耐火材料自動化配料系統(tǒng)的改造建設

靖長續(xù)，李春雷

（山信軟件股份有限公司，山東 濟南250101）

1 前 言

耐火材料的配料是耐火材料生產(chǎn)中至關重要的一環(huán)，配料的精度決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，當今的許多耐火材料生產(chǎn)企業(yè)受早期設備條件及技術水平的影響，配料系統(tǒng)普遍自動化程度不高，具體表現(xiàn)為人員經(jīng)驗水平影響配料精準度、配料過程無法做到實時監(jiān)控、生產(chǎn)環(huán)境惡劣等一系列的問題［1］。如今，隨著人工成本上升、市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求提高、國家環(huán)保標準的一再上調(diào)，使這些耐火材料生產(chǎn)廠已經(jīng)無法滿足當今市場的要求［2］。生產(chǎn)耐火材料會產(chǎn)生大量污染，耗用大量資源，隨著綠色經(jīng)濟的到來，減少耐火材料在生產(chǎn)過程中的耗用，對環(huán)境保護與資源節(jié)約具有積極的意義［3］。為此，結合當下的工藝設備條件，對現(xiàn)有的工藝、設備、產(chǎn)線進行自動化等方面的改造，是降低企業(yè)生產(chǎn)成本，符合國家標準，提升市場競爭力的必選之道。

2 配料系統(tǒng)的改造目標

改造的根本目標是在提升企業(yè)競爭力的同時降低生產(chǎn)成本，降低操作難度，令操作人員可以快速上手，簡化操作進而減少勞動力需求，提高配料精度提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證連續(xù)配料從而增加生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過程中的污染，滿足國家環(huán)保要求。為達到這些目的，可以從降低配料誤差、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低人工成本、改善生產(chǎn)環(huán)境以及提高科學管理手段等方面著手，為此，對配料系統(tǒng)的改造應達到以下目的:1）實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與分析。2）實現(xiàn)對配料過程的實時監(jiān)控與管理。3）實現(xiàn)配料過程的自動化與連續(xù)生產(chǎn)。4）降低對人工的需求。5）對生產(chǎn)環(huán)境進行改善。

3 配料系統(tǒng)改造的具體實現(xiàn)

3.1 現(xiàn)場設備的改造

改造并非新建，對原有設備應做到盡可能的保留。設備方面在保留符合條件的原料倉、給料機、混料機的基礎上，增加稱量斗和皮帶輸送機或者選用逐漸興起的皮帶秤稱量系統(tǒng)（成本較高）。建設的自動配料線應在符合要求的情況下盡可能的短，以達到快速配料的目的。在條件允許的情況下最好能建設多條生產(chǎn)線，用于滿足不同品種和批次耐火材料的生產(chǎn)需求。通過改造，保證多批次不同規(guī)格耐火材料可以一同生產(chǎn)，從而有效提升生產(chǎn)效率。

為了改善配料環(huán)境，降低環(huán)境污染，減少職業(yè)病的產(chǎn)生，應對輸送皮帶加裝封閉式保護外殼進行全封閉式運輸，同時在出料口與卸料口附近加裝水幕除塵器等相關除塵設備裝置，以降低配料過程中的揚塵污染，從而達到改善生產(chǎn)環(huán)境的目的。

3.2 配料工藝的改造

配料過程可按步驟分為兩個環(huán)節(jié)，即取料環(huán)節(jié)和送料環(huán)節(jié)，下面對這兩個環(huán)節(jié)進行詳細說明。

3.2.1 取料環(huán)節(jié)

對于取料環(huán)節(jié)，可分兩步執(zhí)行，即取料和稱重。由于皮帶秤運輸系統(tǒng)造價高昂且維護成本較高，所以分步執(zhí)行取料和稱重。為了減少成本并保證配料的精確性，采用給料機傳輸原料的方式來取代傳統(tǒng)的人工送料方式，即:料倉→給料機→輸送皮帶→稱量斗。在料倉出口加裝可被遠程操控的快速切斷閥控制配料投放至給料機，然后通過變頻控制給料機的電機，將配料通過皮帶運輸至配料小車上的稱量斗。由于稱量斗具備物料存儲、稱重及信號傳送的功能，所以將稱量斗接入PLC控制系統(tǒng)，通過稱量斗的稱重傳感器可將物料累計量傳送至PLC，PLC利用重量反饋控制給料機變頻器和料倉出口閥等相關設備，控制給料機給料速率以及控制物料投放，實現(xiàn)精準取料。

3.2.2 送料環(huán)節(jié)

送料環(huán)節(jié)通過移動小車來實現(xiàn)，移動小車選擇自帶除塵系統(tǒng)及破拱裝置的移動配料車［4］。破拱裝置能有效解決配料凝固以及堵塞的問題，自帶的除塵系統(tǒng)可以在實現(xiàn)自動化改造的同時改善生產(chǎn)環(huán)境。移動配料車可根據(jù)事先設定好的配方要求，在不同出料口下行走移動，通過光電開關或行程開關自動控制小車在對應輸送皮帶出口位置下找位配料。配料車上裝配1個或2個稱量料斗，通過稱量料斗以及對輸送皮帶的速度控制實現(xiàn)精準配料，配料完成后配料小車再移動至目標排料口自動找位進行卸料。

3.3 控制系統(tǒng)的改造

PLC通過微處理芯片驅動，擁有優(yōu)秀的抗干擾能力與穩(wěn)定性，特別適用于連續(xù)過程控制，所以配料系統(tǒng)采用PLC為核心的遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制。通訊方式應根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行選擇，考慮到后期的可擴展性，PLC應選用模塊機，為實現(xiàn)對應的系統(tǒng)功能應選取合適的模擬量輸入/輸出、數(shù)字量輸入/輸出功能模塊。合理分配PLC的I/O資源，選件時最好能再取25%的余量以應對可能的變更。

上位畫面的目的是讓操作人員及管理者通過對現(xiàn)場設備及運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，通過簡單地控制，實現(xiàn)操作人員及管理者對配料過程的配置、設定以及管理。上位程序的選擇應與下位程序相匹配，如下位程序選擇了西門子的S7或博圖，上位程序就該選擇WINCC，諸如此類。為滿足自動配料需求，上位畫面應包含設備運行實況、配方管理、記錄和查詢、打印報表功能，相關設備應在實現(xiàn)遠程控制的同時，在現(xiàn)場也可通過按鈕等手動就地操作。

應對物料使用情況及各相關生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時更新并保存，對重點參數(shù)應以報表形式呈現(xiàn)。下位程序應盡量簡單化，采用模塊化方式進行開發(fā)，方便后期維護與修改。針對配料過程的滯后性，應根據(jù)稱量斗內(nèi)配料重量對給料機變頻器進行PID控制。如果單純PID無法進行有效調(diào)節(jié)，則采用模糊控制+PID調(diào)節(jié)的方法，控制配料在允許范圍之內(nèi)，達到精準配料的目的。

4 對配料系統(tǒng)改造的展望

計算機技術與自動化技術相結合，不僅令配料控制變得輕松，降低了準入門檻的同時還避免了不利的突發(fā)事件的發(fā)生，令耐火材料生產(chǎn)的配料過程更加快速、準確、高效、安全。由于科技的發(fā)展以及兩化融合概念的不斷完善，以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，耐火材料生產(chǎn)廠配料生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化程度也會越來越高，逐步向著模塊化、集成化、信息化方向發(fā)展。配料過程也越來越依賴各類型機械設備之間的配合，工作人員只要經(jīng)過簡單的培訓，學會控制設備運行即可滿足對應的需求。

5 結語

隨著我國耐火材料產(chǎn)量的逐年提升以及國家去產(chǎn)能優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構方針的施行，耐火材料生產(chǎn)廠已經(jīng)到了優(yōu)勝劣汰的關鍵時期。2019年耐火材料行業(yè)的15項標準更是加速了優(yōu)勝劣汰的進行。通過結合原有配料設備，對設備、工藝、自動化進行改造提升，可有效提高耐火材料生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，改善生產(chǎn)環(huán)境，提升耐火材料生產(chǎn)企業(yè)競爭力，加速企業(yè)向專業(yè)型生產(chǎn)商轉變的同時，也為耐火材料生產(chǎn)企業(yè)配料系統(tǒng)的自動化改造提供了新的思路。