聚氨酯樹脂反應釜監控系統

聚氨酯樹脂反應釜監控系統

在聚氨酯樹脂的生產過程中，需要依據預先制定的配方將多種原料加入反應釜中混合，并進行相關加工形成所需產品.相關原料的加入是否定量、有序，生產過程中攪拌電機、各泵閥運行是否正常，反應釜中溫度是否符合生產規范，這些對于產品質量均有重要影響.安利公司通過檢測儀表結合現場人工實現監控，這種監控下工人勞動強度大、現場工作環境惡劣、故障維修時間長、過程精度達不到標準，從而導致生產效率低、產品質量差.因此，將現有生產過程自動化、可視化已成為聚氨酯樹脂生產迫切需要解決的問題。

1 工藝簡介

安利公司第三期聚氨酯樹脂生產項目中，使用23種原料、7種溶劑、4個反應釜，每個反應釜連接24個閥門.各種原料需要按照生產工藝定量定序混合、攪拌、反應，生產出新的化學原料，供后面的生產線加工.限于篇幅，該文僅介紹PLC和組態王在生產過程中的監控作用.

該反應釜監控系統采用SEMENS SMATIC S7－300PLC，CPU315－2DP.機架上有PS模塊、CP343－1以太網通訊模塊、CP341串行通訊處理模塊及I／O模塊.S7－300之間通過CP343－1經交換機與4臺上位機IPC通訊，上位機的監控由組態王實現。

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2 監控系統的實現

2.1 PLC在監控系統中的應用

下位機PLC主要通過繼電器對反應釜各個執行部件進行控制，并實時通過傳感器與變送裝置將反應釜的實時狀態傳給上位機，供操作工監控.

在生產過程中，PLC參與泵和閥門的開啟、關閉、互鎖，反應釜攪拌電機的選擇與運行控制，各項參數（如反應釜重量、下料重量、反應釜溫度、蒸汽溫度、電機電流等）的采集處理；接受上位機的設定值并運用各種控制策略與算法進行閉環回路調節；將采集到的數據實時傳送給上位機監控并保存.為滿足設計要求，系統總計使用17個SM321數字量輸入模塊、6個SM322數字量輸出模塊、3個SM331模擬量輸入模塊.對應模塊的部分點位分布如圖2～4所示.

2.2 組態王在監控系統中的應用

2.2.1 人機界面的監控效果

為了滿足操作人員對生產過程的遠程、直觀、準確地監控，作者使用組態王設計了反應釜監控的人機界面，人機界面如圖5所示.人機界面的監控作用如下：

（1）當選定某種物料并開始下料時，人機界面上對應的管道會出現流動效果，且流動速度可隨著物料重量的變化而變化.

（2）反應釜中的攪拌電機開啟時，人機界面上對應的扇葉開始旋轉，且隨著反應釜中液位的增加，人機界面中的液位也增加.

（3）實時準確顯示出電機電流、反應釜溫度、本次重量、總重量等數據.

（4）準確繪制出電流、溫度等數據的實時曲線.

（5）當生產現場出現安全問題時，在第一時間提醒現場操作工，以免出現事故.在人機界面中，有故障信號時，畫面上對應的生產設備亮紅燈并閃爍，出現“…故障”的巨大紅色字體，且同時用聲音報警.

2.2.2 報表系統

生產時需要將多種原料按序、定量加入反應釜.在對第三期監控系統進行設計時，廠家操作人員提出，以往對原料數據歸檔是“定時歸檔”，每十分鐘一次，只能顯示出歸檔時刻物料的重量，因此出現了如下問題：若一種物料一次下料時間長，歸檔的重復數據多；若下料在兩次歸檔時刻中間結束，歸檔數據就不準確；兩次生產之間的歸檔數據沒有間隔，不能看出一次生產使用的物料.盡管有了歸檔功能，但還需要人工記錄下料數據，很不方便.

該期監控系統采取了“按次歸檔”的方式.當上位機采集到PLC傳來的“釜稱重到”信號，便依次歸檔“日期”、“時間”、“反應釜溫度”、“本次物料名稱”和“本次重量”等數據.當反應釜本次生產所需的物料全部加入時，將報表以當前時間為名稱存入特定的文件夾，方便操作人員查看與打印。

3 工藝生產

運用PLC與組態王的控制功能，利用現代通訊技術，通過控制電路可對生產過程進行監控.下料過程要求安全、有序、準確，再在此基礎上實現可視化.該設計創新性地采用人機界面上的“軟按鈕”與操作臺上的“硬按鈕”相結合，可實現控制系統的簡便性和生產過程的安全性.

選料只有在當前的反應釜沒有下料時才能進行，分2步.第1步，操作工在組態王界面上選定所需的原料并按確定；第2步，操作工在控制柜面板上按下原料對應的按鈕.只有兩步操作均正確時，PLC才會判斷系統選料成功，通過電信號先開啟電磁閥門，再開啟對應的原料泵.如果組態王與面板選料不一致，組態王會提示“選料失敗，請重選！”，必須要按組態王上的“重選料”按鈕，系統才能重新選料.當稱重信號提示本次物料的重量達到預置值時，PLC接收到“稱重到”信號時，先關閉泵，延時10 s再關閉閥.部分PLC梯形圖和主程。

4 結束語

該系統將PLC與組態王作為控制核心，在保證系統穩定、安全、可靠運行的基礎上，結合工藝要求，實現了界面友好、操作簡易的功能，且便于更改、擴充和升級.該系統投入生產運行后，產品的樹脂黏度穩定性提高了20%，樹脂顆粒不溶物減少，樹脂流動性與色澤均有明顯提升.生產實踐表明，該系統各方面性能良好，實現了現場生產的集中監控，保證了產品質量，提高了生產效率.