本发明的目的在于针对现有技术中的
缺陷而提供一种明胶生产过程中提胶工序的自动化控制系统,其通过对现有的明胶生产过程实施计算机自动化控制,从而可支持多种骨素(运行参数不同)的自动提胶控制,有效克服了背景技术所述存在的一系列问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:所述的明胶生产过程中提胶工序的自动化控制系统,包括有含保温夹层提胶锅12,提胶锅12的底部设有胶液循环管道,提胶锅12的测试井内设有射频导纳液位计9,提胶锅12的保温夹层内设有第一温度
传感器8-1和液位
开关10-1,提胶锅12的底部循环管道上设有第二温度传感器8-2,常温去离子
水电动球
阀1-1、50℃去离子水电动
球阀1-2、清洗水电动球阀1-3和消毒水电动球阀1-4与第一个
泵2-1相连,第一个泵2-1与止回阀3相连,止回阀3通过第一流量计4-1和提胶锅12的进水电动球阀1-6通过管道相连,止回阀3通过第一流量计4-1和提胶锅12的保温夹层进水电动球阀1-5通过管道相连,提胶锅12的保温夹层进水电动球阀1-5的下部管道上设有第一流动传感器6-1,提胶锅12的保温循环中的第一电动调节阀7-1、第一裂管式
热交换器5-1、第二个泵2-2依次通过管道相连,第二个泵2-2通过管道与提胶锅12的保温夹层相连,第二个泵2-2与提胶锅12的保温夹层相连的管道上设有保温层出水电动球阀1-12,第一裂管式热交换器5-1通过管道与提胶锅12的保温夹层上部相连,提胶锅12的升温循环的中的第二电动调节阀7-2、第二裂管式热交换器5-2和第二电动三通阀11-2依次通过管道相连,第二电动三通阀11-2引出两路管道,一路管道直接与提胶锅1相连,另一路管道通过第一电动三通阀11-1与提胶锅1相连,第二电动三通阀11-2与第一电动三通阀11-1之间的管道上设有与提胶锅1相连的管道;第三电动三通阀11-3通过管道与第二裂管式热交换器5-2相连,第三电动三通阀1-3通过管道与第一电动三通阀1-1相连,第三个泵2-3和第三电动三通阀11-3之间设有第二流动传感器6-2,提胶锅12的出胶循环中的第三电动三通阀11-3通过管道与第二流量计4-2相连,第二流量计4-2通过管道分别与出胶电动球阀1-9、1-10、1-11相连,出胶电动球阀1-9、1-10、1-11通过管道分别与稀胶罐13-1、13-2、13-3相连,第三电动三通阀11-3与第二流量计4-2之间的管道上还设有排残留胶的电动球阀1-13,提胶锅12的下部设有出水电动球阀1-7、1-8,所述的提胶工序的自动化控制系统还包括有PLC控制单元,手动操作台和实现提胶过程的计算机控制系统。
本发明与背景技术相比,具有的有益效果是:所述的明胶生产过程中提胶工序的自动化控制系统,其提胶过程中可实现分时抽样式的在线浓度检测功能,随时监测胶液的浓度变化,整个系统亦可对生产过程的中的生产参数进行实时监控。实现了明胶生产线的计算机自动化控制,大大降低工人的劳动强度,改善了工作人员的工作环境,提高明胶生产的效率和明胶产品质量。
系统整体采用三级结构设计,即就地控制级、现场控制级、生产管理监控级。就地控制级为现场
控制器,可实现设备的就地控制,并能实现与上级控制单元的实时通信。现场控制级分若干个PLC子站,分别对厂内以工艺为单元的设备及监控点进行控制、监测,采集
信号并将有关各工艺过程的运行情况上传至现场控制
数据库。生产管理监控级用于监控全厂的整个生产过程,可进行系统功能组态、监控报警、连
锁控制、参数
修改设置、报表生成等功能。
为了充分保证提胶过程的持续性,系统设计从安全可靠的
角度出发,PLC控制单元采用双机冗余备份加手动控制的方式设计,即整个控制过程采用两套PLC,分别为主系统和备份系统,生产过程中如主系统出现故障,在热备方式下,系统自动识别切换,在非热备方式下,只需经简单的切换,执行系统换至备份系统,不影响提胶的过程。主系统和备份系统经DP网可实现数据交换,即主系统的实时生产参数可经DP传至从站,从站得到实时参数可继续主站的提胶过程。系统控制方式采用了自动控制和手动备份控制的两种方式,即使双机冗余备份的自动控制系统都出现故障,系统也可采用手动的控制方式继续提胶的生产过程,这样可充分保证提胶过程的安全,可靠。
附图说明
图1是本发明的系统
硬件控制结构示意图;
图2是本发明的单锅提胶的
计算机系统流程图;
图3是本发明的执PLC控制单元的结构示意图;
以下结合附图所示之最佳
实施例作进一步详述:
如图1所示,所述的明胶生产过程中提胶工序的自动化控制系统,包括有含保温夹层提胶锅12,提胶锅12的底部设有胶液循环管道,提胶锅12的测试井内设有射频导纳液位计9,提胶锅12的保温夹层内设有第一温度传感器8-1和液位开关10-1,提胶锅12的底部循环管道上设有第二温度传感器8-2,提胶锅12及其保温层的进
水循环包括常温去离子水电动球阀1-1、50℃去离子水电动球阀1-2、清洗水电动球阀1-3和消毒水电动球阀1-4与第一个泵2-1相连,第一个泵2-1与止回阀3相连,止回阀3通过第一流量计4-1和提胶锅12的进水电动球阀1-6通过管道相连,止回阀3通过第一流量计4-1和提胶锅12的保温夹层进水电动球阀1-5通过管道相连,提胶锅12的保温夹层进水电动球阀1-5的下部管道上设有第一流动传感器6-1,当对提胶锅12进水时,常温去离子水电动球阀1-1、50℃去离子水电动球阀1-2、清洗水电动球阀1-3和消毒水电动球阀1-4打开,由第一个泵2-1经止回阀3和第一流量计4-1,再经提胶锅12的进水电动球阀1-6将水加入提胶锅内。第一流量计4-1积算进水量,锅内的液位由射频导纳液位计反馈进水的液位。反馈信号到PLC的AI模
块得知进水的液位高度,由控制程序判断是否需要关闭进水阀。当对提胶锅12保温层进水时,常温去离子水电动球阀1-1打开,由第一个泵2-1经止回阀3和第一流量计4-1,再经保温夹层进水电动球阀1-5将水加入提胶锅保温夹层内。保温夹层内的液位高低由液位开关断得知,如缺水,反馈信号到PLC的DI模块,操作台上对应的指示灯变成红色。提胶锅12的保温循环中的第一电动调节阀7-1、第一裂管式热交换器5-1、第二个泵2-2依次通过管道相连,第二个泵2-2通过管道与提胶锅12的保温夹层相连,第二个泵2-2与提胶锅12的保温夹层相连的管道上设有保温层出水电动球阀1-12,第一裂管式热交换器5-1通过管道与提胶锅12的保温夹层上部相连,提胶锅12的升温循环的中的第二电动调节阀7-2、第二裂管式热交换器5-2和第二电动三通阀11-2依次通过管道相连,第二电动三通阀11-2引出两路管道,一路管道直接与提胶锅1相连,另一路管道通过第一电动三通阀11-1与提胶锅1相连,第二电动三通阀11-2与第一电动三通阀11-1之间的管道上设有与提胶锅1相连的管道;第三电动三通阀11-3通过管道与第二裂管式热交换器5-2相连,第三电动三通阀1-3通过管道与第一电动三通阀1-1相连,第三个泵2-3和第三电动三通阀11-3之间设有第二流动传感器6-2,提胶锅12的出胶循环中的第三电动三通阀11-3通过管道与第二流量计4-2相连,第二流量计4-2通过管道分别与出胶电动球阀1-9、1-10、1-11相连,出胶电动球阀1-9、1-10、1-11通过管道分别与稀胶罐13-1、13-2、13-3相连,第三电动三通阀11-3与第二流量计4-2之间的管道上还设有排残留胶的电动球阀1-13,提胶锅12的下部设有出水电动球阀1-7、1-8。当对提胶锅保温夹层升温时,
蒸汽经第一电动调节阀7-1进入第一裂管式热交换器5-1,蒸汽对保温层循环管道内的水进行加热,管道内的水是循环的,由第二个泵2-2实现循环,是否开启循环由第一流动传感器6-1判断得知,保温层内水的温度由安装在管道上的第一温度传感器8-1传回PLC的AI模块。保温层内的水定期更换,水由保温夹层出水电动球阀1-12排出。当对胶液进行升温时,蒸汽经第二电动调节阀7-2进入第二裂管式热交换器5-2,对循环管道内的胶液进行加热,胶液的温度由安装在循环管道上的第二温度传感器8-2传回PLC的AI模块。胶液由设定的正反循环进入提胶锅内,逐渐实现对锅内的胶液加热。当胶液达到浓度后出胶时,则第一电动三通阀11-1、第二电动三通阀11-2和第三电动三通阀11-3打开,第三个泵2-3将胶液由出胶总管道打入出胶罐。出胶量的多少由第二流量计4-2积算得知。出胶管内的残胶由排残留胶的电动球阀1-13排出。
所述的提胶工序的自动化控制系统还包括有PLC控制单元,手动操作台和实现提胶过程的计算机控制系统。
如图2所示,实现提胶过程的计算机控制系统的单锅提胶控制流程为:
(1)设置本次提胶的各个生产参数,包括当前提胶的锅号、当前提胶的道次、所接收的骨素种类、当前提胶道次、进水类型、进水量、当前道次胶液的温度、液位高、出胶
密度、出胶罐、热比、测密度稳定分钟、密度计清洗秒数、出胶完下限流量、胶液
循环泵速度、胶液循环泵出胶速度、测密度起始双循环数、最大循环次数和单次循环时间;
(2)用水将骨素均匀分配到提胶锅中;
(3)对分配到提胶锅中的骨素进行排水,并判断是否排水完毕,如果为否则继续排水,如果为是进入下一步;
(4)根据设定的进水类型加水入提胶锅,并判断是否到达体积要求,如果为否则继续加水,如果为是进入下一步;
(5)启动胶液循环(正反循环,根据设定的循环周期自动转向),并启动保温外循环;
(6)启动PID升温控制程序,启动双回路
温度控制系统;
(7)判断温度是否到达要求T,如果温度小于T则继续进行升温,如果温度大于等于T则停止升温进入下一步;
(8)启动外循环保温;
(9)判断胶液浓度是否到达6%,如果到达6%进入下一步;如果没到6%则判断时间是否到6小时,如果没到6小时,返回到第(8)步,如果到6小时,则判断循环次数n是否大于6,如果n不大于6,返回到第(6)步,如果n大于6,打入沸煮罐;
(10)排胶入所设定的稀胶罐;
(11)循环次数加1;
(12)判断循环次数是否为n,如果为n,则打入沸煮罐;如果不为n,进入下一步;
(13)判断温度是否等于80℃,如果等于80℃,则打入沸煮罐;如果不等于80℃,进入下一步;
(14)注入50℃去离子水,并使温度提高5℃;(控制程序中已设定,自动提高)
(15)判断是否到达要求体积,如果为是,返回到第(7)步;如果为否,返回到第(14)步。
如图3所示,所述的PLC控制单元由第一PLC
机架17-1及第二PLC机架17-2组成的主系统和第三PLC机架17-3及第四PLC机架17-4组成的备份系统构成。主系统与备份系统通过其上的CPU-314-2DP模块经PROFIBUS-DP总线16进行数据交换,主系统与备份系统分别通过交换机15与第一上位机14-1和第二上位机14-2相连;从而实现PLC和上位机之间的数据通信。第一PLC机架17-1和第三PLC机架17-3上分别设有
数字量反馈信号输入模块DI和模拟量反馈信号输入模块AI,第二PLC机架17-2和第四PLC机架17-4上分别设有数字量
控制信号输出模块DO和模拟量控制信号输出模块AO。第一PLC机架(17-1)和第二PLC机架(17-2)分别通过其上的IM365
接口模块经通信线缆相连实现相互通信,第三PLC机架(17-3)和第四PLC机架(17-4)分别通过其上的IM365接口模块经通信线缆相连实现相互通信。所有生产过程的实时生产数据,管理数据,保存至工控机中,由工业以太网传输至生产管理监控级的生产实时数据库中保存,由生产管理系统调用并处理、分析、统计。
所述的手动操作台包括有命令指示灯、选择开关和控制按钮。
所述的含保温夹层提胶锅12为单个或多个。每个提胶锅的结构和控制方法相同。以单锅提胶过程为例来说明整个提胶的实现过程。
首先经上位机系统和
人机界面,由本次所接收的骨素种类设置本次提胶的各个生产参数,包括当前提胶的锅号,当前提胶的道次,所接收的骨素种类,进水类型,进水量,胶液的温度,液位高,出胶密度,出胶罐,热比,测密度稳定分钟,密度计清洗秒数,出胶完下限流量,胶液循环泵速度,胶液循环泵出胶速度,测密度起始双循环数,最大循环次数,单次循环时间。将设置好的生产参数经交换机下发至PLC中,待执行。此时操作台发出
骨料就绪的信号,经I/O模块送入PLC,控制程序处于就绪状态,操作台再次下发本次动作确认信号送入PLC,PLC中的自动控制程序开始执行。PLC根据所设定的提胶锅号和提胶的道次,进水的类型和进水量,下发控制信号,打开所设定的进水阀
门(第一道次提胶打开常温去离子水电动球阀1-1),开始向提胶锅12内加水,装在提胶锅测试井内的射频导纳
液位传感器9将胶锅内的液位信号经I/O模块送入PLC进行
数据处理,加水的同时第一流量计4-1开始积算所进水量的吨数,所进水液位和吨数如达设定值,则由PLC下发信号关闭常温去离子水电动球阀1-1和提胶锅12的进水电动球阀1-6,加水完毕。此时控制程序自动转入提胶的自动运行状态,由PLC下发信号启动第一个泵2-1,启动胶液循环,第一个泵2-2打开,第一电动三通阀11-1打开,开始胶液的正向循环,如单次正循环时间达到设定值,则胶液循环转为反向循环,即第一电动三通阀11-1关闭,第二电动三通阀11-2打开。重复循环,直至循环次数达所设定的最大循环次数循环则停止。循环启动后,温度传感器A将锅内胶液的温度信号送入PLC,PLC根据本道次所设定的提胶温度,自动开启双回路温度控制系统,PLC由反馈
温度计算出第一电动调节阀7-1和第二电动调节阀7-2的开度,并下发,开阀进蒸汽。此时锅内开始升温,胶锅内的温度控制采用PID闭环的温度
自动调节算法实现,结合
能量控制的方式(由开始设定的热比控制升温的速度,热比值限定在1-100之间,值越高升温速度越快)自动调节温度,如果温度达到本道次所设定的提胶温度,则PLC下发信号关闭第一电动调节阀7-1和第二电动调节阀7-2,开始保温提胶,如果温度下降,根据所需蒸汽量计算调节阀的开度并由PLC下发,第一电动调节阀7-1和第二电动调节阀7-2根据所下发的开度自动打开开始进蒸汽。整个温度控制的
精度保证在±1℃。PLC按照设定的时间,自动开启在
线密度检测功能(由所测密度换算出胶液浓度),在线密度检测采用的是分时抽样的方式,在不同的时间段由密度检测抽样泵自动
抽取指定锅内的胶液样本,由密度传感器检测胶液样本的密度,经过稳定和滤波之后,密度值和设定的出胶密度相比较,如密度未达到出胶密度,则继续提胶,如果密度达到出胶密度,则开始出胶:控制程序自动开启出胶的三通阀,对应设定好的出胶罐的阀门,由胶液循环泵控制调节出胶的速度,出胶过程中可由操作台出胶速度旋钮开关调节胶液泵的转速,调节出胶的速度,系统可根据所设定的出胶速度下限流量判断胶液是否排完,如果达到标准,则自动关闭出胶锅的出胶阀门,随后开启清
洗出胶管道的功能,清洗出胶管的水由系统设定好,可设定清洗出胶管的时间,达到时间后,出胶管清洗完毕。之后系统自动转入下一道次的自动提胶。(提胶过程同上)直至当前锅内骨素全部提胶完毕。
由操作台发出骨料就绪信号送入PLC,使PLC中的提胶控制程序自动执行,再由可编程控制器的CPU发出控制信号,控制现场相关泵阀和
电机以及
变频器等设备,开始加水,升温,保温,提胶,胶锅内的温度和胶锅夹层的温度分别由安装在不同
位置的温度传感器传入PLC控制单元进行数据处理,射频导纳液位传感器把提胶锅内的液位信号传入PLC控制单元进行数据处理,根据数据处理的结果,PID双回路温度控制程序执行多回路闭环解耦控制,自动调节进各控制单元进汽量,由所进蒸汽量的大小控制胶液的温度变化直至胶液温度按当前道次所设定的温度曲线实现随动控制,开始保温,提胶。提胶过程中可实现分时抽样式的在线浓度检测功能,随时监测胶液的浓度变化,整个系统亦可对生产过程的中的生产参数进行实时监控。提胶锅内胶液温度及胶锅保温层的温度分别由安装在胶锅不同位置的温度传感器发送温度信号到提胶PLC控制单元的AI模块,由AI模块将温度数据送入CPU进行数据处理,根据处理的结果,PLC发出控制信号,调节胶锅保温层蒸汽调节阀的开度,调节胶锅进蒸汽调节阀的开度,确保用于对胶锅进行温控的所需蒸汽量,实现对胶液进行升温和温控。