涂料生产自动化、信息化、环保化

作者：夏晓春 高先文 唐灿 何曙 王海刚 黄北源

欢迎访问e展厅 展厅 1 灌装机/粉剂包装机械展厅 液体自动包装机, 灌装机, 旋盖机, 吨袋包装机, 颗粒自动包装机, ... 近年来，无论何种行业，都面临人力资源成本的上升压力，面临着原材料价格上涨带来的材料成本压力。在化工涂料行业，企业同样也面临着原材料价格不断上涨，人工成本大幅提高的带来的巨大经营压力；新配方新工艺的变革，给传统涂料生产装备和系统控制提出了更新更高的要求，既要保障生产过程自动化和智能化，又要能适应多品种大小批量的生产需要、以适应快速变化的市场需求，且能从容应对技术快速发展所带来的差异化竞争。 无论是政策层面，还是企业员工自发性的需求方面，对企业生产工作环境的清洁化、环保性，也都有着越来越现实的要求。 而从企业自身而言，通过生产加工装备的升级换代，通过生产过程自动化改造升级，可以有效保证产品质量的稳定和优良、极大降低人力资源成本，极大地降低单位产品的能耗和材料消耗水平；通过集约的与生产自动化控制系统密切关联的生产过程全程信息化处理，实现生产过程资源信息数字化和生产资源数据自动归档，极大减少生产环节的人工干预，强化生产综合管理和管理决策能力的综合资源信息提供，促进提升生产过程管理效率。 因此，绝大多数企业对生产装备的智能化、生产过程自动化程度要求越来越高；对先进装备和生产系统的节能环保性能有着越来越高的需求；对生产装备和生产系统的信息化管理手段要求越来越高。原有的粗放式生产模式已经远不能满足企业要求。企业对采用先进的生产技术来提高管理水平的需求迫在眉睫，标准的计量、高效的设备、全过程自动化的控制、智能化的系统信息综合处理和清洁文明的生产环境已经成为现代涂料生产的显着标志。 国内外技术发展现状与趋势 对于为数众多的国内广大中小规模涂料生产厂家来说，先进的进口装备和生产系统固然很好，但高昂的采购费用和维护成本首先是摆在大多数企业面前使之望而却步；再者，代价高昂的生产系统装备能否适应国内生产过程产品多样化需求的现状是目前值得商榷的问题。此类情况中国以外的其他市场同样大量存在，在全球化市场经济的今天，有着巨大的潜在市场需求。 前景分析 涂料是与国民经济配套的行业，因国民经济的快速持续发展，带动我国涂料行业整体的快速持续发展；科学技术是第一生产力，只有技术进步才能推动涂料行业的发展。随着科技的不断进步，对环保化、自动化、信息化的要求越来越高，涂料行业的发展也将朝着此方向前进，只有掌握了先进技术的企业，才能在社会高速发展的时代下立足发展。 符合和适应市场需求，造价合理、满足绝大多数涂料企业既有共性、也要具有个性化特点的生产系统装备，将自动化、信息化先进技术的应用其中，实现生产过程装备的自动化智能控制、信息化管理综合集成处理，促进产品质量提升和稳定，控制和降低原材料单位消耗水平，降低生产过程能源消耗，实现生产过程环节的清洁和环保，是目前和未来较长一段时间社会和涂料行业企业以及类似、相关行业企业的共同需求和愿望，开发和推出此类具有自动化、信息化功能、绿色环保节能的涂料生产装备和系统，是作为任何一家有着社会责任感的科技企业所应有的使命和责任。 涂料生产工艺特性 涂料的生产主要工艺过程包括：液体溶剂助剂原料、固体粉体的填料颜料和添加剂成膜剂等的储存、输送，各种物料的定量配比、分散、反应、研磨、过滤控制操作，反应过程的温度压力等的控制与安全联锁,最终实现生产成品的自动化计量灌装。 涂料生产过程中，原料的投放，不仅需要投放量的准确控制，同时需要保障投入顺序的正确、时间间隔的精确、分散速度的稳定和过程调速的控制。成品灌装过程，需要根据产品的粘度和流动性、产品挥发特性、腐蚀性和氧化性等不同的特性，进行灌装系统的合理选型配备，既满足灌装物料要求，还要保障人身安全和环境安全，同时兼顾灌装速度的提高。 对于市场产品需求多样化和批次小型化需求的满足，还要满足新产品快速试制和产品化的功能，所以符合行业生产加工特点的控制系统智能化的快速信息处理能力对于涂料生产企业极为重要。 自动控制系统与资源综合信息化管理 化工涂料生产过程具有离散式批次化生产、各种原料要有序定量精准加入的显着工艺特点。随着产业结构的变化以及市场的多层次需求特征，涂料生产从大批量小品种的方式转变为多品种小批量的社会化需求的以需定产模式。 珠海长陆工业自动控制系统有限公司根据精细化工涂料生产过程的加工工艺特点，结合国际先进的控制技术和思想理念，设计出一套符合涂料行业工艺特点和规程的全自动化生产线控制系统，该控制系统具有国际标准化批次管理控制的特点，将生产过程工艺控制要求与定量配比过程有机结合，有效提升系统的智能化水平，除了实现一般控制系统常规的控制功能外，可以极大地满足多品种小批次产品的试制、生产的过程需要，无需对生产控制系统进行任何调整。 系统功能主要分为：现场操作系统部分、中控计算机部分、QC监控部分、技术部监控部分四部分组成。该控制系统无缝集成了控制系统功能和数据综合管理功能，实现了现场控制终端与中控生产调度管理、生产部门技术管理、质量部门质量监督与检化验数据的在线处理与反馈，实现全程数字化管理和流程操作控制，实现批次控制的工艺过程参数、物料配比控制的精准和动态智能化控制操作，并实现与ERP系统的数据连通和数据共享，实现生产和销售动态排产计划的远程统筹管理。 系统采用以太网、工业现场总线网络，将中控服务器，ERP系统平台、QC部监控系统、技术部监控系统、控制系统和现场操作控制终端连接为一个整体， 远程ERP系统与上位机通过我司开发的接口数据软件包来进行数据交换，ERP系统派发的生产单（包括配方数据）下发到中控计算机后，由中控计算机进行排产规划，并可以通览各线订单生产状况；操作人员根据现场生产设备实际情况和排产计划的优先级动态变化安排各线生产；生产完成自动将生产数据回传给中控计算机进行保存，并可以提供历史查询，QC部监控系统的检验数据和技术部监控系统对配方的修改数据也将保存在中控计算机里面。 现场操作控制系统 主要由现场控制系统、PWC控制系统（主控模块MC700、称重仪表TR700、开关量模块DS700、模拟量模块AS700）、现场称重传感器等组成。PWC系统主要负责重量数据采集、计量控制、逻辑控制、流程控制等功能。 PWC（可编程称重控制器）系列是珠海市长陆工业自动化控制系统有限公司采用先进的集散控制体系思想，结合国际标准的多总线技术，自主创新研发生产、具有自主知识产权的一种采用模块化设计、可分布式配置的具有专业称重功能的自动化控制系统, 获得国家科技发展基金的大力支持，可广泛应用于各种类型的称重控制、批量过程自动化、生产过程自动控制系统。PWC系统具有丰富的专业称重控制模块和其他功能模块，具有丰富的通讯接口，支持主流的工业总线标准，各功能模块间使用成熟的总线技术连接，系统内部采用数据映射技术，使得复杂功能模块的数据采集和使用透明化。用户可根据称重现场的具体要求，选配合适的功能模块，组建成高性价比可靠的应用系统。 ▲主控模块：主要是负责各种子模块（除了主控模块以外的其他功能模块）的协调管理，把各种子模块的不同类型数据，和用户设定的数值进行比较，根据各个开关量的输入输出状态进行逻辑判断，把动作输出信号经过下面的子模块如模拟量输出模块、开关量输出模块到控制设备，相当于分布式子站控制器功能； ▲PWC采用模块化设计，搭配灵活，即可完成小系统，也可以完成大系统，象搭积木一样。用户可以用根据系统要求的高低，灵活搭配，方便找出系统性能和成本结合的最高点； ▲PWC各功能模块间采用总线式连接，模块可以靠近设备安装，减少现场布线，降低使用成本和维护成本，提高系统可靠性能； ▲PWC总线通信介质：PWC总线的通信介质可选择双绞限、屏蔽双绞线、同轴电缆或光纤（需要转接器）等。若通讯距离超过100m时，应保证线的截面积大于1.0 mm2。具体规格，应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。在一般应用中，我们建议使用0.75mm2以上的屏蔽双绞线； ▲布线要求系统的通信线要求和动力线等具有的电压高、强干扰特征的电线分开布线，有条件时，建议把PWC总线单独用屏蔽铁管套住，屏蔽管要求良好接大地。 中控计算机管理系统 中控计算机管理系统采用公司自行研发的HPS管理系统，运行在windows XP/WIN7平台下的中文人机交互控制软件：有相应管理、控制功能、原材料消耗和生产产品报表和数据统计、分析功能。操作人员既可浏览工艺流程画面，也可进行生产任务调度排产，对生产工艺配方进行管理和调整；系统实时进行操作提示、报警警示，对生产作业全程设备运行状态进行监控，对全部受控装置和设备进行控制指令的操作。全程控制与过程信息数字化，为ERP系统提供完整准确的及时数据信息。 ERP系统 ERP系统是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。它是从MRP（物料需求计划）发展而来的新一代集成化管理信息系统，它扩展了MRP的功能，其核心思想是供应链管理。它跳出了传统企业边界，从供应链范围去优化企业的资源。 公司管理人员先在ERP系统上建立好生产单，并发送到中控系统，中控系统会自动刷新当前中控系统的订单列表，并显示新增的订单。对刚接受到的生产订单，中控软件按照订单中的“生产时间”进行初步由大到小排列，然后由操作员对生产订单进行二次排单，进行下一步的生产。现场的生产数据回传到中控计算机进行保存，再由中控系统吧生产数据回传给ERP系统。从而使生产和管理紧密的联系在一起，确保相应部门对原材料料消耗统计报表的及时、真实性，以及保证仓管人员准确掌握成品存货情况，达到真正意义上的信息化。 自动化投料系统的优势 * 规范投料顺序 自动化投料系统规范了投料顺序，避免了员工投料的随意性，严格执行电脑提示的引导性生产工艺作业流程，以及配方投放顺序进行投料，这样即使是新刚刚经过培训的员工，照样可以很容易完成投料，大大缩短了员工培训上岗的时间，降低作业人员入职要求。 * 极大降低劳动强度，降低企业人力资源成本 生产过程自动化调控，原料及成品全程自动输送和计量配比控制，极大减少了用工量，降低了劳动强度。比如对于一家年产为30万吨生产规模的涂料企业，常规生产一线员工需3000名左右，而采用全自动化设备后，仅需300名就足够了，大大的降低了人力资源成本，同时可以实现产品高质量的可复制性、稳定性和质量可追溯性。 * 提高称量精度，降低成本 物料的计量由电脑自动控制加入量，有效控制称量配比误差，精度得到了很大的提高，从而提高了物料的使用率，降低了生产成本。 * 节约能源 涂料行业属于精细化工，其配方精确度要求很高。人工配料，产品质量不能持续稳定，一旦出错，整批半成品料就成了废品，通过全自动控制，减低了配料的错误率，提高了每批次的合格率，从而减少不必要的浪费，节约成本和能源。自动化系统精准的过程控制，将过程温度按照生产过程反应要求进行精确智能调控，最大程度减少供热或制冷的能源消耗。投料输送过程自动高效，最大限度减少物料输送设备运转时间，提升系统整体节能降耗。 * 完成仓库车间的连接 通过电脑记录整个配料过程，完成原料仓库、车间、成品仓库的有效衔接，提高了工作效率为以后的办公无纸化打下了坚实的基础。 自动灌装系统 灌装包装是整个涂料生产的最后环节，灌装机的总体要求是：灌装作业必须保证产品的质量，减少产品的损失，减少产品与环境的相互污染及影响，提高劳动生产率等。传统的化工厂包装问题因产品的不确定性，品种的多样化，包装规格多，包装容器形状多样化，人工控制手动阀包装效率低，易造成涂料喷洒损失，重量误差大等原因，易造成资源浪费以及商业纠纷等问题。 为了达到绿色环保，节能减排的目标，提升涂料生产的自动化与自动计量控制技术，成品灌装过程需要采用自动进桶或罐、自动精确定位、自动灌装、自动封装、自动传送等多项先进的自动控制技术和测控识别技术，实现成品液体包装系统的全自动化执行处理。全自动灌装生产线具有一套严格的工艺程序，这套工艺极大的降低了操作难度，提高包装灌装的准确度和包装效率，减少操作工人的劳动轻度，适应生产加工速度，大幅度提升了加工节奏。 自动灌装系统既可作为自成体系的灌装智能系统，也可与生产过程自动化控制及资源综合管理系统连接，成为工厂自动化控制综合资源系统的一部分，使得工厂自动化控制与综合资源信息管理真正意义上结合成为完整的、实现生产全过程监测控制的控制与管理信息系统，强化生产加工数据的时效性，提高生产过程生产数据统计效率和准确性，提供全面及时的管理和生产决策所需的第一手参考依据。 如图4所示，长陆自主研发生产的LSC系列称重式半自动液体灌装机，具有计量直观、称重范围大、清洗方便等优点，已广泛应用于涂料、化工溶剂、胶水、磷化工、医药化工、树脂等多个行业，并在于多家知名灌装机生产厂家的竞争中以操作简便、稳定可靠、性价比高等优势中胜出。 图5所示是一种典型的全自动灌装生产线，全自动灌装系统主要由PLC、触摸屏、上位机、称重传感器、电机、气缸、称重仪表以及机械结构组成。传送带电动机由变频器控制，进桶处设置光电传感器，通过控制系统可以控制何时进出桶、传送带速度、灌装头的升降和灌装等。桶的灌装量通过称重仪表将重量反馈给PLC，PLC通过控制汽动阀的开启和关闭进行灌装，从而达到控制剂量。系统的可靠性、控制精确度及自动化程度直接影响到灌装的品质和生产工人的劳动强度。如果采用常规的仪表和继电控制，不仅系统复杂、繁琐，而且可靠性等也相应降低。采用称重仪表、PLC、触摸屏和上位机的有机结合，不仅能有效地解决上述问题，简化系统的硬件构成，还能使系统的自动化控制性能和程度大大提高，系统强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，日益成为现代化工业必不可少的设备之一。 结合了称重技术与PLC控制系统的全自动灌装线的优点： ◆实现既能从进料到出料和灌装的整个过程自动化，又能实现各个环节的手动控制。 ◆性能优越，工作稳定：系统控制采用集成电路，性能稳定不易失控；称重采用双核计算机处理器、快速计算数据变化，从而判别出那些是干扰，那些是真实重量，那些是冲力，称重准确性非常好； ◆节省人工，灌装轻松，灌装速度快（22kg桶底漆，每七秒可达一桶），可任意重量进行灌装，灌装范围大，精度高，损耗少，效率高。系统的灌装精度由精选的优质的称重传感器、称重仪表和软件进行保证，灌装精度可优于0.1%； ◆当系统某一部分出现故障时（如无重量、气压低和检测不到桶等）,PLC能对它们实时监测，记忆锁存，并通过触摸屏和上位机快速指示报警,指明报警类型； ◆实现系统间的安全联锁； ◆采用触摸屏和上位机作为人机界面，可监测运行状态，可在线修改运行参数并记录打印生产数据等。界面能反映和调整具体的技术参数、工艺参数等，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提高。触摸屏和上位机是操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，可以通过文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能的变化信息，能明确指示并告之操作员机器目前的状况，设定简单易操作,极大提高了设备的附加值； ◆触摸屏和上位机提供生产数据记录查询、管理以及统计等功能，质量可追溯，方便企业统计管理。 全自动灌装生产线实现了灌装生产高速化、精确化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。对灌装工作过程进行实时监控及动态管理，提高了液体灌装的自动化水平，在社会竞争日益激烈，国家呼吁绿色环保，节能减排的社会背景下，全自动灌装生产线将成为涂料行业生产中不可或缺的一部分。(end)

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