★杭州優(yōu)穩自動(dòng)化系統有限公司

隨著(zhù)技術(shù)的日新月異，各行各業(yè)都開(kāi)始強調創(chuàng )新發(fā)展，并積極將現代科技和行業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行結合，以求能在新時(shí)代脫穎而出。在農藥制劑生產(chǎn)領(lǐng)域，世界各國都開(kāi)始研制農業(yè)制劑的智能綠色制造，目前農藥制劑的生產(chǎn)自動(dòng)化水平普遍偏低，控制系統孤立運行，與企業(yè)管理系統難以互通，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量參差不齊，因此，農藥制劑加工的自動(dòng)化和智能化是行業(yè)的發(fā)展方向和未來(lái)趨勢。

農藥制劑加工的特點(diǎn)：

（1）配方式生產(chǎn)（原藥、助劑、填料或溶劑按重量配比生產(chǎn)），原材料種類(lèi)非常多；

（2）生產(chǎn)過(guò)程幾乎沒(méi)有化學(xué)反應，主要是剪切、溶解、攪拌、粉碎、造粒、干燥等過(guò)程；

（3）多品種、少量多批次生產(chǎn)、間歇式生產(chǎn)方式；

（4）設備可以復用，同一個(gè)生產(chǎn)單元，可以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品；同種劑型，不同產(chǎn)品，共用相同設備。

本文以河北某化工有限公司實(shí)現農藥制劑智能化復配生產(chǎn)項目為例介紹UW500DCS控制系統在農藥制劑自動(dòng)化及智能化建設中的的應用。

1 項目詳情

1.1 項目及工藝簡(jiǎn)介

6000噸/年除草劑類(lèi)產(chǎn)品智能化復配項目，包括禾本科固體除草劑、禾本科液體除草劑、闊葉作物除草劑三大類(lèi)，有分散油懸浮劑、水懸浮劑、水乳劑、乳油、水劑、可濕性粉劑、水分散粒劑、可溶粒劑8種劑型共34種農藥產(chǎn)品，原輔材料多達315種，有19套生產(chǎn)設備，各套設備間獨立運行。、各種劑型產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程類(lèi)似，下面以水乳劑為例進(jìn)行介紹：以原藥、乳化劑、溶劑、水作為原料，按比例投入前分散釜中，前分散釜設置重量檢測儀表，將液體料用溶劑泵打入前分散釜內，各進(jìn)料管設置切斷閥，當前分散釜達到聯(lián)鎖值后，切斷進(jìn)料閥，停溶劑泵。固體料經(jīng)電動(dòng)葫蘆提升至料倉內，經(jīng)投料倉計量將固體料投入前分散釜內。罐區原料通過(guò)罐區打料泵經(jīng)外管輸送入車(chē)間前分散釜內。各原輔料根據制劑配方按比例投入，攪拌混合15min后，經(jīng)管線(xiàn)分散泵進(jìn)行充分混合后，放料至砂磨機進(jìn)行三級研磨至細度符合技術(shù)要求后，物料經(jīng)輸送泵送入后分散釜攪拌均勻后放入成品釜內，經(jīng)檢驗合格后，進(jìn)入灌裝機進(jìn)行包裝便可得到該劑型產(chǎn)品。水乳劑的工藝流程如圖1所示，禾本除草劑的工藝組態(tài)畫(huà)面如圖2所示。

圖2 禾本除草劑的工藝組態(tài)畫(huà)面

1.2 系統配置

本項目采用浙大優(yōu)穩的UW500 DCS系統進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的控制，并結合上層的ERP系統，實(shí)現農藥制劑生產(chǎn)的數據化管理。

表1 DCS系統的配置

網(wǎng)絡(luò )架構圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò )結構圖

配置特點(diǎn)：

（1）全硬件冗余容錯：控制模件、電源模件、控制網(wǎng)絡(luò )、系統網(wǎng)絡(luò )均1：1冗余配置，保證系統的可靠性；

（2）I/O模件采用單通道隔離通用單點(diǎn)I/O模塊，內置隔離柵，強抗干擾能力，單通道熱插拔，通用輸入、減少備品備件、維護方便；

（3）每臺控制站配置一塊Modbus通訊模件，負責與第三方設備（如現場(chǎng)觸摸屏）通訊；

（4）根據項目的工藝生產(chǎn)特點(diǎn)，配置一套配方管理軟件；

（5）開(kāi)放數據庫接口，對接上層ERP系統。

2 智能化復配的實(shí)現方案

2.1 數據接口

為實(shí)現智能化復配，減少人工操作，必須實(shí)現自動(dòng)化與信息化的融合，打通控制系統與管理系統的數據通信。本項目中配方復雜、參數繁多，通信數據量龐大，為了保證數據傳遞的實(shí)時(shí)性與可靠性，采用SQL Server數據庫為接口，負責DCS層與ERP層的數據交互，完成生產(chǎn)過(guò)程數據的上傳下達。

2.2 數據交互

數據交互是將ERP中涉及到配方產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的參數直接下發(fā)到DCS系統，執行生產(chǎn)任務(wù)，配方產(chǎn)品的物料組分復雜多變，有時(shí)可多達25種物料配比，每種物料包含15項屬性參數，包括物料名稱(chēng)、物料編號、執行步序（該物料的加料順序）、加料量、實(shí)際量（實(shí)際加料量反饋到ERP）、物料位置（顯示人工投料或是自動(dòng)投料開(kāi)啟相應管線(xiàn)的閥門(mén)）、攪拌時(shí)間、降溫與否、剪切與否、含量、入庫單據號、生產(chǎn)廠(chǎng)家、配方批號、領(lǐng)料單號、物料ID號，DCS再將生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際數據實(shí)時(shí)反饋到ERP系統，比如實(shí)際加料量、溫度、生產(chǎn)結束標識等。ERP系統物料信息如圖4所示，DCS系統配方產(chǎn)品生產(chǎn)界面如圖5所示。

圖4 ERP系統物料信息

圖5 DCS系統配方產(chǎn)品生產(chǎn)界面

2.3 智能復配控制

2.3.1 生產(chǎn)流程控制

ERP系統根據銷(xiāo)售訂單進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)，將每日的生產(chǎn)工單下發(fā)到DCS系統進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)流程如圖6所示。

圖6 配方生產(chǎn)執行流程

現場(chǎng)所有設備均由DCS進(jìn)行控制，每一套設備的生產(chǎn)流程都是獨立的、可重復執行，需要將生產(chǎn)流程分割為單元模塊、具體流程如下：

（1）點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，啟動(dòng)配方；

（2）DCS讀取配方內的物料參數；

（3）不固定管道自動(dòng)進(jìn)料：判斷執行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執行，物料進(jìn)料前人工掃碼確認，確認后啟動(dòng)設備進(jìn)料，到設定量后設備自動(dòng)停止，進(jìn)料完成，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，人工確認，進(jìn)料結束，判斷攪拌與否，降溫與否，執行響應動(dòng)作，本模塊結束；

（4）固定管道自動(dòng)進(jìn)料：判斷執行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執行，根據配方給出的物料位置，啟動(dòng)響應的管線(xiàn)設備開(kāi)始進(jìn)料，到設定量后設備自動(dòng)停止，進(jìn)料完成，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，人工確認，進(jìn)料結束，判斷攪拌與否，降溫與否，執行響應動(dòng)作，本模塊結束；

（5）人工投料：判斷執行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執行，物料進(jìn)料前人工掃碼確認，確認后投料信號置1，開(kāi)始人工投料，投料完成后人工確認，投料信號置0，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，投料結束，判斷攪拌與否，降溫與否，執行響應動(dòng)作，本模塊結束；

（6）放料，根據配方參數啟動(dòng)相應管線(xiàn)設備，進(jìn)行放料；

（7）配方結束，程序復位。

2.3.2 控制方案特點(diǎn)

（1）生產(chǎn)信息自動(dòng)下發(fā)，數據化管理

生產(chǎn)部人員打印輸出生產(chǎn)工單，操作人員掃描工單上的二維碼，自動(dòng)將生產(chǎn)信息下載到DCS系統，整個(gè)過(guò)程不需手動(dòng)記錄、抄寫(xiě)，全部實(shí)現數字化管理，數據不易出錯，更加準確完整。

（2）物料掃碼對比確認，防止物料錯投

手動(dòng)投料時(shí)，設置物料掃碼確認功能，防止錯投，每次在進(jìn)行下一步投料時(shí)，DCS會(huì )從ERP讀取該物料的ID號，與人工投料時(shí)掃碼槍輸入的ID號進(jìn)行對比確認，若對比失敗，會(huì )有錯誤提示，以此保證投料的準確性。

（3）實(shí)際加料量反饋

自動(dòng)進(jìn)料使用反應釜稱(chēng)重模塊或者管道流量計進(jìn)行計量，DCS系統將實(shí)際加料量反饋到ERP系統。

（4）攪拌計時(shí)

入物料的同時(shí)開(kāi)啟攪拌，攪拌時(shí)間來(lái)自ERP系統，DCS對每個(gè)步驟的攪拌時(shí)間進(jìn)行計時(shí)，可以方便地觀(guān)察到目前攪拌的時(shí)長(cháng)。

（5）確認按鈕

確認按鈕包括投料正確性的比對確認，每一步投料完成之后的步完成確認以及人工投料確認。

（6）參數設置

整個(gè)配料過(guò)程，嚴格控制溫度范圍；提前量的設置，提高加入物料量的準確性；人工投料誤差區間的設置，確保人工所投物料的準確性。

（7）CIP自動(dòng)在線(xiàn)清洗

一批物料生產(chǎn)完成后，自動(dòng)打開(kāi)清洗溶劑泵，進(jìn)行設備的清洗，并控制清洗時(shí)間，清洗完成自動(dòng)停泵，進(jìn)行下一批物料的生產(chǎn)。

（8）質(zhì)檢結果狀態(tài)顯示

質(zhì)檢結果有三種狀態(tài)：未質(zhì)檢、合格、不合格。當前配方執行完畢后等待人工質(zhì)檢，如質(zhì)檢合格，當前配方生產(chǎn)結束，進(jìn)入下一個(gè)配方的生產(chǎn)，如不合格，則返回至起始步重新執行當前配方，重新執行，ERP會(huì )修改配方內物料參數（增加），然后重新下發(fā)一張配方，與當前配方批號相同，只有新增的物料參數，還是按照當前配方流程執行，新配方結束后，直到質(zhì)檢合格，本次配方生產(chǎn)結束，進(jìn)入下一個(gè)配方生產(chǎn)階段。

3 總結

本項目實(shí)現了自動(dòng)化與信息化的融合，自動(dòng)化程度高，是邁向智能工廠(chǎng)建設的重要一步。具體表現在：

（1）自動(dòng)化程度提高，本項目的自動(dòng)化控制系統配置浙大優(yōu)穩的高端控制系統UW500 DCS，實(shí)現一鍵啟停，對生產(chǎn)過(guò)程參數進(jìn)行全面監控，自動(dòng)控制現場(chǎng)閥門(mén)、電機，生產(chǎn)過(guò)程溫度控制、安全聯(lián)鎖控制等，并對接上層ERP系統，是數據共享；

（2）排產(chǎn)清晰，生產(chǎn)進(jìn)度透明，生產(chǎn)現場(chǎng)的信息可以及時(shí)反饋到ERP系統，第一時(shí)間了解現場(chǎng)生產(chǎn)的情況，方便進(jìn)一步的排版計劃；

（3）建立批次追溯體系，提高產(chǎn)品質(zhì)量，每一個(gè)批次生產(chǎn)完成，會(huì )生成批次報表，記錄該批次生產(chǎn)過(guò)程的所有信息，包括工藝參數、采用設備、生產(chǎn)人員、批號等，可根據批號進(jìn)行快速查詢(xún)，并進(jìn)行批次間的對比，找到“黃金批次”，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

（4）防止物料錯投，DCS有物料對比確認功能，防止人工投料時(shí)犯錯；

（5）CIP自動(dòng)在線(xiàn)清晰，自動(dòng)清晰更高效，防止交叉感染；

（6）配方保密，整個(gè)流程數據化管理，無(wú)需紙質(zhì)傳遞，配方更容易實(shí)現保密。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年10月刊