西门子CPU模块6ES7511-1CK01-0AB0

  四．实施方案

    1）工艺路线

    喷涂线工艺流程：工件（产品）上线→脱脂→清洗→表调→磷化→清洗→烘干→喷涂→固化→工件（产品）下线。

    厂房应有强制性通风换气、自然光照及局部人工照明的采光方式，主房布置工艺流程线，辅房安置辅助设施及贮存生产辅料，并在主要出入通道设置了风淋洁净室，以利于维护现场工作环境，保持现场的洁净度。

    车间工艺生产线主要由前处理清洗系统、喷涂系统、及其烘干系统组成。全线工件输送系统采用空中悬挂（积放式等）或地面滑橇相结合的机械化输送方式，运行平稳、快速便捷；采用EMOS可控编程，根据生产工艺的实际要求编程控制——实行现场中心监控，分区自动实现转接运行。

    全线各烘干系统的设计参照德国相关公司的设计理念和参数，烘道室体均采用桥式结构，保证了炉温的均匀性和稳定性，**了热能的效益性；供热装置选用意大利、德国等公司的燃烧器和控制系统，目前经测试各烘干系统运行良好稳定，温度曲线平滑持续，完全满足目前工艺产能的要求，并可满足今后**产能的要求。

    喷涂系统采用本公司研发的国家重点新产品——OMTC喷房。

    涂装车间的前处理系统的设计沿用当今涂装**工艺--悬挂（积放链等）输送、“C”型吊具悬挂、脱脂除油、磷化除渣、悬液分离、电泳过滤以及超滤和阳极等附属设施配置。

    喷涂生产线全长为100米～1000米（含烘干及转换工位），设立多个工位，高节拍可达2.5分钟/台，远远满足目前的实际产能和今后**产能的需求。喷涂系统可实现自动切换、稳压调置、不间断补给、连续供料等功能，确保了生产衔接性和持续性。

    2）控制系统

    涂装生产线配备了EMOS（EgandOperatingSystem）人机界面系统和西门子PLC软件、硬件控制系统，PLC从现场设备采集设备参数、工艺参数、报警信息等数据，通过EMOS操作和监控车间的所有设备。

    图形化的EMOS人机界面系统分层面、分窗口显示生产线上所有设备的运行状况，可以远程自动开启、关闭生产线和手动开启、关闭生产线上的风机、阀门、水泵、电机等单个设备、湿度、液位等参数，显示其变化趋势曲线。图形化的软件界面便于准时和正常启动设备，快速发现和排除设备故障，及时修改和实时控制设备参数和工艺参数。

    生产线上的EMOS人机界面系统，可以分析故障信息和操作信息发生的频率，分析设备开动率、动能消耗、各班次的工件喷涂产量，实时查询生产线上工件所处位置；加快生产信息的传递，快速应对生产异常能显示现场各工位上的工件数量，实时获取设备的报警信息和工艺参数，监控温度。

    3）系统分析

    ①自动化水平确保了品质的一致性、稳定性及高合格率。

    人机界面软件EcoScreen可以离线优化工件的仿形程序，控制喷涂雾化，调整出粉量、整形空气**、高压值；修改过的程序和参数下载到PLC后，可以立即在线使用，大大**了对外界因素影响的反应能力，随时可保证工件膜厚和外观达到工艺要求。

    ②自动化水平直接影响生产效率和制造成本

    自动化水平对小时产量高、节拍时间短的生产线的生产影响很大，如西子奥的斯的涂装线节拍时间是90s，自动识别、自动读入读出生产信息、自动运行、自动转接、自动喷涂、设备运行状况自动显示、参数自动控制与调节、故障指示及诊断等大大**了生产效率，为生产的良性循环提供了保障。

    自动化水平**过程品质的同时降低了处理过程品质问题的成本。前处理电泳自动计数加料，高压自动静电粉末喷涂利用率一般为95％～99％。同时，也避免了人为因素对成本的影响，工艺参数自动控制、品质稳定一致、大大降低了修补喷涂成本。

    4）控制方式

    ①按表面处理键，加热控制系统打开，分别为脱脂槽、磷化槽加温，温度控制仪显示设定温度值，自动关闭加温控制系统。工件到位后各级喷淋依次进行喷淋。

    ②按烘炉键，烘干、固化炉循环风电机启动（电机采用Y-Δ启动），电机启动完成后PLC检测到信号，启动加热器，烘干、固化炉温度控制仪显示温度到设定值，比如：烘干、固化炉中有六组加热器，断开四组，保留二组维持炉内温度。

    ③按喷粉房键，粉房PC机开启，PC检测压缩空气的压力，供粉桶粉位正常，PC机开启回收循环风机。PC识别工件到位开关信号后，打开喷枪顺序控制器，喷枪依次进行喷涂和停止。

    ④主控柜上置自动位置，整条生产线全自动状态如下：

    PLC检测表面处理脱脂槽、磷化槽、烘干炉、固化炉各温度控制仪的控制值，自动控制脱脂槽、磷化槽加热系统，给槽液加温；自动控制烘干、固化炉循环风机，PLC检测到风机启动完成开关信号，按顺序起动加热系统。

    多道喷淋都配有检测工件的光电开关，PLC得到信号后按顺序启动各级喷淋泵，同时PLC打开空气压缩机及压缩空气静化系统电源。粉房前的光电开关发工件到位信号给PLC，PLC打开粉房PC电源，粉房PC机按程序运行。  工作状态循环流程图如下：

流程图

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    多工艺分段EMOS（人机界面）控制自动化（信息）技术应用在车类或车类部件制造等涂装生产线的实例一角

实例

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    五．技术创新程度

    1）涂装生产线优化设计技术解决悬链多驱动在烘道0-200℃内由于热胀冷缩和异步电机的原因造成的不同步，以及在喷涂中一次上粉率和粉末（漆）回收率的**，以实现清洁生产。

    2）智能控制解决积放式输送的工件喷涂后在烘干固化箱内的固化时间一致性(即达到较**的工艺要求)；

    3）控制范围更广，从涂装线扩展成全工序的物流输送控制。控制程度更深，各监控工位信息点采集、输送、处理和反馈控制进行全面管理。

    4）中央控制室通过EMOS收集现场工艺和设备的各种数据，有故障时及时通知工作人员排除位置及原因,使工作人员及时排除故障，还可对生产起到组织和调度的作用。

    5）工件在高温烘道内通过识别,确保每件工件在高温烘道内停留时间,满足工艺要求.中央控制室实时监控烘道内的工件。

    六．结论

    EMOS自动化技术工业涂装生产线比传统的涂装生产线更具创新实效。

    以EMOS技术方式来实现喷涂生产线全自动信息化管理，实施滞流、均流智能调节，各工位信息采集、输送和多域变速喷涂，涂膜均匀，附着力强。通过智能识别不同工件分道输送，解决悬链多驱动在烘道内由于热胀冷缩和异步电机造成的不同步；通过滞流装置、均流装置的设计、TEFLON涂料的配方设计、TEFLON涂敷技术与纤维微孔直径的控制，**粉末回收（利用）率，实现清洁生产。

    涂装业自动化技术的不断发展，采用EMOS和PLC软件、硬件控制系统相结合的控制方式，通过“实时监控软件”+“PC机”来实现现场中心监控、分区自动转接运行，有效**被喷工件的质量，为促进涂装业生产线升级换代的技术改造进程起到了带动作用

　0 引言

　　我国是生产和利用石灰早的国家，石灰广泛应用于炼钢、建筑领域，同时在甜菜制糖工艺中有着重要的作用。在生产白糖的过程中，有一个很重要的步骤是糖汁清净，目前国内外甜菜糖厂一般都使用石灰和CO2作为澄清剂来生产高质白糖，用量一般为甜菜加工量的2～3%，主要用来在制糖生产中制成轻质碳酸钙后吸附去除制糖原料（甜菜）中的有害元素N、P、有机物等杂质。品质好、反应快的、反应彻底的石灰和CO2生产出来的轻质碳酸钙，可以**清净速度，缩短清净时间，降低吨糖石灰石的消耗，减少色素及拟黑色素的残留，从而有效**白糖产品质量[1]。所以，在甜菜制糖厂中石灰的需求量较大，为了降低生产成本，增加产品价格竞争力，甜菜糖厂一般都建有石灰窑用来生产制糖需要的石灰和CO2气体。

　　新疆某甜菜制糖企业日处理甜菜3100吨，一年可加工甜菜40万吨，其制糖生产中所需要的石灰主要由容量为150m3机械竖窑生产，主要燃料为煤气[2]。由于该石灰窑主要由人工操作，所以导致产生石灰成本高、产品质量不稳定等不利结果，为解决这一系列问题，决定采用**的控制方式，集中控制石灰窑的整个生产过程，**生产质量和产率，降低生产成本。

　　1 石灰窑的生产工艺

　　石灰窑的生产有着严格的流程，而且根据生产的地理环境和天气状况会有一些变化，经过技术人员多年的经验总结，在石灰窑生产中的主要操作步骤如下[3]：

　　⑴烘窑：首先把窑体内部清理干净，然后安装烘窑篦子框架，将约1方木材放入篦子之上，然后用明火点燃，致使火焰不断的燃烧，间断地加放木材，使窑内的温度逐渐地升高，将窑体内的潮气烘干，避免窑体内部的砖墙出现裂缝。烘窑时间5至7天，天温度控制在50度左右，第二天100度左右，第三天达到200度左右，第四天达到500至600度左右，直到结束，熄火降温，取出烘窑篦子，整个烘窑结束。

　　⑵装窑：首先窑体内部清理，卸灰盘表面清理，然后将石灰块注入卸灰盘上，装至到1层火眼以下（约80cm）铺平，然后将木材放入窑内石灰块之上，先装一层（约20至30cm），然后在一层火眼两端之间留40至50cm宽的通道，通道两侧向上继续整齐摆放木材，直至一层火眼之上，高于火眼20至30cm，然后用木材将上端全面封死，继续摆放木材，直至二层人孔门上1到2米，点窑木材装完后，将人孔门完全封闭。

　　⑶点窑：先用柴油将刨花浸泡（约50Kg刨花，15Kg柴油），目的是容易点燃木材，将浸泡过的刨花从一层火眼塞入预留好的木材通道，在点燃前将易燃的柴油汽油（柴油：5Kg；汽油：5Kg）混合喷入一层火眼内，准备好点燃的木把（约1.5米长）两根，大布两块，用大布缠在木把的一端，浸上柴油；瓦斯泵开启后，窑体内的抽气量正常后，开始将浸好油的木把点燃，从一层火眼两端将火把塞入木材通道内，开始燃烧。木材开始不断地燃烧，窑内的温度逐渐地升高，窑体内的石料逐渐下降，视窑体内的情况，逐渐上料，使窑体内的料位保持正常范围内（布料器以下2米左右），直至木材完全烧尽，煤气开始进入，将火位逐渐升高，火位保持在5层可开始卸料，卸料温度控制在100度左右。

　　点窑之后的步骤就是**煅烧温度并保持，石灰窑在上料和出灰等步骤中多是数字量的直接逻辑控制，把人工控制方式改为PLC控制方式后，效率预计将达到佳状态，所以在此就不再累赘。窑内煅烧温度的控制是本课题关注的重点，现将石灰窑温度的控制要求和步骤作如下说明：一层次温度控制在200左右度；二层控制在500度左右，三层控制在900度左右，四层控制在1000度左右，五层控制在900度左右，窑气出口温度控制在100度左右，燃烧正常后，可将一层温度保持在100度左右，煅烧层控制在3至5层范围内，煅烧温度控制在1000±12度范围内。泵房的基本构成如图1所示，为了保证系统工作的工作效率和稳定性，采用了2条并行的输水线路选择性的工作。同时，在水源的水进入抽水系统前，经过一个过滤池，去除水中存在的各种杂物，保证系统工作时的安全。

　　2 石灰窑控制系统的构成

　　根据各个部分在系统中的作用不同，整个控制系统分为3层：管理层、控制层、设备层。上位机IPC的主要功能是通过组态软件的在线监控，管理底层的生产设备及其运行状态；S7-300PLC的各个模块作为核心控制器，完成设备状态信息的采集，经过逻辑判断和数据分析处理，实现自动化生产；底层设备主要功能是现场状态信息的信号转换、工序执行等。上位机与S7-300CPU模块之间和CPU与远程接口ET200M站之间的通信方式均为Profibus总线，系统的三层结构如图1所示[4][5]。

　　图1石灰窑控制系统的结构

　　石灰窑温控系统的开关量逻辑控制包括进料、卸灰，同时还将执行机构出错报警、物料质量上限报警、空气压力信号报警作为中断条件，与运行中的电机等设备实现联锁控制，如石灰窑进料过程中，称重斗闸门开启；当物料质量超过上限时，自动关闭物料断输送斗车等。这些逻辑控制在STEP7中完成程序的编写，其中的部分变量表如图2所示。

　　图2STEP7中的变量表

　　根据生产的要求编写上料的程序，这是温度控制的基础，因为进料数量的准确可以让煅烧过程更平稳，产生的波动小，从而减少了生烧与过烧的发生，**石灰石的利用率。如图3所示，右边的程序为大窑的石料称重程序，PIW336为石料重量传感器传送给PLC的石料重量信号，经过转换放置在DB3.DBD0中；左边的程序为小窑的自动中断程序，即当物料超过上限时，切断卷扬机等设备。

　　图3上料的部分程序

　　3 监控画面设计

　　控制系统完成施工后，所有的控制和监视都可以在上位机的显示器上操作，使用了与西门子PLC完全兼容的WinCC。WinCC是面向监控与SCADA的软件工具，可以提供适合于工业动态流程图的显示，报警处理，显示实时及历史曲线图，生产报表以及存贮等功能模块，用高性能的过程耦合、快速的画面更新以及可靠的数据使WinCC具有高度可视化和实用性[6]。

　　WinCC所集成的图形、人机界面、数据库、通讯等技术，使开发人员通过对话式的组态方式，完成监控软件设计，使用者将PLC与WinCC结合就使的通讯就异常容易，将STEP7与WinCC组合，就很容易在工程中缩短调试时间[7]。此外，WinCC软件是适合监控级应用的整体开放性软件，各软件提供企业都可以开发自己的应用软件与WinCC的开放性接口相接。

　　系统工艺基本主流程图如图4中所示，动态显示了石灰窑的现场工艺过程，包括上料过程、运行设备状况等，这样就可以及时准确掌握石灰石煅烧分解情况，并显示故障进行实时诊断。

　　图4上料的部分程序

　　在实际现场仪表的监控实现自动和手动两种方式。在系统全部软、硬件安装调试时采用手动操作分步验证。调试正常投入运行时采用自动操作，利用所设计的梯形图控制程序自动实现控制，特别是称重、**等模拟量数据的控制。

　　在控制过程中，对于风压、物料质量、燃料**等重要的模拟量控制参数都进行主画面实时报警，即实现参数超限声光报警，用对话框形式提示故障原因，同时迅速自动调节至正常监控状态。全过程实现过程变化预测的同时，也对各时段历史曲线数据予以保存，对曲线分析比较后对温度变量的变化趋势作出相应的预测，如图5所示。

　　图5石灰窑煅烧温度曲线

　　4 结语

　　该石灰窑控制系统采用了目前典型的工业控制方案，硬件与软件分别选择了S7-300PLC与WinCC，使用Profibus搭建了控制系统，完成了石灰窑生产中的上料、称重、卸灰等一系列步骤降低了人工成本，**了制糖石灰窑的工作效率，实现了整个石灰窑生产的实时状态监控与数据管理，为相关制糖企业的石灰窑生产提供了参考。