物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)在墻材生產(chǎn)中應(yīng)用

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摘要：本研究的背景是在傳統(tǒng)墻材生產(chǎn)技術(shù)落后、生產(chǎn)效率低下，綠色發(fā)展理念不斷深入，對墻材生產(chǎn)企業(yè)提出新的要求。利用物聯(lián)網(wǎng)智能控制與企業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行對接，降低物料能耗，推進(jìn)智能制造，提升墻材企業(yè)生產(chǎn)過程自動化水平。目的通過把配料系統(tǒng)和預(yù)加水系統(tǒng)、窯爐烘燒系統(tǒng)引入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中管控，借助大數(shù)據(jù)分析，在高生產(chǎn)率的前提下，使得整個新型墻材生產(chǎn)管控大大簡化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的智能管控。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；精準(zhǔn)計(jì)量；智能管控；預(yù)加水；自動跟蹤

1生產(chǎn)工藝概述

矸石磚生產(chǎn)的原料是將煤矸石、頁巖經(jīng)破碎、滾篩篩選分離，粗料經(jīng)過返料輸送帶返回破碎機(jī)重新粉碎，細(xì)料進(jìn)入細(xì)料倉進(jìn)行存放。按預(yù)定配方將粉煤灰、頁巖石粉混合配料，混合料經(jīng)過適當(dāng)加水在陳化庫進(jìn)行陳化。陳化后的混合物料經(jīng)過陳化庫中箱式供料機(jī)由輸送帶送至雙軸攪拌進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆?，再?jīng)輸送帶送至雙級真空擠出磚機(jī)擠出，經(jīng)過切條機(jī)切坯后成型磚坯，磚坯進(jìn)干燥室干燥，然后經(jīng)隧道窯窯爐焙燒而成的一種新型節(jié)能墻體材料。以12.5×168m（兩烘兩燒）和12.5×65(四烘兩燒)隧道雙窯的新型墻材企業(yè)生產(chǎn)線為例進(jìn)行分析，物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)在新型墻料生產(chǎn)中應(yīng)用的必要性和可行性。以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、5G通訊以及先進(jìn)工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，把諸多先進(jìn)技術(shù)融合為一個綜合體，再為企業(yè)安全生產(chǎn)提供穩(wěn)定的技術(shù)保障的同時(shí)，也提高企業(yè)生產(chǎn)效益。

2新型墻材生產(chǎn)企業(yè)的基本現(xiàn)狀

墻體材料企業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；潭容^低、規(guī)模小，生產(chǎn)工藝裝備落后、勞動生產(chǎn)力水平低下，具備先進(jìn)的工藝技術(shù)、設(shè)備、規(guī)模大的新型墻體材料生產(chǎn)企業(yè)比例偏小，企業(yè)生產(chǎn)中自主創(chuàng)新能力不足。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新投入不大，人才匱乏，擁自主知識產(chǎn)權(quán)和核心競爭力也非常薄弱，與發(fā)展綠色建筑、超低能耗建筑、裝配式建筑的結(jié)合存在一定的差距。

2.1自動化程度比低，每種設(shè)備均由現(xiàn)場工人手動操作，設(shè)備之間相互獨(dú)立，設(shè)備之間缺少必要邏輯上的關(guān)聯(lián)，也就缺乏必要的互聯(lián)，時(shí)常造成某一設(shè)備損壞時(shí)物料大量堆積，致使原來正常運(yùn)行設(shè)備因損壞的設(shè)備造成相應(yīng)損壞。

2.2混合物料熱穩(wěn)定性差，多種物料采用工人配料，由現(xiàn)場工人憑借自己多年的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配料，經(jīng)常造成混合料熱值忽高忽低，加水量忽大忽小，混合物料含水率無法保證正常范圍內(nèi)。也有部分配料站借用別的配料系統(tǒng)，例如，水泥生產(chǎn)線配料系統(tǒng)雖與矸石磚配料系統(tǒng)理論上差別不大，但在實(shí)際配料過程也會出現(xiàn)了諸多問題，急需能適應(yīng)自身的配料精準(zhǔn)計(jì)量控制系統(tǒng)。

2.3工人勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，由于沒有相對比較完善的控制系統(tǒng)，仍需要工人在現(xiàn)場實(shí)地操作，現(xiàn)場噪音和粉塵嚴(yán)重?fù)p害了工人的健康，造成用工難，用工成本高的主要原因。

3基物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用主要組成

3.1數(shù)據(jù)采集及傳輸

數(shù)據(jù)采集主要是將現(xiàn)場的電機(jī)狀態(tài)、各種稱體狀態(tài)、稱重傳感器、速度、智能儀表、水泵、輸送設(shè)備等相關(guān)設(shè)備信息，由現(xiàn)場檢測裝置通信息線傳輸至現(xiàn)場工作站控制柜，柜內(nèi)設(shè)有各種對應(yīng)信號模塊，用來接受不同類型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過柜內(nèi)主控器進(jìn)行運(yùn)算后，實(shí)時(shí)反饋給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。同時(shí)，現(xiàn)將處理過的信息經(jīng)交換機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊接入信息數(shù)據(jù)集中控制中心，用于服務(wù)上位機(jī)或云端服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集傳輸過程是控制柜內(nèi)完成，經(jīng)對外部通信接口RS485接入觸摸屏用于現(xiàn)場操作，經(jīng)光電交換機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊將其采集的數(shù)據(jù)將統(tǒng)一傳至信息數(shù)據(jù)控制中心，并將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加密打包后以通信方式將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，工控機(jī)主要完現(xiàn)場設(shè)備集中管理和操作，通過手機(jī)APP可以根據(jù)云端組態(tài)的管理權(quán)限來訪問相應(yīng)數(shù)據(jù)及操作，詳見圖1。

3.2數(shù)據(jù)管理及分析

企業(yè)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析模型，根據(jù)存儲的歷史數(shù)據(jù)、歷史報(bào)警信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。操作人員可以通過系統(tǒng)查看到各種物料在各個日期區(qū)間運(yùn)行歷史曲線的狀態(tài)和相關(guān)報(bào)警信息，如，設(shè)定數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的偏差、曲線走趨、報(bào)警的原由等等。數(shù)據(jù)中心將獲得數(shù)據(jù)信息分類存儲一定介質(zhì)上，每天定時(shí)或?qū)崟r(shí)向云服務(wù)器請求當(dāng)天的數(shù)據(jù)，然后存入數(shù)據(jù)庫中。所有的企業(yè)生產(chǎn)資料最終都匯集成數(shù)據(jù)，保存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，通過信息交互系統(tǒng)從后臺數(shù)據(jù)庫獲取所需數(shù)據(jù)，經(jīng)中間層信息系統(tǒng)處理后得到想要的信息以幫助企業(yè)更好安排生產(chǎn)，合理控制生產(chǎn)成本。隨著聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行，每天將有大量的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云服務(wù)器，由于云服務(wù)器存儲空間有限，擴(kuò)展存儲成本高，因此只在云服務(wù)器存儲最近一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，大量歷史數(shù)據(jù)存儲在企業(yè)數(shù)據(jù)中心。這樣既改善了云服務(wù)器的運(yùn)算性能，也保障了數(shù)據(jù)的安全性及長久性。云服務(wù)器的數(shù)據(jù)管理由兩部分組成，一部分是歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，系統(tǒng)可自動將超過時(shí)限的歷史數(shù)據(jù)打包轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)管理中心，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)被清除；另一部分是將需要控制執(zhí)行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至物理接口層，通過友好界面為用戶提供服務(wù)，并將指令下發(fā)至對應(yīng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)操控技術(shù)可以使現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時(shí)操控系統(tǒng)多個終端（上位機(jī)端、現(xiàn)場端、手機(jī)端）中共享資源，合理分配資源，提高運(yùn)行效率。

3.3配料站智能自動化控制

3.3.1控制方式。3.3.1.1現(xiàn)場控制。本地和遠(yuǎn)程選擇開關(guān)位于現(xiàn)場控制柜或控制箱內(nèi)，轉(zhuǎn)到本地位置用于調(diào)試階段或檢修階段設(shè)備單機(jī)運(yùn)行。3.3.1.2物聯(lián)集中控制和云端控制。本地和遠(yuǎn)程選擇開關(guān)位于現(xiàn)場控制柜或控制箱內(nèi)，轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程位置后，用于遠(yuǎn)程控制操作，除現(xiàn)場緊急機(jī)按鈕外，其余按鈕不能操控?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)經(jīng)信息線連接至現(xiàn)場控制柜，通過采集模塊經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊將現(xiàn)場實(shí)時(shí)信息送到信息集中控制中心，工程師站和操作員站直接與信息集控中心相連。通過上位機(jī)操控界面可分別對不同工段進(jìn)行操控，也可以根據(jù)不同用戶分配的不同權(quán)限在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行云端操控。從而降低工人勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)配料站現(xiàn)場的無人值守。3.3.2精準(zhǔn)配料及預(yù)加水系統(tǒng)。預(yù)加水自動化控制主要根據(jù)物料實(shí)時(shí)重量和物料濕度來完成的，合格的含水量是原料陳化前關(guān)鍵的一步，也是磚坯成型質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)攪拌加水自動化，混合料加水穩(wěn)定有利物料陳化，無需人工來操控加水量，見圖2。

3.4窯爐焙燒工藝智能化控制

窯爐溫度主要采用計(jì)算機(jī)控制，主要有工控機(jī)、智能調(diào)節(jié)器、電磁閥、電動執(zhí)行器和熱電偶等，并配置數(shù)據(jù)采集隔離模塊等器件，利用組態(tài)軟件進(jìn)行編程開發(fā)組態(tài)，溫度由現(xiàn)場熱電偶來檢測，由電動執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風(fēng)閥，工控機(jī)根據(jù)設(shè)定的燒成曲線進(jìn)行控制。系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對窯爐溫度的自動控制。還能實(shí)現(xiàn)對窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，自動記錄、打印及畫面語言提示；另外，還能根據(jù)燒成要求模擬并儲存多種燒成制度曲線，同時(shí)燒成曲線的參數(shù)可按需要隨時(shí)修改。窯內(nèi)壓力可通變頻控制排煙風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)抽出風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。窯內(nèi)壓力信號和風(fēng)機(jī)主管道的壓力信號由現(xiàn)場壓力變送器采集后，送至窯爐工作站，進(jìn)行自動變頻調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制精度高節(jié)省，見圖3。根據(jù)窯爐溫度的自動控制要求，需將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳到PLC控制中心，并通過以太網(wǎng)將采集到數(shù)據(jù)傳輸至企業(yè)數(shù)據(jù)中心，用于數(shù)據(jù)管理和分析，窯爐風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)部分PLCI/O點(diǎn)配置表見圖4。接入互聯(lián)網(wǎng)后，通過手機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)均可進(jìn)行燒窯及技術(shù)指導(dǎo)，現(xiàn)場只需一個巡檢工定時(shí)巡檢就可以，一個窯師可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制全國各地的多個窯爐，優(yōu)化資源，以最先進(jìn)技術(shù)，最低的人員成本，最高效率來生產(chǎn)，這才是物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果。

3.5卸裝車智能化

即磚出窯卸車及打包裝車運(yùn)載都要實(shí)現(xiàn)自動化。窯爐出磚后直接輸至打包機(jī)進(jìn)行打包包裝，成品打包后堆放整，進(jìn)行編號，裝載機(jī)將打包好的產(chǎn)品，直接裝車運(yùn)輸，同時(shí)將裝載數(shù)量，由裝載機(jī)的無線傳輸模塊傳至數(shù)據(jù)管理中心，實(shí)時(shí)了解成品庫存量和銷售量。

4應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過在多個現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用和不斷技術(shù)改進(jìn)，生產(chǎn)成本得到了大幅度的降低，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量卻得到大幅度的提高。該系統(tǒng)的投入使新型墻材企業(yè)徹底拋棄了以往手工操控，每個設(shè)備相關(guān)獨(dú)立，不具邏輯上互鎖，也改變了以往按臺時(shí)分配比例的配料和加水系統(tǒng)，使生產(chǎn)工藝更加合理、人性化，也讓個人從粉塵、噪音等惡劣的勞動環(huán)境中解脫出來。物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)將會得到廣泛應(yīng)用，首先，解決了企業(yè)缺乏人力的狀況，節(jié)約了工資成本和管理成本，改變了傳統(tǒng)工人生產(chǎn)中產(chǎn)量低下、設(shè)備人為因素特別多的現(xiàn)象，信息管理技術(shù)參與管理生產(chǎn)，進(jìn)一步提高了工藝生產(chǎn)的安全性和靈活性，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。其次，在生產(chǎn)過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)設(shè)備故障的部位，讓維修人員迅速解決故障并能及時(shí)分析原因，減少了不必要的停機(jī)時(shí)間。最后，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控制一旦監(jiān)測到故障，系統(tǒng)就會立即發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)準(zhǔn)確記錄故障信息，確保工業(yè)自動化過程控制的安全性。

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作者:王明生 單位:河南潤民自動化設(shè)備有限公司