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高精度灌装生产线的自动化控制技
有机酸是化工、等行业的重要原料．因其单位价值高、品种规格繁多，且生产投资巨大，所以对自动生产线要求较高．国内尚无此类生产线，从国外引进则需要花费几百万美元以上。因此，国内开发既可以节约外汇，又可以为用户提供及时便利的服务，同时大大提高生产的自动化水平，都有着十分重要的意义。
1、系统工艺描述
在我所承接的有机酸自动灌装生产线项目中，用户的产品品种有三种(1#、2#、3#)，每个品种的计量规格也有三种(A、B、C)，因此组合后将有9种生产规格，品种规格多样使系统配置和功能较为复杂。该有机酸的特点是：腐蚀性极强、产品价值高、密度不稳定、流速压力也不稳定。因此在设计和制造过程中．用户除了对生产线的使用材料的耐腐蚀性有较高的要求外，还要求在灌装过程中防止滴漏，并提出了较为苛刻的精度和速度要求。
1)灌装物料温度：5～35℃
2)物料密度：有机酸约1.2g/cm3、有机酸盐约1.3g／cm3
3)物料粘度：有机酸约50CP、有机酸盐约150CP
4)进料管道进口压力：≥0.2MPa，波动范围：±10％
5)布置面积：1200m2
6)系统主要参数要求如下，
7)系统工艺过程为(以I号线为例)：
空桶整理－空桶进灌装工位－检测定位－灌装头下降－灌装阀打开－开始灌装－质量计量－到达90％×(没定值－补偿值)－调节阀节流变小－到达100％×(设定值－补偿值)－灌装阀关闭－真空吸附－满桶出灌装工位－转向－挂盖－旋盖－贴标－码垛－缠绕－成品输出
8)Ⅱ号线工艺过程(略)
2、控制内容及功能要求
2.1控制内容
2.2功能要求
1)本生产线包括：I号灌装线(适用30kg灌装)、Ⅱ号灌装线(适用250kg或1200kg灌装)；
2)I号灌装线和Ⅱ号灌装线既可独立运行、也可同时运行。但Ⅱ号灌装线每次只能进行一种规格(250kg或1200kg)的生产。整条生产线的运行组合方式有I、I＋Ⅱ、Ⅱ等共三种；I线有3个灌装工位(1A、1B、1C)，每个灌装工位须同时灌装3个桶(分别有3个流量计对应)；Ⅱ线有6个灌装工位(2A、2B、2C、3A、3B、3C)，每次也只能选择其中1个灌装工位进行工作(其中2A和3A工位共用1个流量计．2B和3B工位共用1个流量计……)，而2A、2B和2C(250kg规格)均以4个桶为1组放在托盘上，该4个桶使用l台流量计，灌装过程为：第1桶灌装结束后、依次再灌装第2桶、第3桶、第4桶；而3A、3B和3C(1200KG规格)各工位每次只灌装1个桶：
3)当整条生产线的运行方式为I＋Ⅱ时，为节约设备投资和车间使用面积，在缠绕和成品输出部分采取公用工位，因此在进入公用工位时，须编制程序进行避让：
4)方便的数据设定和显示：一次灌装量(65～99％)、最终设定值(100％)、补偿量(防止过冲量、可任意调整)、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量(桶数)、总灌装量(重量)、瞬时流量上(下)限报警设定及显示：
5)为方便调试和维护，在每台输送机旁均配现场手动启动／停止开关；
6)在PLC柜门上、现场、各人机界面上等均设立急停开关．方便操作人员在现场的各个区域能以最快的速度停车：
7)程序运行，必须先选择“灌装工位”．后选择“自动”时有效．并开始运行，反之无效；
8)在车间显著位置，设立报警灯及“启动预备”声光提示，“启动预备”声光提示是从选择了“灌装工位”开始至选择“自动”结束。声光提示为断续音，报警声光为连续音：
9)流量计包括频率计数输出(FC)和模拟量输出(FA)，频率输出作为累计流量灌装计量用，模拟量作为瞬时流量上下限报警用：
10)“灌装按键”、状态及设备故障指示设在人机界面上，灌装过程中有文字提示，自动灌装结束后，复位“开始灌装”按键，灌装过程中，如需中止，可按下“手动停止灌装”按键：
11)防滴漏设计：灌装完毕后，残留在灌装头表面的粘性物料要经过一定的时间才能流尽，如果滴到容器外，就会造成污染，本灌装系统采用真空发生器回吸系统可确保无滴漏。
3、系统组成和控制方案
3.1控制系统组成，
3.2控制方案说明
为尽可能减少现场布线，使系统更合理，功能更完备，操作更方便，在PLC1处设立一个MB+主站，在生产线上输入输出设备较为集中的地方设立几个MB+分站，如1图。
由于系统的灌装精度要求极高，如果采用一般的流量仪表和模拟量数据采集计算。将无法达到使用要求，因此，我们在方案设计上除了选用国际上知名品牌的质量流量计作为测量仪表外，还在数据采集和控制终端上采用了国际上最先进的施耐德公司的QUANTUM系列产品作为主控制器；为快速采集12台质量流量计的频率输出脉冲．又配置了三个高速计数模块(5通道／模块，100kHz)，其采集速度快，硬件配置简单、方便。
较高的精度，还需要稳定的流量。一方面利用高位槽进行液位和压力调整．使之保持在一个较为恒定的区域，另一方面利用质量流量计的模拟量输出(4～20mA)可以方便地监控管道内的瞬时流量，一旦超过系统允许的上下限将发出声光报警信号，并进行二次调整。
为方便用户对现场的数据变量进行修改．现场共设有三台MAGELIS人机界面：OP1和OP2屏均可对整条生产线进行操作和显示，OP1主要用于设定和显示30kg灌装线的“工位选择”、“一次灌装量”(即约灌装到最终灌装量的约90％的值，可任意修改)、“最终灌装量”(100％)、“补偿量”(防止过冲量)、合格判定区间设定、合格品计数、不合格品计数、总产量(桶数)、总灌装量(重量)、瞬时流量上(下)限报警设定及显示：OP2主要用于设定和显示250kg／1200kg灌装线的相关数据、其余同OP1，OP3是专用于贴标设备的数据设定显示用的，可以进行类别、批号、生产日期、有效期、重量等标签数据的修改和显示：
1)中央控制室内PC1对整个生产线及现场部分关键设备进行实时监控；
2)PLC1为QUANTUM―PLC产品，PLC2为MOMENTUM―I／O基板：
3)PLC1的配置为(64DI、128DO、12HSC、12AI)，1台10.4"人机界面通过CPU上的。MB口相连，同时CPU还通过MB+口与MOMENTUM分站(分站2，32DI；分站3，32DO；分站4，32DO；分站5，32DO)及另1台10.4"人机界面(分站6)进行连接；
4)在PLC1上配置一个16点的模拟量输入模块，作为瞬时流量的监控：
5)在PLC1上配置三个高速计数模块，作为流量计量用，每个模块包括5个测量通道：
6)PLC1-QUANTUM硬件配置和地址定义见表3：
7)MB+各站的硬件配置和地址定义见表4：
4、应用总结
该灌装系统的控制系统融合了计算机技术、可编程控制技术、数据设定和显示技术、总线技术、高速计数技术、传感器技术和软件编程技术等．方案设计先进、软硬件配置合理，项目进展极为顺利，各项参数均达到或超过了用户验收技术标准，尤其是计量精度控制在±0.1％以内(验收标准为±0.125％)，速度达到了3桶／分钟?30kg以内。整个生产线经过两个月的试运行后，在现场一次性通过了用户验收，现在，该系统已稳定运行了近一年得到了用户(尤其是外方技术人员)的充分肯定。
该灌装生产线的研制成功，填补了国内空白，是高端工控产品在企业自动化生产领域的又一次成功应用，也为同类项目的推广提供了有力的保证。
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柱形水位流量控制器　 　
443000 湖北省宜昌市石子岭路11-4号　
水箱上水控制器　 　
550003 贵州省贵阳市云岩区海马冲街42号2单元13号　
位移输出温控元件　 　
刘应杰;郑文彪 　
400030 重庆市沙坪坝区学林雅园C2-1-8-2　
具有电脑环境散热电源供应器　 　
台湾省桃园县　
全自动遥控阀门　 　
魏明义;朱光源 　
050021 河北省石家庄市桥头街43号石家庄三环阀门股份有限公司　
多功能全自动水位控制器　 　
410600 湖南省宁乡县楚沩中路60号机动车检测中心　
电子调变高压变频诱导装置　 　
100038 北京市海淀区羊坊店路3号院14楼1门203号国凤华（代转）　
阀门智能控制装置　 　
乔恒清;张晓雷 　
114031 辽宁省鞍山市立山区劳动路15号-75　
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台湾省台北市　
一种恒压装置　 　
吴志超;杨德立;黄友谊;陈和谦 　
200092 上海市四平路1239号　
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中国台湾　
一种温度控制装置　 　
王林政;单丙锐 　
264209 山东省威海市高技区火炬路156号双丰公司　
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110179 辽宁省沈阳市沈阳高新区浑南产业区72-1号　
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101100 北京市通州区永顺镇华龙小区11号楼442室　
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刘天水;魏北燕;曾庆坚;吕敏敏;汤关荣;龚校祥;徐兆忠 　
430074 湖北省武汉市洪山区关山一路469号　
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100081 北京市海淀区中关村南大街46号东区6-D9　
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161005 黑龙江省齐齐哈尔市龙沙区红星小区22号楼203　
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343400 江西省永新县城北工业区农贸菜市场　
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261400 山东省莱州市城港路街道朱旺村999号　
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336000 江西省南昌市高新技术开发区高新大道泰豪大厦　
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何文波;刘志平 　
134703 吉林省江源县三岔子林业局物业公司　
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518038 广东省深圳市振华路20号　
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225721 江苏省兴化市戴南镇人民西路88号　
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528318 广东省佛山市顺德区龙江镇龙洲西路　
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200233 上海市田林路201号1号楼4楼　
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510655广东省广州市天河区黄埔大道中152号海景中心东塔13层D座　
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257000山东省东营市石油大学3911信箱　
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317605浙江省玉环县楚门镇中山村玉环县创灵电子开关厂　
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智能型供水温度调节装置　 　
712081陕西省咸阳市人民西路49号　
仓满报警装置　 　
宋文革;王忠礼;王秀利;王
100011北京市东城区安定门西滨河路22号　
开环(或半闭环)系统精度校正装置　 　
韩至骏; 梅建南 　
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速度和相位控制系统　 　
小堀康功; 罔本周幸; 福岛勇夫; ∴谷正尊; 西岛英勇; 加纳贤二; 坂江铁男 　
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北京市宣武区烂漫胡同６６号　
徽机控制间歇式节能烤花设备　 　
虞雪琴; 陈吉秀; 洪铨 　
江西省景德镇市东一路57号　
声-光双控光强自动调节器　 　
朱春良; 于石声 　
黑龙江省哈尔滨工业大学应用物理系　
限制液位的自动补液器　 　
李凤鸣; 孙思沛 　
浙江省余姚市临山镇车站南路一号　
速动式控温器　 　
北京市宣武区烂缦胡同66号　
一种多功能自动调光装置　 　
湖南省长沙交通学院(金盆岭)　
温度自动控制器　 　
湖南省常德市　
水塔水位自控器　 　
湖南省益阳县第六中学院内　
高精度恒温装置　 　
湖南省津市市大同路52号　
全电子温度控制器　 　
上海市茂名南路24弄40号　
高阻抗交流电极式水位控制器　 　
尢大千; 蒋礼堂 　
天津市河西区平山道卫星里117号　
高精度氢氮比微机控制系统　 　
陈铁军; 邱祖廉 　
陕西省西安市咸宁路28号　
微机积温仪　 　
王子江; 叶向荣 　
浙江省温州市黎明西路29弄2号　
液位自动控制器　 　
浙江省舟山市定海区东官庙弄35号203室　
微电脑液体定量控制仪　 　
王会民; 张秉中 　
河南省安阳市北关区棉漳路4号　
电热控温装置　 　
宁夏回族自治区银川市南郊林研所宿舍　
电热毯节电温控保安器　 　
上海市潍坊四村475号102室　
带有温度传感器的压力控制装置　 　
胡坐春; 唐勇 　
宁夏回族自治区银川市新市区纬四路九号　
一种气动元件　 　
郑延芳; 章侠来; 杨爱东 　
北京市东郊九龙山　
双限可调多功能控制器　 　
广西壮族自治区平果县新袍铝矿　
一种高温导电液体液位自动控制装置　 　
曲兆亿; 唐景岳 　
辽宁省大连市中山区葵英街吉利巷4号　
防冷动装置　 　
曹宜贵; 殷伟 　
江苏省无锡市青山路1号　
电磁式角位移传感器检测头　 　
天津市南开区红旗路北草坝　
热电偶冷端恒温控制器　 　
江苏省镇江市谏壁发电厂热工车间　
温度控制指示装置　 　
卢金德; 陈建国 　
上海市闸北区中兴路1020号　
微电子控速器　 　
李亭; 曲德松 　
山东省栖霞县城栖霞电子设备厂　
燃气热水器的远控装置　 　
四川省重庆市袁家岗151号　
一种新型浮球液位控制装置　 　
浙江省玉环县坎门镇新村68号　
ＳＺＹ－２４型水位自动控制仪　 　
辽宁省鞍山市鞍钢东烧综合工业公司　
一种自动控制冷热水的放水装置　 　
湖北省武汉市汉南区纱帽镇梅村路17号　
光导液位检测、报警和控制装置　 　
施修祥; 郑国范 　
北京市海淀区中关村路17号　
多水箱水位自动控制系统　 　
王秉权; 王晓新; 王二新 　
北京市京棉三厂306楼一单元15号　
简易恒温器　 　
四川省重庆市北碚龙凤桥龙凤旅馆转重庆市第二工业设备安装公司二处一队　
一种带插座的调速定时器　 　
上海市福州路120号　
水位可调式自控装置　 　
浙江省瑞安市水泵厂　
大负载自动电控温度表　 　
四川省万县市江东机械厂设计科　
数字式调光柜　 　
北京市西城区佟麟阁路85号　
一种物理化学实验控制仪　 　
唐森; 王凡 　
北京市海淀区白石桥路7号　
高温漂浮式液位升降自动控制器　 　
山东省济南市经五路纬七路396号　
热能传递装置供热温度的控制方法　 　
托马斯·巴尔 　
联邦德国汉诺威　
制备相液的装置　 　
小林忠造; 市川靖典; 山口滋 　
日本神奈川县　
液体和粉末的控制方法和计量混合机　 　
∴口登; 松井敬三; 小林忠造; 山口滋; 大西弘志 　
日本神奈川县　
用于测量流体的方法和装置　 　
口登; 松井敬三; 小林忠造; 山口滋; 大西弘志 　
日本神奈川县　
浴室综合控制系统　 　
江苏省南京市水西门外曹埂头城南水厂　
一种气动控制装置　 　
北京市东郊九龙山　
电热毯安全节电恒温控制装置　 　
云南省昆明市民航路七号粮油科研所　
智能控温仪　 　
四川省绵阳市105信箱　
拉力自动控制装置　 　
北京市白广路4号　
温度自动调节装置　 　
薛玉兰; 刘自能 　
辽宁省沈阳市机电工业学校　
全自动的液位控制器　 　
辽宁省沈阳市铁西区卫工街三段三里3-4号