自动上料配料系统方案.docx

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自动上料配料系统方案

自动配料灌装生产线计量系统方案

一、企业现有生产过程情况概述

目前企业的生产过程基本为：

粉料采用人工称料用行车或叉车人工运料、手工填料的方式，液料采用称重计量，人工泵送料，反应釜一般采用手动变频启动方式、水计量采用就地显示流量计，需要人工看数手动控制开关，从以上看出企业目前基本没有自动计量及传输控制设备。

1、现存问题

（1）、人工上料，劳动强度大，速度慢；

（2）、液体原料采用桶装称重计量或流量计显示，桶内残留和流量计显示误差，造成计量精度差。

（3）、整个产品生产过程采用人工手动控制，劳动强度大，差错率高，废品率高，致使产品质量控制困难大、生产效率低。

（4）、为了适应产品规模化、高质量生产的需要，系统的布局、控制模式、管理软件系统均需要有重新设计、实施。

2、用户需求分析

（1）、产品规模生产要求系统具有更大的产能、更高的稳定性；

（2）、降低人工上料劳动强度、提高计量精度；

（3）、固体及液体物料均应自动上料、自动计量；

（4）、每次生产的不同配方（原料配比）均可在电脑上进行操作；

（5）、生产过程实现自动化控制。

二、本方案自动上料配料系统组成

生产线配料主要完成水和4中液料的配料混合。

计量罐单独设置，液体原料分开计量加料，现场3排搅拌釜分别为1排3个搅拌罐、2排3个搅拌罐、3排5个搅拌罐。

1、原料罐四个，分别盛放四种不同的液体原料；水料罐1个，用于暂存水，预留用水量。

现场分别在3排搅拌罐的上部设置5T原料计量罐1台，15T水计量罐1台；

2、每个原料罐底部都安装有送料管道（管道口径DN65），分别由自动阀门和手动阀门控制开关，每种液料的自动阀门安装在靠近管道出口位置，由送料泵负责将料通过管道打到计量罐，送料泵两端预留回流管及回流阀（回流管口径与主管道相同），在计量罐进料口处的安装自动阀门，实现物料的快投和慢投料控制；

3、液料或水通过管道可直接加进计量罐，计量罐的四个支撑底脚与支撑架基础之间各安装一只称重压力传感器模块，负责计量进入计量罐的物料重量，支撑架基础需做水平调试；

4、液体原料计量完毕通过计量罐底部的的自动分流装置，分别自动加到相应的搅拌罐中。

自动分流装置结构（见图一）：

在计量罐的总卸料阀后水平安装到各个搅拌釜的分料自动阀门，把各个分料自动阀门的前端进料管用管道联通，这样可以保证卸料后基本无存料，到各个搅拌釜的卸料管道水和液料管道可以合并一条管道，以减少管道用料成本；

5、搅拌好的成品通过反应釜底部的管道泵送至成品罐，由自动阀门和泵控制；

6、全部配料数据均存储于控制中心的工控机数据库内；

7、全部配料过程均由组态软件实施监控，通过控制界面实施过程操作，生产数据适时存储到系统数据库，以完成对各种生产数据进行存储和分析，同时还能实现原料进存用料管理、成品管理、人员管理、合同管理等各项功能。

三、系统控制方案

1、在生产现场设置一个集中控制操作台，动态称重计量仪表安装在操作台上，安装在六个计量罐支撑腿下部的称重传感器数据线与动态计量仪表相连，实时数据由计量仪表经通信线上传给控制中心的工控机，配方及控制命令由控制中心的工控机经通信线下传给仪表及PLC控制器；

2、操作台内部安装西门子S系列PLC可编程控制器及继电器等，负责控制各自动阀门和泵的启停；

3、计量仪表在PLC的控制下启动，在不同计量阶段输出不同的信号（快投、慢投、卸料等）给PLC，由PLC对外部设备直接控制；

4、操作台上安装按钮开关等，可实现上述各部分的手动控制；

5、在现场操作处和集中控制操作台上均设有急停按钮，两个急停按钮系串联关系，用于紧急情况的应急断电处理；

6、搅拌罐设搅拌电机，由变频器控制。

四、自动配料计量系统组成示意图

五、自动配料灌装计量系统控制部分示意图

控制系统可实现配料计量过程全部自动控制，包括各阀门、泵、电机、变频器、计量仪表的启动、停止，信号的传输、数据的记录、报表的处理和打印等。

六、系统描述

1、控制系统特点

（1）、结构简单，控制逻辑清楚；

（2）、采用控制领域内的主流产品（如研华工控机、西门子或欧姆龙PLC、施奈德电器件等），可靠性、稳定性好；

（3）、采用我公司独有的连续计量技术，效率快、精度高；

（4）、操作台集中操作、集中控制，全部仪表一目了然，便于监控和操作，增加了安全性、可靠性，降低了操作员的劳动强度，使操作员不必奔波于各分散的计量仪表之间；

（5）、操作台与控制柜的距离近，控制信号传递距离短、可靠性强；

（6）、具有强大的软件功能，可实现生产过程实时、直观监控，各种配方管理，物料缺料提醒、异常情况报警等各种功能。

2、控制流程描述

（1）、生产启动

操作台上设有各工艺环节的手动操控按钮及指示灯，以及启动按钮等。

用户可在操作台面板上按动按钮或直接用鼠标点击电脑屏幕上的启动按钮，即可以手动或自动启动相应的生产线开始生产。

（2）、配方管理

每次生产前可以设置输入本次配料的配方，按比例分配所需原料数量（也可采用缺省方式，即仍然使用上一次的配方）。

给自动上料提供数据依据。

（3）、生产过程动态计量

在生产启动的同时，PLC就将动态计量启动信号发给称重计量仪表，仪表即开始对各环节的重量进行采集、显示，并在不同的重量阶段采用快投料和慢投料策略，以兼顾提高效率和计量精度。

在到达目标值时，输出停止计量信号，由PLC控制关闭相关阀门、泵等。

同时完成卸料到反应釜的动作，计量仪表自动清零去皮。

（4）、数据存储

本次配料结束时，由上位机（电脑）对本次实际数据做存储，并可按要求做一定的精度分析，生成各类报表，用于生产统计、管理。

（5）、报表打印

可根据用户需求，在线或离线打印各种所需报表，如当成品日产量、原料消耗，原料库存，成品库存等等。

3、配料计量过程

动态计量仪表采用的是动态计量精度控制方式。

在停止或暂停状态下，外部运行输入信号有效时，启动自动配料过程。

按下启动按钮，系统仪表启动，称重仪表清零。

然后给原料1（1#料）快投料和慢投料有效信号，系统打开阀门启动料泵，开始1#料的快速加料过程（即同时打开两个进料阀门），同时仪表启动随时跟踪读取称重传感器信号，当重量接近达到预设的大投值时，仪表将关闭快投料信号，使系统进入1#料慢加料过程（关闭一个阀门），同时仪表继续随时跟踪读取称重传感器信号，仪表将判别料斗重量是否大于等于1#料目标值—1#料落差值。

如果大于等于则仪表关闭小投信号，停止加料过程（全部阀门及上料电机关闭），本次计量结束。

如果需要在同一个计量罐内累计加量计量则开始第二种物料的加料，此时仪表首先清零显示输出M2（2#料），快投料和慢投料有效，其过程同上。

否则开始卸料到反应釜。

依次完成2#、3#料的加料过程后，仪表将分别显示料斗中四种物料的重量，仪表输出卸料信号，系统开始卸料过程，当料斗中的重量等于或小于所设定的零区范围时，仪表关闭卸料信号，同时回到停止状态（运行输出无效，暂停输出无效）。

完成一次配料过程。

其中物料的落差初始值是根据经验设定的，随后在计量的过程中落差值根据实际测量值采用自学习的方式，逐次逼近目标值，使误差越来越小。

4、管道阀门工作管理

在配料系统启动后，系统PLC自动控制顺序开启各原料气动阀及称重上料阀，同时启动上料电机，加料结束自动关闭上料阀门及电机，开启卸料阀及搅拌电机，原料开始卸料，反应釜开始搅拌，反应釜搅拌结束，系统开启反应釜卸料阀门和卸料电机，把成品料输送到成品罐，本次配料结束。

灌装工人可以启动灌装机，进行装桶工序操作。

配料过程也可以由操作员按照工艺要求手动顺序按动操作台上的阀门、电机按钮，进行手动配料过程操作。

5、原料罐存料管理（备选）

原料罐上可以安装静态液位计（如雷达液位计、超声波液位计、浮子液位计、压力液位计等），随时检测液位变化，控制系统适时跟踪采集液位高度数据，并测量计算出原料存量、进料量、出料量等，生成数据报表，便于进行原料库存耗用等管理。

6、控制系统特点

（1）、结构简单，控制逻辑清楚；

（2）、采用控制领域内的主流产品（如研华工控机、西门子或欧姆龙PLC、施奈德电器件等），可靠性、稳定性好；

（3）、采用我公司独有的连续计量技术，效率快、精度高；

（4）、操作台集中操作、集中控制，全部仪表一目了然，便于监控和操作，增加了安全性、可靠性，降低了操作员的劳动强度，使操作员不必奔波于各分散的计量仪表之间；

（5）、操作台与控制柜的距离近，控制信号传递距离短、可靠性强；

（6）、具有强大的软件功能，可实现生产过程实时、直观监控，各种配方管理，物料缺料提醒、异常情况报警等各种功能。

7、控制流程描述

（1）、生产启动

操作台上设有各工艺环节的手动操控按钮及指示灯，以及启动按钮等。

用户可在操作台面板上按动按钮或直接用鼠标点击电脑屏幕上的启动按钮，即可以手动或自动启动相应的生产线开始生产。

（2）、配方管理

每次生产前可以设置输入本次配料的配方，按比例分配所需原料数量（也可采用缺省方式，即仍然使用上一次的配方）。

给自动上料提供数据依据。

（3）、生产过程动态计量

在生产启动的同时，PLC就将动态计量启动信号发给称重计量仪表，仪表即开始对各环节的重量进行采集、显示，并在不同的重量阶段采用快投料和慢投料策略，以兼顾提高效率和计量精度。

在到达目标值时，输出停止计量信号，由PLC控制关闭相关阀门、泵等。

同时完成卸料到反应釜的动作，计量仪表自动清零去皮。

（4）、数据存储

本次配料结束时，由上位机（电脑）对本次实际数据做存储，并可按要求做一定的精度分析，生成各类报表，用于生产统计、管理。

（5）、报表打印

可根据用户需求，在线或离线打印各种所需报表，如当成品日产量、原料消耗，原料库存，成品库存等等。

8、配料计量过程

动态计量仪表采用的是动态计量精度控制方式。

在停止或暂停状态下，外部运行输入信号有效时，启动自动配料过程。

按下启动按钮，系统仪表启动，称重仪表清零。

然后给原料1（1#料）快投料和慢投料有效信号，系统打开阀门启动料泵，开始1#料的快速加料过程（即同时打开两个进料阀门），同时仪表启动随时跟踪读取称重传感器信号，当重量接近达到预设的大投值时，仪表将关闭快投料信号，使系统进入1#料慢加料过程（关闭一个阀门），同时仪表继续随时跟踪读取称重传感器信号，仪表将判别料斗重量是否大于等于1#料目标值—1#料落差值。

如果大于等于则仪表关闭小投信号，停止加料过程（全部阀门及上料电机关闭），本次计量结束。

如果需要在同一个计量罐内累计加量计量则开始第二种物料的加料，此时仪表首先清零显示输出M2（2#料），快投料和慢投料有效，其过程同上。

否则开始卸料到反应釜。

依次完成2#、3#料的加料过程后，仪表将分别显示料斗中四种物料的重量，仪表输出卸料信号，系统开始卸料过程，当料斗中的重量等于或小于所设定的零区范围时，仪表关闭卸料信号，同时回到停止状态（运行输出无效，暂停输出无效）。

完成一次配料过程。

其中物料的落差初始值是根据经验设定的，随后在计量的过程中落差值根据实际测量值采用自学习的方式，逐次逼近目标值，使误差越来越小。

9、管道阀门工作管理

在配料系统启动后，系统PLC自动控制顺序开启各原料气动阀及称重上料阀，同时启动上料电机，加料结束自动关闭上料阀门及电机，开启卸料阀及搅拌电机，原料开始卸料，反应釜开始搅拌，反应釜搅拌结束，系统开启反应釜卸料阀门和卸料电机，把成品料输送到成品罐，本次配料结束。

灌装工人可以启动灌装机，进行装桶工序操作。

配料过程也可以由操作员按照工艺要求手动顺序按动操作台上的阀门、电机按钮，进行手动配料过程操作。

10、原料罐存料管理（备选）

原料罐上可以安装静态液位计（如雷达液位计、超声波液位计、浮子液位计、压力液位计等），随时检测液位变化，控制系统适时跟踪采集液位高度数据，并测量计算出原料存量、进料量、出料量等，生成数据报表，便于进行原料库存耗用等管理。

七、自动配料控制系统优点

1、采用了连续动态计量的方式进行固态液态物料计量，效率高；

2、采用了操作台，使操作员可在控制室中监视生产线的工作状态，完成一切操作，提高了工作效率及处理异常情况的速度；

3、称重仪表安装集中化，使得与上位机和PLC的通信更加便捷、安全、可靠；

4、生产、管理软件功能强大，可完成各种生产控制和数据管理功能；

5、具有自动、半自动、手动功能，可在突发上位机故障时自行半自动操作，这种方法具有与全自动一样的精度和可靠性；

6、升级扩充方便。

今后如果再需要扩充系统，仅需将新安装好的系统的传感器线、阀门控制线拉至控制室，接入操作台，并在软件界面上增加相应的功能模块即可，简单快捷；

7、具有液位检测功能。

根据不同公司要求，在原料罐和成品罐内可设置投入式液位计或液位开关，可对液位实时监控，避免事故的发生。

八、软件功能

新的系统软件含生产管理和数据管理两部分，生产管理主要完成对生产线工况的实时控制和监视，对各种计量数据做采集、存储，对各种状态做判别和故障报警。

数据管理则对生产数据进行分析、分类存储、提供查询、统计功能和应用户要求编制的各种报表的显示和打印功能。

九、系统扩展性

新建系统可扩展性良好。

今后如果在此基础上扩充生产线或扩充计量点，只需增加所需的计量仪表，并在控制柜的端子上增加相应数量的继电器、并对软件适当升级即可。

对系统构架和布局均不产生影响。

因此，如果必要，建议在操作台上预留今后可能用到的仪表安装孔，为美观起见，可暂用仪表盖板封住预留孔。

附件一

动态计量仪表简述

1、功能及特点

◎具有内部温度补偿功能，从而提高连续计量精度；

◎体积小，长、宽、高仅为：

146mm⨯96mm⨯47mm；

◎重量轻，整机重量约600克

◎造型美观，方便实用；

◎14路开关量输入、输出控制；

◎全面板数字标定，过程简单，方便直观；

◎全自动快/慢速加料控制，最多可控制四种不同物料的配料；

◎完备的配方管理功能，配方既可通过仪表上的按钮输入也可通过上位机下装完成；

◎双向串行口功能，具有RS232/RS485，方便与上位机通讯；

◎落差修正功能；

◎自动零位跟踪功能；

◎自动清零功能；

◎上电自动清零功能；

◎采用先进的24位增量调制A/D转换芯片，具有精度高，采样速度快，温漂小，长期运行可靠性高等特点；

◎抗干扰能力强.过流、过压等各项保护完善，防雷设计，运行可靠性高；

◎多重数字滤波功能；

◎密码保护标定及工作参数设置功能，供用户选用；

◎完全依据下列国家标准的相关内容设计执行,并且顺利通过山东省计量科学研究院的全面测试；参照标准如下：

GB/T7724-1999称重显示控制器

GB/T2501-2000重力式自动装料衡器

JJG649—1990数字称重显示器

主显示：

六位，用于显示称重数据及仪表相关参数代号。

副显示：

六位，用于总重及参数信息。

料号显示：

一位，用于显示当前配料过程中，正在进行的料号。

状态指示灯：

¤运行，当仪表处于配料过程中，该指示灯亮。

¤大投，当仪表进行物料的大投时，该指示灯亮。

¤小投，当仪表进行物料的小投时，该指示灯亮。

¤卸料，当仪表进行物料的卸料时，该指示灯亮。

¤零位，当料斗上物料重量为0±1/4d时，该指示灯亮。

¤稳定，当料斗上物料重量变化在判稳范围内时，该指示亮。

键盘：

⊙【清零退出/►】用于清零显示数据，还用于退出仪表当前功能状态。

⊙【选项/▲】用于参数项的选择。

⊙【模式/〓】用于参数设置等功能选择。

⊙【确认/■】用于参数设置或调校时进入选项或确认仪表当前功能。

2、技术规格

◆一般规格

电源：

AC220V50Hz±10%

电源滤波器：

内附

工作温度：

-10～40℃

最大湿度：

90%R.H不可结露

功耗：

约10W

◆模拟部分

传感器电源：

DC12V350mA（MAX）

输入阻抗：

10MΩ

零点调整范围：

0.2～20mV

输入灵敏度：

0.5uV/d

输入范围：

0.2～25mV

转换方式：

Delta-sigma

A/D转换速度：

200次/秒

非线性：

0.01%F.S

增益漂移：

10PPM/℃

最高显示精度：

1/10000

◆数字部分

重量显示：

主显示，六位红色高亮度数码管

副显示，六位红色高亮度数码管

料号显示：

一位红色高亮度数码管

状态显示：

六只绿色发光二极管

负数显示：

“—”

超载显示：

“OFL”

小数点位置：

5种可选

键盘：

四键发声键盘

附件二

生产、管理软件描述

总体需求：

1．界面结构清晰、易懂，操作方便、简洁。

2．功能完善，分类明确、主次分明。

3．系统可定义、监视至少4条生产线，并采集各生产线上必要的数据，每次计量结果存入数据库。

4．系统具有数据转储功能，具有对采集的数据进行不少于1年的记录存储能力。

5．具有定期统计、打印报表的能力。

6．系统首次使用时可为单机版，随用户监控规模的扩大可平滑升级到网络版。

7．当系统升级到网络版后，应有两台以上电脑存储相关数据，以避免重要数据丢失。

功能描述：

1．系统设置

✧控制室基本信息设置

∙企业名称

∙系统关键信息

∙系统创建时间

∙系统升级时间

∙系统注册码

∙其他信息

✧各生产线配置设置

∙各线的数据采集点配置（点数、对应通信端口）

∙各线上数据上下限报警设置

✧生产流程中关键数据及时间存储

∙各种超限发生时间及超限值记录

✧各设备通信状态测试

∙外部设备通信端口完好测试

✧数据库备份、恢复、清理。

∙定期由操作员按系统指导对数据进行备份、清理

2．定额设置

✧各监控点的计量定额的查询、添加、删除、修改及下装、上传。

3．生产运行

✧可由系统预先设定各监控点的计量定额，并在启动计量前下装。

✧可以预先设定好多个生产方案，并在启动生产前选择其中一个、下装、启动。

✧系统可实时地用不同的颜色区分显示正在工作的生产线上的阀门状态。

✧系统可实时显示生产线上的数据及工艺流程示意图，操作员可在不同的界面间切换。

✧系统实时记录各种必要的数据。

✧每个循环的生产数据及时写入历史数据库以备查询。

✧系统可与大屏幕直接相连，电脑显示器上的内容与大屏幕相同。

✧生产中出现异常事件应记录并用声音及闪烁等方式提醒操作员注意，同时在电脑屏幕的右上角（或其他合适位置）提示故障点及故障原因，可由用户选择直接跳到故障点或由用户点击进入发生故障的生产线界面。

4．原料管理

✧根据原料使用情况自动生成原料采购建议清单。

✧对原料的采购作详细记录。

✧实时料位计算，显示，越限报警。

5．操作员管理

✧默认设置一个不可删除的系统管理员admin，初始密码admin，由监控系统负责人登录后修改并掌握。

只有此帐户可以增加、删除操作员并修改其权限。

此帐号不具有操作员的生产操作权限。

✧操作员权限包括系统设置、定额设置、生产运行、原料管理、报表打印。

✧每个操作员登录后可以修改自己的属性，登录前可以修改密码。

✧系统支持在不中断正常生产的情况下进行操作员的交接班。

接班操作员登录时正在生产的一个循环属于交接班后的操作员。

✧操作员在系统运行时可以锁定屏幕，如果由另外的操作员解锁，则自动进行交接班。

6．软件注册功能

✧提供注册序列号支持。

软件安装时根据系统硬件生成主机号，用户需向软件厂家提交该主机号并索取注册序列号，以确保软件版本的统一性和合法性。

注册后的软件无任何限制。

7．报表打印

✧可以定时或手工打印各种生产报表。

包括日报表、月报表、年报表、原料采购表、原料消耗表等。

✧可以打印各种管理报表。

包括设备运行报表、操作员工作量报表等。

✧可以打印生产运行时的故障或异常信息。