電子秤（簡稱設備）。由于當時設計缺乏醑劑自動化配料系統考慮，導致設備制造廠家多，型號規格五花八門，設備配套不統一，同時設備配料能力較低，備件來源也很困難，尤其隨著新上100m2反應罐的投產，兩臺反應釜生產工藝流程為共用進出料雙鹽酸自動化配料系統，工藝控制難度大，生產能力成倍增長，而潤濕劑自動化配料系統的螺旋防爆電子秤又是原60m2反應釜的配置，所以導致酊劑稱重配料系統經常超負荷運行，設備的驅動裝置與傳動裝置等重要部件磨損快，消耗大，設備故障率高，配料控制精度較差，特別是使用的國產二次稱重儀表沒有總線方式的配置，功能不強，僅能采用4mA～20mA信號傳輸到PLC控制，轉換誤差大，嚴重影響了活性劑自動化配料系統的稱重準確性。100m2配色釜是在原60m2調色罐配料能力基礎上增加了2臺甲醇倉配料設備螺旋防爆電子秤，是實現配料過程分配流量自動控制及一混、二混加液體自動控制的關鍵設備。改造前存在的主要問題：①分料室兩臺配料罐落料點與防爆電子地磅用輸送螺桿的落料點高度太大（>100mm），導致落料高度對防爆地磅直接產生較大的沖擊力，加上防爆電子地磅的有效稱重段太小（<60mm），落料高度的沖擊力直接影響了物料計量準確性，使高精度的螺旋防爆電子秤在使用中成了一臺普通的物料輸送螺桿機，造成資源的浪費；②兩臺分料用的配料設備螺旋防爆電子秤輸送流量設計偏小，為滿足配料生產只好強行提高防爆電子地磅用螺桿速度，而造成電氣控制頻繁跳閘，嚴重影響設備的正常運行；③選用的兩臺稱重輸送螺桿機制造工藝粗糙，防爆電子地磅架結構單薄，剛度與穩定性較差，不適應60m2和100m2兩臺反應釜分料能力的擴大生產（原設計能力分料輸送流量僅為550t／h，而目前實際分料輸送需求能力分別為750t／h和900t／h）。由于改造前設備設計能力差異較大，造成輸送能力不能滿負荷滿足配料生產需求。 針對60（100）m2反應釜醇溶液配料系統存在的以上問題，結合配料生產發展需求和工藝特點，通過技術方案的比較和配料系統改造及產品選型的反復論證，我們于2005年2月開始對該項目采用的防爆電子地磅體結構改造設計配備與國外新型具有總線制功能的稱重儀表相結合，實現了一系列低成本自動化配料改造措施，做到了投資省、見效快、實用性強。 二、改造措施與實踐 1. 將100m2反應釜分料室原有的兩臺配料設備螺旋防爆地磅體結構由原頭、尾輪中心距360mm改為3100mm，有效稱重段距離不小于1000mm。考慮實際需求的流量，同時將原有的兩套防爆地磅用變頻調速電機減速機功率由4kW改為5.5kW和7.5kW，并與現有的變頻器功率（分別為7.5kVA和1lkVA）相匹配，實現自動調速控制的效果。 2. 根據兩臺反應釜分料能力的增大，改造設計中在刻意增強100m2反應釜分料室兩臺新防爆電子地磅的結構強度和機械性能的同時，加大了防爆電子地磅用螺桿的寬度，由原800mm改為1200mm，厚度10mm，確保防爆地磅用螺桿物料輸送不撒料，以提高其配料精度和使用壽命。 3. 氨溶液稱重配料系統為保證防爆電子地磅體設備安裝高度和配料罐給料落料位置正確，經過精確計算，在確定配料設備螺旋防爆電子秤輸送流量和同一混合罐放料能力比例匹配的同時，對60m2反應釜生石灰倉、精粉倉下料斗秤和100m2反應釜分料室的兩個甲醇倉配料罐給料槽口位置及設備的安裝部位進行工藝改造，達到了提高其計量準確、配料控制精度好、防止物料懸空和保證物料均勻穩定的目的。 4. 所有的配料設備螺旋防爆電子秤改造設計為整機式結構，取消了原有的蝸輪蝸桿二級傳動裝置，統一采用的國內生產的單級直聯軸裝式驅動裝置。并盡量利用原有防爆電子地磅體安裝基礎（或安裝支架）和混合罐空間位置進行新防爆電子地磅結構設計，不但節省了大筆工藝設備改造費用，而且加快了這些設備改造安裝的施工進度。 5. 根據涂料ERP項目配料數據上網需求，這次改造選用了的帶MOD-BUS PLUS總線制的MW696型稱重終端。通過對原程序的改進和修改，直接通過數字通訊與PLC交換數據，完成數據通訊和采集，不但消除了由原模擬量數據通道轉換帶來的誤差，而且提高了配料控制精度，實現了配料數據上網配料功能。 6. 涂劑計量配料系統采用現場總線方式采集稱重數據與稱重設定，克服了傳統4mA～20mA信號傳輸距離短、抗干擾能力差、數據轉換誤差大、施工不方便、必須采用成本高的模擬量采集模塊等缺點。通過現場總線通訊方式，比較充分地利用了二次稱重顯示器的智能化功能，除采集與遠程設定外，還可以由工作站完成一系列指令，即根據稱重顯示器反饋的稱重完成信號確定料批重量，根據稱重顯示器反饋的錯誤碼實現遠程觸發、上位PID計算及故障報警，可輕松完成清零去皮強制累積等功能。著色劑自動化配料系統軟件設計上做到了信號的冗余采集，即來自不銹鋼稱重模塊的信號一路由4mA～20mA通用模擬顯模塊采集，做為總線采集的冗余，一路通過現場總線采集。這樣，即使防爆電子地磅稱重顯示器上模擬量通道損壞，或者總線接口脫落與損壞，芳香水劑自動化配料系統都能正常運行。在變頻器頻率給定上也做了冗余設計，既可通過PLC中編寫的PID控制程序模塊輸出頻率給定值由HMI畫面進行遠程設定，又可由防爆電子地磅稱重顯示器內帶的PID通過其輸出端子對變頻器頻率給定輸入端子傳送4mA～20mA信號。 三、甘油劑自動配料系統改造應用效果 1. 芳香劑稱量配料系統通過我們科學合理的技術改進實踐，改造后的60（100）m2調膠罐助溶劑配料系統螺旋防爆電子秤型號統一、規格明晰、結構緊湊、外觀新穎、性能、安裝省時、維修簡捷、操作方便。投運使用一年來的實踐證明，潛溶劑自動化配料系統稱重準確，配料控制效果好，單機稱重準確度由改造前的±2.0%提高到±0.5%，二甲亞砜自動化配料系統累計控制誤差由改造前的4.5%減少到1.0%以內，改造后的130（180）增溶劑m2反應罐聚乙二醇自動配料系統與國內外同類配料系統相比（如防爆電子地磅體結構、自動化配料系統控制、功能特點、維護操作、技術指標、性能價格比等）達到了液體平。 2.該糖漿劑自動化配料系統采用低成本自動化配料改造，在改造設計中大膽選用國外進口的智能型稱重控制器，淘汰了比較落后的老式國產二次稱重顯示器，原自動控制配置改用MODBUS PLUS總線制方式與現有的QUENTUM PLC進行直接數據交換，完成數據采集與PLC指令下達，助溶劑自動化配料系統硬件合理。應用軟件設計。數據采集模型與控制功能模塊化優化組合，乙酸乙酯自動化配料系統邏輯控制、順序控制、聯鎖控制、單機回路控制和重油自動化配料系統主程序控制聯網，并連鎖了自動配料設備與人身安全措施，創新性地設計了節能環保程序模塊，人機界面，信息共享，其自動控制技術的全面性和性達到液體平。該自動化配料系統采用的星形以太網拓撲結構，通信網絡TCP／IP五層模型，聯結三個工作站，既可對130（180）m2混合釜配料工藝流程進行實時監控和遠程監控，又可實現人機界面和在線設定、在線參數整定，進一步*了配料生產過程的統一調度指揮和崗位規范操作的生產配料模式。 3. 技術經濟指標根據改造前后涂料配料廠三燒車間有關生產統計資料和數據分析情況比較： （1）按配料準確度每提高1.0%對配料涂料成品率貢獻0.5%，改造后的2005年生產入爐配料涂料349.34萬噸，配料準確度比改造前的2004年提高了3.0%，則配料涂料產量提高了5.24萬噸；（2）配料涂料精度穩定率2005年為92.01%，比公司目標計劃提高了2.01%，比改造前的2004年提高了2.27%；（3）配料涂料平均轉鼓強度由改造前的75%提高到改造后的76.13%，同時篩分指數比原來有較大改善，-5mm粒度級含量也明顯降低；（4）配料涂料合格率2005年為93.85%，比公司目標計劃提高1.85%，比改造前的2004年提高2.29%。 所以，該福爾馬林自動化配料系統改造后的2005年配料生產的技術經濟指標也達到了國內同類液體平，實踐證明，改造是成功的。 四、自動化配料系統原理與控制方式 稱重配料系統改造后80（100）m2混合罐各種原料（如溶劑、甲醇、乙醇、助劑等）通過配料系統反應釜稱重檢測取得各原料流量反饋值的電壓信號由稱重模塊信號輸送至稱重控制器現場總線送至PLC進行處理，與上位機設定值進行比較，由PLC完成PI運算，設定相關變頻器的輸出頻率；兩種PI運算經控制柜上的硬接線轉換開關進行選擇（也可通過上位機HMI畫面上的軟轉換開關選擇PLC—PI運算輸出或稱重顯示器PI運算輸出）。配料螺旋防爆電子秤中測速編碼器（傳感器）是用來測量螺桿運輸原料速度的，通過被動輪的轉動距離轉換成螺桿上原料運行速度的脈沖信號送到稱重控制器，然后進行調節運算，實現自動控制流量大小的要求。自動化配料系統工作方式有三種：一種是手動給料，即通過外部電位器給變頻器一個模擬電壓，以調節電動機的運行速度；第二種是自動給料，即通過稱重控制器鍵盤，任意給定所需給料量并通過給料量大小變化自動調整變頻器頻率（電動機的運行速度）；第三種是上位機遠程給定，由PLC通過模擬量模塊采集二次稱重顯示器輸出的4mA～20mA信號，或者經MB+現場總線方式完成PLC數據采集，這時給料設定就可由上位機HMI畫面來完成。三個工作站與PLC通過以太網相連并接人公司局域網，可靠完成配科數據采集、通訊及信息共享，并且具有與涂料ERP數據上網的生產配料功能。 | |
