自動配料灌裝生產線計量系統方案
自動配料灌裝生產線計量系統方案
一、 企業現有生產過程情況概述
目前企業的生產過程基本為：粉料采用人工稱料用行車或叉車人工運料、手工填料的方式，液料采用稱重計量，人工泵送料，反應釜一般采用手動變頻啟動方式、水計量采用就地顯示流量計，需要人工看數手動控制開關，從以上看出企業目前基本沒有自動計量及傳輸控制設備。
1、現存問題
（1）、人工上料，勞動強度大，速度慢；
（2）、液體原料采用桶裝稱重計量或流量計顯示，桶內殘留和流量計顯示誤差，造成計量精度差。
（3）、整個產品生產過程采用人工手動控制，勞動強度大，差錯率高，廢品率高，致使產品質量控制困難大、生產效率低。
（4）、為了適應產品規?；?、高質量生產的需要，系統的布局、控制模式、管理軟件系統均需要有重新設計、實施。
2、用戶需求分析
（1）、產品規模生產要求系統具有更大的產能、更高的穩定性；
（2）、降低人工上料勞動強度、提高計量精度；
（3）、固體及液體物料均應自動上料、自動計量；
（4）、每次生產的不同配方（原料配比）均可在電腦上進行操作；
（5）、生產過程實現自動化控制。
二、 本方案自動上料配料系統組成
生產線配料主要完成水和4中液料的配料混合。計量罐單獨設置，液體原料分開計量加料，現場3排攪拌釜分別為1排3個攪拌罐、2 排3個攪拌罐、3排5個攪拌罐。
1、 原料罐四個，分別盛放四種不同的液體原料；水料罐1個，用于暫存水，預留用水量?，F場分別在3排攪拌罐的上部設置5T原料計量罐1臺，15T水計量罐1臺；
2、 每個原料罐底部都安裝有送料管道（管道口徑DN65），分別由自動閥門和手動閥門控制開關，每種液料的自動閥門安裝在靠近管道出口位置，由送料泵負責將料通過管道打到計量罐，送料泵兩端預留回流管及回流閥（回流管口徑與主管道相同），在計量罐進料口處的安裝自動閥門，實現物料的快投和慢投料控制；
3、 液料或水通過管道可直接加進計量罐，計量罐的四個支撐底腳與支撐架基礎之間各安裝一只稱重壓力傳感器模塊，負責計量進入計量罐的物料重量，支撐架基礎需做水平調試；
4、 液體原料計量完畢通過計量罐底部的的自動分流裝置，分別自動加到相應的攪拌罐中。自動分流裝置結構（見圖一）：在計量罐的總卸料閥后水平安裝到各個攪拌釜的分料自動閥門，把各個分料自動閥門的前端進料管用管道聯通，這樣可以保證卸料后基本無存料，到各個攪拌釜的卸料管道水和液料管道可以合并一條管道，以減少管道用料成本；
5、 攪拌好的成品通過反應釜底部的管道泵送至成品罐，由自動閥門和泵控制；
6、 全部配料數據均存儲于控制中心的工控機數據庫內；
7、 全部配料過程均由組態軟件實施監控，通過控制界面實施過程操作，生產數據適時存儲到系統數據庫，以完成對各種生產數據進行存儲和分析，同時還能實現原料進存用料管理、成品管理、人員管理、合同管理等各項功能。
三、 系統控制方案
1、在生產現場設置一個集中控制操作臺，動態稱重計量儀表安裝在操作臺上，安裝在六個計量罐支撐腿下部的稱重傳感器數據線與動態計量儀表相連，實時數據由計量儀表經通信線上傳給控制中心的工控機，配方及控制命令由控制中心的工控機經通信線下傳給儀表及PLC控制器；
2、操作臺內部安裝西門子S系列PLC可編程控制器及繼電器等，負責控制各自動閥門和泵的啟停；
3、計量儀表在PLC的控制下啟動，在不同計量階段輸出不同的信號（快投、慢投、卸料等）給PLC，由PLC對外部設備直接控制；
4、操作臺上安裝按鈕開關等，可實現上述各部分的手動控制；
5、在現場操作處和集中控制操作臺上均設有急停按鈕，兩個急停按鈕系串聯關系，用于緊急情況的應急斷電處理；
6、攪拌罐設攪拌電機，由變頻器控制。
四、 自動配料計量系統組成示意圖
五、 自動配料灌裝計量系統控制部分示意圖
控制系統可實現配料計量過程全部自動控制，包括各閥門、泵、電機、變頻器、計量儀表的啟動、停止，信號的傳輸、數據的記錄、報表的處理和打印等。
六、 系統描述
1、控制系統特點
（1） 、結構簡單，控制邏輯清楚；
（2） 、采用控制領域內的主流產品（如研華工控機、西門子或歐姆龍PLC、施奈德電器件等），可靠性、穩定性好；
（3） 、采用我公司的連續計量技術，效率快、精度高；
（4） 、操作臺集中操作、集中控制，全部儀表一目了然，便于監控和操作，增加了安全性、可靠性，降低了操作員的勞動強度，使操作員不必奔波于各分散的計量儀表之間；
（5） 、操作臺與控制柜的距離近，控制信號傳遞距離短、可靠性強；
（6） 、具有強大的軟件功能，可實現生產過程實時、直觀監控，各種配方管理，物料缺料提醒、異常情況報警等各種功能。
2、控制流程描述
（1） 、生產啟動
操作臺上設有各工藝環節的手動操控按鈕及指示燈，以及啟動按鈕等。用戶可在操作臺面板上按動按鈕或直接用鼠標點擊電腦屏幕上的啟動按鈕，即可以手動或自動啟動相應的生產線開始生產。
（2） 、配方管理
每次生產前可以設置輸入本次配料的配方，按比例分配所需原料數量（也可采用缺省方式，即仍然使用上一次的配方）。給自動上料提供數據依據。
（3） 、生產過程動態計量
在生產啟動的同時，PLC就將動態計量啟動信號發給稱重計量儀表，儀表即開始對各環節的重量進行采集、顯示，并在不同的重量階段采用快投料和慢投料策略，以兼顧提高效率和計量精度。在到達目標值時，輸出停止計量信號，由PLC控制關閉相關閥門、泵等。同時完成卸料到反應釜的動作，計量儀表自動清零去皮。
（4） 、數據存儲
本次配料結束時，由上位機（電腦）對本次實際數據做存儲，并可按要求做一定的精度分析，生成各類報表，用于生產統計、管理。
（5） 、報表打印
可根據用戶需求，在線或離線打印各種所需報表，如當成品日產量、原料消耗，原料庫存，成品庫存等等。
3、配料計量過程
動態計量儀表采用的是動態計量精度控制方式。在停止或暫停狀態下，外部運行輸入信號有效時，啟動自動配料過程。
按下啟動按鈕，系統儀表啟動，稱重儀表清零。然后給原料1（1#料）快投料和慢投料有效信號，系統打開閥門啟動料泵，開始1#料的快速加料過程（即同時打開兩個進料閥門），同時儀表啟動隨時跟蹤讀取稱重傳感器信號，當重量接近達到預設的大投值時，儀表將關閉快投料信號，使系統進入1#料慢加料過程（關閉一個閥門），同時儀表繼續隨時跟蹤讀取稱重傳感器信號，儀表將判別料斗重量是否大于等于1#料目標值—1#料落差值。如果大于等于則儀表關閉小投信號，停止加料過程（全部閥門及上料電機關閉），本次計量結束。如果需要在同一個計量罐內累計加量計量則開始第二種物料的加料，此時儀表首先清零顯示輸出M2（2#料），快投料和慢投料有效，其過程同上。否則開始卸料到反應釜。
依次完成2#、3#料的加料過程后，儀表將分別顯示料斗中四種物料的重量，儀表輸出卸料信號，系統開始卸料過程，當料斗中的重量等于或小于所設定的零區范圍時，儀表關閉卸料信號，同時回到停止狀態（運行輸出無效，暫停輸出無效）。完成一次配料過程。
其中物料的落差初始值是根據經驗設定的，隨后在計量的過程中落差值根據實際測量值采用自學習的方式，逐次逼近目標值，使誤差越來越小。
4、管道閥門工作管理
在配料系統啟動后，系統PLC自動控制順序開啟各原料氣動閥及稱重上料閥，同時啟動上料電機，加料結束自動關閉上料閥門及電機，開啟卸料閥及攪拌電機，原料開始卸料，反應釜開始攪拌，反應釜攪拌結束，系統開啟反應釜卸料閥門和卸料電機，把成品料輸送到成品罐，本次配料結束。灌裝工人可以啟動灌裝機，進行裝桶工序操作。配料過程也可以由操作員按照工藝要求手動順序按動操作臺上的閥門、電機按鈕，進行手動配料過程操作。
5、原料罐存料管理（備選）
原料罐上可以安裝靜態液位計（如雷達液位計、超聲波液位計、浮子液位計、壓力液位計等），隨時檢測液位變化，控制系統適時跟蹤采集液位高度數據，并測量計算出原料存量、進料量、出料量等，生成數據報表，便于進行原料庫存耗用等管理。
6、控制系統特點
（1） 、結構簡單，控制邏輯清楚；
（2） 、采用控制領域內的主流產品（如研華工控機、西門子或歐姆龍PLC、施奈德電器件等），可靠性、穩定性好；
（3） 、采用我公司的連續計量技術，效率快、精度高；
（4） 、操作臺集中操作、集中控制，全部儀表一目了然，便于監控和操作，增加了安全性、可靠性，降低了操作員的勞動強度，使操作員不必奔波于各分散的計量儀表之間；
（5） 、操作臺與控制柜的距離近，控制信號傳遞距離短、可靠性強；
（6） 、具有強大的軟件功能，可實現生產過程實時、直觀監控，各種配方管理，物料缺料提醒、異常情況報警等各種功能。
7、控制流程描述
（1） 、生產啟動
操作臺上設有各工藝環節的手動操控按鈕及指示燈，以及啟動按鈕等。用戶可在操作臺面板上按動按鈕或直接用鼠標點擊電腦屏幕上的啟動按鈕，即可以手動或自動啟動相應的生產線開始生產。
（2） 、配方管理
每次生產前可以設置輸入本次配料的配方，按比例分配所需原料數量（也可采用缺省方式，即仍然使用上一次的配方）。給自動上料提供數據依據。
（3） 、生產過程動態計量
在生產啟動的同時，PLC就將動態計量啟動信號發給稱重計量儀表，儀表即開始對各環節的重量進行采集、顯示，并在不同的重量階段采用快投料和慢投料策略，以兼顧提高效率和計量精度。在到達目標值時，輸出停止計量信號，由PLC控制關閉相關閥門、泵等。同時完成卸料到反應釜的動作，計量儀表自動清零去皮。
（4） 、數據存儲
本次配料結束時，由上位機（電腦）對本次實際數據做存儲，并可按要求做一定的精度分析，生成各類報表，用于生產統計、管理。
（5） 、報表打印
可根據用戶需求，在線或離線打印各種所需報表，如當成品日產量、原料消耗，原料庫存，成品庫存等等。
8、配料計量過程
動態計量儀表采用的是動態計量精度控制方式。在停止或暫停狀態下，外部運行輸入信號有效時，啟動自動配料過程。
按下啟動按鈕，系統儀表啟動，稱重儀表清零。然后給原料1（1#料）快投料和慢投料有效信號，系統打開閥門啟動料泵，開始1#料的快速加料過程（即同時打開兩個進料閥門），同時儀表啟動隨時跟蹤讀取稱重傳感器信號，當重量接近達到預設的大投值時，儀表將關閉快投料信號，使系統進入1#料慢加料過程（關閉一個閥門），同時儀表繼續隨時跟蹤讀取稱重傳感器信號，儀表將判別料斗重量是否大于等于1#料目標值—1#料落差值。如果大于等于則儀表關閉小投信號，停止加料過程（全部閥門及上料電機關閉），本次計量結束。如果需要在同一個計量罐內累計加量計量則開始第二種物料的加料，此時儀表首先清零顯示輸出M2（2#料），快投料和慢投料有效，其過程同上。否則開始卸料到反應釜。
依次完成2#、3#料的加料過程后，儀表將分別顯示料斗中四種物料的重量，儀表輸出卸料信號，系統開始卸料過程，當料斗中的重量等于或小于所設定的零區范圍時，儀表關閉卸料信號，同時回到停止狀態（運行輸出無效，暫停輸出無效）。完成一次配料過程。
其中物料的落差初始值是根據經驗設定的，隨后在計量的過程中落差值根據實際測量值采用自學習的方式，逐次逼近目標值，使誤差越來越小。
9、管道閥門工作管理
在配料系統啟動后，系統PLC自動控制順序開啟各原料氣動閥及稱重上料閥，同時啟動上料電機，加料結束自動關閉上料閥門及電機，開啟卸料閥及攪拌電機，原料開始卸料，反應釜開始攪拌，反應釜攪拌結束，系統開啟反應釜卸料閥門和卸料電機，把成品料輸送到成品罐，本次配料結束。灌裝工人可以啟動灌裝機，進行裝桶工序操作。配料過程也可以由操作員按照工藝要求手動順序按動操作臺上的閥門、電機按鈕，進行手動配料過程操作。
10、 原料罐存料管理（備選）
原料罐上可以安裝靜態液位計（如雷達液位計、超聲波液位計、浮子液位計、壓力液位計等），隨時檢測液位變化，控制系統適時跟蹤采集液位高度數據，并測量計算出原料存量、進料量、出料量等，生成數據報表，便于進行原料庫存耗用等管理。
七、 自動配料控制系統優點
1、采用了連續動態計量的方式進行固態液態物料計量，效率高；
2、采用了操作臺，使操作員可在控制室中監視生產線的工作狀態，完成一切操作，提高了工作效率及處理異常情況的速度；
3、稱重儀表安裝集中化，使得與上位機和PLC的通信更加便捷、安全、可靠；
4、生產、管理軟件功能強大，可完成各種生產控制和數據管理功能；
5、具有自動、半自動、手動功能，可在突發上位機故障時自行半自動操作，這種方法具有與全自動一樣的精度和可靠性；
6、升級擴充方便。今后如果再需要擴充系統，僅需將新安裝好的系統的傳感器線、閥門控制線拉至控制室，接入操作臺，并在軟件界面上增加相應的功能模塊即可，簡單快捷；
7、具有液位檢測功能。根據不同公司要求，在原料罐和成品罐內可設置投入式液位計或液位開關，可對液位實時監控，避免事故的發生。
八、 軟件功能
新的系統軟件含生產管理和數據管理兩部分，生產管理主要完成對生產線工況的實時控制和監視，對各種計量數據做采集、存儲，對各種狀態做判別和故障報警。數據管理則對生產數據進行分析、分類存儲、提供查詢、統計功能和應用戶要求編制的各種報表的顯示和打印功能。
九、 系統擴展性
新建系統可擴展性良好。今后如果在此基礎上擴充生產線或擴充計量點，只需增加所需的計量儀表，并在控制柜的端子上增加相應數量的繼電器、并對軟件適當升級即可。對系統構架和布局均不產生影響。因此，如果必要，建議在操作臺上預留今后可能用到的儀表安裝孔，為美觀起見，可暫用儀表蓋板封住預留孔。
附件一
動態計量儀表簡述
1、功能及特點
◎ 具有內部溫度補償功能，從而提高連續計量精度；
◎ 體積小，長、寬、高僅為：146mm′96mm′47mm；
◎ 重量輕，整機重量約600克
◎ 造型美觀，方便實用；
◎ 14路開關量輸入、輸出控制；
◎ 全面板數字標定，過程簡單，方便直觀；
◎ 全自動快/慢速加料控制，可控制四種不同物料的配料；
◎ 完備的配方管理功能，配方既可通過儀表上的按鈕輸入也可通過上位機下裝完成；
◎ 雙向串行口功能，具有RS232/RS485，方便與上位機通訊；
◎ 落差修正功能；
◎ 自動零位跟蹤功能；
◎ 自動清零功能；
◎ 上電自動清零功能；
◎ 采用先進的24位增量調制A/D轉換芯片，具有精度高，采樣速度快，溫漂小，長期運行可靠性高等特點；
◎ 抗干擾能力強.過流、過壓等各項保護完善，防雷設計，運行可靠性高；
◎ 多重數字濾波功能；
◎ 密碼保護標定及工作參數設置功能，供用戶選用；
◎ 完全依據下列國家標準的相關內容設計執行,并且順利通過山東省計量科學研究院的全面測試；參照標準如下：
GB/T 7724-1999 稱重顯示控制器
GB/T 2501-2000 重力式自動裝料衡器
JJG 649—1990 數字稱重顯示器
主 顯 示：六位，用于顯示稱重數據及儀表相關參數代號。
副 顯 示：六位，用于總重及參數信息。
料號顯示：一位，用于顯示當前配料過程中，正在進行的料號。
狀態指示燈：
¤運行，當儀表處于配料過程中，該指示燈亮。
¤大投，當儀表進行物料的大投時，該指示燈亮。
¤小投，當儀表進行物料的小投時，該指示燈亮。
¤卸料，當儀表進行物料的卸料時，該指示燈亮。
¤零位，當料斗上物料重量為0±1/4d時，該指示燈亮。
¤穩定，當料斗上物料重量變化在判穩范圍內時，該指示亮。
鍵盤：
⊙【清零退出/?】用于清零顯示數據，還用于退出儀表當前功能狀態。
⊙【選項/▲】用于參數項的選擇。
⊙【模式/〓】用于參數設置等功能選擇。
⊙【確認/■】用于參數設置或調校時進入選項或確認儀表當前功能。
2、技術規格
◆ 一般規格
電源： AC220V 50Hz±10%
電源濾波器：內附
工作溫度： -10～40℃
濕度： 90% R.H不可結露
功耗： 約10W
◆ 模擬部分
傳感器電源： DC12V 350mA（MAX）
輸入阻抗： 10M?
零點調整范圍：0.2～20mV
輸入靈敏度： 0.5uV/d
輸入范圍： 0.2～25mV
轉換方式： Delta-sigma
A/D轉換速度：200次/秒
非線性： 0.01% F.S
增益漂移： 10PPM/℃
顯示精度：1/10000
◆ 數字部分
重量顯示： 主顯示，六位紅色高亮度數碼管
副顯示，六位紅色高亮度數碼管
料號顯示： 一位紅色高亮度數碼管
狀態顯示： 六只綠色發光二極管
負數顯示： “—”
超載顯示： “OFL”
小數點位置：5種可選
鍵盤： 四鍵發聲鍵盤
附件二
生產、管理軟件描述
總體需求：
1．界面結構清晰、易懂，操作方便、簡潔。
2．功能完善，分類明確、主次分明。
3．系統可定義、監視至少4條生產線，并采集各生產線上必要的數據，每次計量結果存入數據庫。
4．系統具有數據轉儲功能，具有對采集的數據進行不少于1年的記錄存儲能力。
5．具有定期統計、打印報表的能力。
6．系統使用時可為單機版，隨用戶監控規模的擴大可平滑升級到網絡版。
7．當系統升級到網絡版后，應有兩臺以上電腦存儲相關數據，以避免重要數據丟失。
功能描述：
1． 系統設置
2 控制室基本信息設置
· 企業名稱
· 系統關鍵信息
· 系統創建時間
· 系統升級時間
· 系統注冊碼
· 其他信息
2 各生產線配置設置
· 各線的數據采集點配置（點數、對應通信端口）
· 各線上數據上下限報警設置
2 生產流程中關鍵數據及時間存儲
· 各種超限發生時間及超限值記錄
2 各設備通信狀態測試
· 外部設備通信端口完好測試
2 數據庫備份、恢復、清理。
· 定期由操作員按系統指導對數據進行備份、清理
2． 定額設置
2 各監控點的計量定額的查詢、添加、刪除、修改及下裝、上傳。
3． 生產運行
2 可由系統預先設定各監控點的計量定額，并在啟動計量前下裝。
2 可以預先設定好多個生產方案，并在啟動生產前選擇其中一個、下裝、啟動。
2 系統可實時地用不同的顏色區分顯示正在工作的生產線上的閥門狀態。
2 系統可實時顯示生產線上的數據及工藝流程示意圖，操作員可在不同的界面間切換。
2 系統實時記錄各種必要的數據。
2 每個循環的生產數據及時寫入歷史數據庫以備查詢。
2 系統可與大屏幕直接相連，電腦顯示器上的內容與大屏幕相同。
2 生產中出現異常事件應記錄并用聲音及閃爍等方式提醒操作員注意，同時在電腦屏幕的右上角（或其他合適位置）提示故障點及故障原因，可由用戶選擇直接跳到故障點或由用戶點擊進入發生故障的生產線界面。
4． 原料管理
2 根據原料使用情況自動生成原料采購建議清單。
2 對原料的采購作詳細記錄。
2 實時料位計算，顯示，越限報警。
5． 操作員管理
2 默認設置一個不可刪除的系統管理員admin，初始密碼admin，由監控系統負責人登錄后修改并掌握。只有此帳戶可以增加、刪除操作員并修改其權限。此帳號不具有操作員的生產操作權限。
2 操作員權限包括系統設置、定額設置、生產運行、原料管理、報表打印。
2 每個操作員登錄后可以修改自己的屬性，登錄前可以修改密碼。
2 系統支持在不中斷正常生產的情況下進行操作員的交接班。接班操作員登錄時正在生產的一個循環屬于交接班后的操作員。
2 操作員在系統運行時可以鎖定屏幕，如果由另外的操作員解鎖，則自動進行交接班。
6． 軟件注冊功能
2 提供注冊序列號支持。軟件安裝時根據系統硬件生成主機號，用戶需向軟件廠家提交該主機號并索取注冊序列號，以確保軟件版本的統一性和合法性。注冊后的軟件無任何限制。
7． 報表打印
2 可以定時或手工打印各種生產報表。包括日報表、月報表、年報表、原料采購表、原料消耗表等。
2 可以打印各種管理報表。包括設備運行報表、操作員工作量報表等。
2 可以打印生產運行時的故障或異常信息。
