一種用于紙品粘合的膠水制備自動(dòng)控制系統(tǒng) PCC

1、一種用于紙品粘合的膠水制備自動(dòng)控制系統(tǒng)  （1. 成都創(chuàng)新瓦楞紙品技術(shù)有限公司； 2. 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司市場(chǎng)部，上海200233；3. 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化成都辦事處，成都610015）摘  要：本文介紹貝加萊自動(dòng)化系統(tǒng)和托利多稱量裝置在紙品粘合膠水制備設(shè)備上的應(yīng)用。該生產(chǎn)線配置了以PCC為核心和以稱量配料為主要手段的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制膠、輸膠過(guò)程的全自動(dòng)化控制。文章概述了該生產(chǎn)線的設(shè)備構(gòu)成、工藝流程和技術(shù)要求，重點(diǎn)描述了該控制系統(tǒng)的配置和工作原理，特別是比較復(fù)雜的中轉(zhuǎn)罐稱量配料邏輯。采用自動(dòng)化技術(shù)，避免了人為因素造成的膠質(zhì)不穩(wěn)定，保證了粘合紙箱的剝離

2、強(qiáng)度，而且無(wú)需專(zhuān)人制膠，大大降低了生產(chǎn)成本。Abstract:  This article describes the B & R automation systems and Tolido weighing device in the preparation of paper glue adhesive application equipment. The production line configuration with PCC as the core and the primary means of weighing the ingredients for the a

3、utomation system, the realization of the made glue , carry glue lose control of fully automated process. The article provides an overview of the production line equipment, technics process and technical requirements, focusing on description of the control system configuration and working principle,

4、especially for the complex weighing material logic of transiting can. The use of automation technology avoids the instability of microglia caused by human factors, ensures the adhesive peel strength of the cartons, furthermore, making glue needn't special people, significantly reducing productio

5、n costs.關(guān)鍵詞：紙品粘合；膠水制備；可編程計(jì)算機(jī)控制器；自動(dòng)稱量配料Keywords: adhesive paper products; glue preparation; programmable computer controller; automatic weighing ingredients中圖分類(lèi)號(hào)：       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B0 引言目前，國(guó)內(nèi)大部分瓦楞紙板生產(chǎn)廠家還在使用傳統(tǒng)的人工制膠機(jī)，膠水的質(zhì)量全靠工人的熟練程度來(lái)保證，隨著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，紙板生產(chǎn)線效率越來(lái)越高，人工制膠方法已越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的需要。本文介

6、紹的該自動(dòng)控制系統(tǒng)的制膠設(shè)備主要用于瓦楞紙板制造生產(chǎn)線配套，它能夠?qū)崿F(xiàn)制膠、輸膠、用膠過(guò)程的全自動(dòng)化控制。由于按照預(yù)先設(shè)置的原料配比和工序制備膠水，故能避免因人工操作可能造成的膠水品質(zhì)的不穩(wěn)定，保證紙箱粘合的剝離強(qiáng)度穩(wěn)定的達(dá)到GB/T6544-2008國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，自動(dòng)化制膠系統(tǒng)的效率也大大高于人工制膠，可滿足高速生產(chǎn)線的配套要求，并使我國(guó)包裝工業(yè)自動(dòng)化水平得到大大提高。1 工藝設(shè)備與流程概述1.1 主要工藝設(shè)備如圖1所示，膠水制備生產(chǎn)線的主要工藝設(shè)備由儲(chǔ)備罐（包括淀粉、堿液、樹(shù)脂三個(gè)罐）、中轉(zhuǎn)罐（包括硼砂、堿液、樹(shù)脂三個(gè)罐及其共用的稱量裝置）、一個(gè)主罐及其稱量裝置和四個(gè)成品罐及其計(jì)量裝

7、置組成。本膠水制備生產(chǎn)線設(shè)有化堿系統(tǒng)（采用碳鋼罐體）、攪拌裝置、堿液貯槽和2臺(tái)堿液泵，堿液中轉(zhuǎn)罐以及管道均采用不銹鋼。片堿化成液堿后，貯存在堿液貯槽里。堿液中轉(zhuǎn)罐的液位可以由PCC自動(dòng)控制，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定低限時(shí)，將自動(dòng)啟動(dòng)堿液泵從堿液貯槽進(jìn)行補(bǔ)給。淀粉貯罐為碳鋼罐體，配備了螺旋輸送機(jī)、振動(dòng)給料器，裝設(shè)了高、低料位傳感器。主罐裝備了蒸氣加熱裝置和自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，配置有溫度檢測(cè)元件、二次溫度儀表和蒸氣切斷閥，并采用PCC來(lái)控制溫度。各用膠點(diǎn)貯罐設(shè)有液位檢測(cè)和攪拌裝置。各膠水儲(chǔ)罐的膠水重量可以在制膠房的觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)視。 1.2 工藝流程概述在圖1中，首先從硼砂、樹(shù)脂以及堿液的存儲(chǔ)罐往中轉(zhuǎn)罐加料

8、：上述三個(gè)中轉(zhuǎn)罐都固定在一個(gè)由3個(gè)傳感器支撐的架體上，它們共用一套稱量裝置。常溫下樹(shù)脂和堿液均為液體，它們的中轉(zhuǎn)儲(chǔ)罐都設(shè)有最高位和低位浮球。第一次只加樹(shù)脂，當(dāng)其液位到達(dá)高位浮球位置時(shí)停止加料，此時(shí)中轉(zhuǎn)罐稱量?jī)x表顯示的重量就是樹(shù)脂的重量，也是其最大值。第二次同樣也只加堿液，當(dāng)其液位到達(dá)高位浮球位置時(shí)停止加料，此時(shí)儀表顯示的重量減去第一次加的樹(shù)脂的重量，即為堿液的重量。把這個(gè)計(jì)算出來(lái)的值保存為堿液當(dāng)前重量。硼砂雖是固體，但也以同樣方式加料并計(jì)量。在淀粉的儲(chǔ)蓄罐中，設(shè)有高、低料位傳感器和振動(dòng)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)高料位時(shí)，不能再往儲(chǔ)罐中加淀粉，低料位信號(hào)則提示加料。振動(dòng)器的功能是把淀粉振松，振散，防止淀粉架橋。

9、低于最低料位置時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)振動(dòng)器將罐壁附著的淀粉振動(dòng)下來(lái)。生產(chǎn)膠水時(shí) 往主罐中加硼砂、樹(shù)脂和堿液。這三種配料，都是單獨(dú)添加，如果當(dāng)前在加堿液，中轉(zhuǎn)罐的重量會(huì)變小，這個(gè)差值就是注入主罐中的堿液的重量。而中轉(zhuǎn)罐中當(dāng)前的堿液重量就是原來(lái)的重量減去注入主罐中的堿液的重量。保存這個(gè)值為當(dāng)前的堿液重量。其它兩種物料也以同樣方式加入主罐。其制膠工藝流程如下：每一條紙板生產(chǎn)線其實(shí)只需要一種規(guī)格配方的膠水，不同的紙板生產(chǎn)線所對(duì)應(yīng)的配方也不一樣。目前該膠水設(shè)備配設(shè)了4個(gè)成品罐（帶有蒸汽加熱裝置），每個(gè)成品罐中膠水的配方都不一樣，這4個(gè)罐分別位于不同的紙板生產(chǎn)線旁，與主罐通過(guò)管道連接，并通過(guò)空氣泵把加熱后的膠水從

10、主罐中吸到相應(yīng)的成品罐中。該系統(tǒng)設(shè)有配方自動(dòng)修正功能，當(dāng)加料時(shí)，可以通過(guò)屏幕監(jiān)視加料過(guò)程中的偏差，并自動(dòng)根據(jù)配方的比例修正后面的加料比例，以保證配方的準(zhǔn)確性；可以和客戶的生管系統(tǒng)聯(lián)系，通過(guò)參數(shù)設(shè)定，自動(dòng)根據(jù)待生產(chǎn)的定單情況來(lái)確定制膠量，從而減少膠水的浪費(fèi)；在初次輸入配方后，當(dāng)客戶需要調(diào)整配方的時(shí)候，無(wú)需再去計(jì)算物料的變化，只需直接輸入膠水的變化結(jié)果，程序即可自動(dòng)修改配方；設(shè)有自動(dòng)吹膠功能，當(dāng)每罐膠水輸送完畢以后自動(dòng)吹膠，以避免膠管堵塞。2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成與配置2.1系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)以貝加萊的B&R2003系列PCC為核心，與梅特列-托利多的稱量?jī)x表PANTHER相結(jié)合組成（如圖2所示）。

11、該P(yáng)CC配置了1塊BP704（4槽底版），其CPU安裝在底板的最左端，選用帶24V DC電源的雙寬度模塊CP476，該模塊上有RS232和CAN接口各一個(gè)，并有狀態(tài)指示燈，同時(shí)還有4個(gè)旋入式模塊的插槽，需要擴(kuò)展時(shí)將旋入式模塊插入到插槽中并用緊固螺絲固定。旋入式模塊可以是模擬量或數(shù)字量模塊，也可以是通訊擴(kuò)展模塊。其中1個(gè)插槽插入IF321，配置有1個(gè)RS485/RS422接口，用于實(shí)現(xiàn)與1#、2#和3#儀表站的數(shù)據(jù)通訊；另1個(gè)插入AI774（4路模擬量輸入模塊），用于采集4個(gè)成品罐的膠液液位（對(duì)應(yīng)于重量）數(shù)據(jù)。此外，該P(yáng)CC還配置了2塊DM465（16路輸入和16路晶體管輸出數(shù)字量混合模塊）和1

12、塊DM435（8路輸入和8路晶體管輸出數(shù)字量混合模塊）。該系統(tǒng)的操作監(jiān)視人機(jī)界面（HMI）選用1臺(tái)Power Panel 4PP320.1505-31彩色TFT15”觸摸屏 (24V DC，配置1個(gè)Ethernet 10/100M、1個(gè)RS232和2個(gè)USB接口)。稱重裝置選用了兩套梅特勒-托利多（Mettler Toledo）的多斗多料配料稱重儀表（型號(hào)panther2000 T600，最大秤量選擇5-10000kg，分度值0.005-10），主罐用一套，中轉(zhuǎn)罐共用一套。每套稱量?jī)x表由稱重傳感器3只和帶有邏輯控制功能的二次儀表（含傳感器供橋電源）構(gòu)成。它們具有精度高、可靠性好、專(zhuān)業(yè)的物料處理

13、能力和人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率起著非常重要的作用。梅特勒-托利多的控制方案采用了先進(jìn)的總線技術(shù)，可以方便地使用Profibus、RS232、RS485和MODBUS-Plus等現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與相關(guān)PLC（PCC）系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)通訊，構(gòu)成的稱重配料系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性好、組態(tài)靈活，可以方便地滿足各類(lèi)用戶對(duì)稱重配料的需求。3 控制系統(tǒng)的工作原理及主要功能3.1 系統(tǒng)的工作方式該系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，生產(chǎn)前可預(yù)設(shè)，并可在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)需要互相切換。當(dāng)每罐膠水輸送完以后，將進(jìn)行自動(dòng)吹膠。該系統(tǒng)高度自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)制膠和用膠過(guò)程的全自動(dòng)控制，從膠水的需求、配方參數(shù)、配制直到輸送均

14、由PCC全過(guò)程控制，無(wú)需專(zhuān)人操作。3.2 系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)該系統(tǒng)具有多配方存儲(chǔ)、自動(dòng)選擇配方、參數(shù)設(shè)置、多種成本報(bào)表、自動(dòng)稱量注料和配料控制、自動(dòng)輸膠控制等主要功能。設(shè)有配方自動(dòng)修正功能。當(dāng)加料時(shí)，可以通過(guò)操作屏幕監(jiān)視加料過(guò)程中的偏差，并自動(dòng)通過(guò)改變配方的比例來(lái)修正后續(xù)的加料比例，以保證配方的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)還可與客戶的生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。通過(guò)數(shù)據(jù)交換，根據(jù)擬生產(chǎn)的紙制品訂單自動(dòng)確定制膠量，以減少膠水浪費(fèi)。當(dāng)初次輸入配方后，如客戶確需調(diào)整配方，也無(wú)需重新計(jì)算物料的變化，只需直接輸入膠水的改變結(jié)果，程序即可自動(dòng)地去修改配方。外接USB存儲(chǔ)設(shè)備，完整地記錄了多個(gè)重要工藝參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)。3.

15、3 自動(dòng)稱量配料的工作原理自動(dòng)稱量配料單元是該制膠控制系統(tǒng)的核心部分，它決定了膠水的配制質(zhì)量和生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)采用了兩套梅特勒-托利多的電子稱量裝置，它的二次儀表與PCC結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有物料稱量注料和配料的控制，以更精確地控制整個(gè)配料過(guò)程，保證膠水配方得到準(zhǔn)確的執(zhí)行?？紤]到PCC的CPU與各儀表站之間的數(shù)據(jù)通訊采用了速率相當(dāng)?shù)偷腞S485串行通訊方式，如讓PCC承擔(dān)稱量值的數(shù)字濾波，則它在每次程序掃描周期中必須對(duì)各PANTHER稱量終端連續(xù)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，并需花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，這可能影響到稱量值數(shù)字濾波的準(zhǔn)確性并直接影響到稱量結(jié)果。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中安排PANTHER稱量終端承擔(dān)稱量值數(shù)字濾

16、波任務(wù)，它所獨(dú)具的TraxDSPTM數(shù)字濾波專(zhuān)利技術(shù)也完全勝任此項(xiàng)任務(wù)。PCC在每一掃描周期中僅需通過(guò)RS485總線網(wǎng)絡(luò)從PANTHER終端采集已經(jīng)通過(guò)數(shù)字濾波的單個(gè)重量數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)處理（可參見(jiàn)圖4（1）和圖4（2）。（1）中轉(zhuǎn)罐稱量注料和膠水配料硼砂、樹(shù)脂和堿液中轉(zhuǎn)罐的體積均不大，由于稱量工藝的需要，它們被固定在一個(gè)由3個(gè)稱量傳感器支撐的臺(tái)面上并共用一套稱量?jī)x表。其進(jìn)出料管道全部采用金屬軟管連接，以避免附加應(yīng)力影響稱量精度。梅特勒-托利多的3個(gè)稱量傳感器的量程各為1000kg，精度為0.05%，稱量系統(tǒng)綜合精度為0.5%，該傳感器的重量輸出信號(hào)并聯(lián)后（040mA）輸送至PANTHER工業(yè)稱

17、重終端（二次儀表），該終端內(nèi)的高精度穩(wěn)壓電源作為上述傳感器的供橋電源，PCC通過(guò)RS485總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊可對(duì)其進(jìn)行稱量配料參數(shù)的設(shè)置和采集；PCC還通過(guò)數(shù)字量輸入和輸出接點(diǎn)控制各加料泵、給料器的起/停、加料電磁閥的開(kāi)閉（如圖3所示）。PANTHER采用-模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理技術(shù)，為工業(yè)稱重需求提供多種應(yīng)用方式：稱重顯示、檢重、分選、定值控制等。PANTHER稱重終端所獨(dú)具的TraxDSPTM數(shù)字濾波專(zhuān)利技術(shù)能得到實(shí)時(shí)穩(wěn)定的重量值，即使在所聯(lián)接的秤體上附有運(yùn)動(dòng)設(shè)備，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)稱重終端的參數(shù)而使其得到真實(shí)的重量數(shù)據(jù)。PANTHER稱重終端可應(yīng)用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。由1.2節(jié)工藝流程中所述，按照事

18、先輸入的制膠配方，在PCC的控制下依次從存儲(chǔ)罐分別往中轉(zhuǎn)罐加樹(shù)脂、堿液和硼砂，并根據(jù)工藝要求從中轉(zhuǎn)罐分別往主罐加入樹(shù)脂、堿液和硼砂；通過(guò)多次稱量和計(jì)算得到該三種物料的實(shí)際配料重量值。其稱量注料和膠水配料的程序流程圖分別如圖4（1）和4（2）所示。圖4（1）與圖4（2）中的邏輯是連續(xù)的。                          &

19、#160;               4（1）中轉(zhuǎn)罐稱量注料程序流程圖                                &#

20、160;   圖4（2）  膠水稱量配料程序流程圖（2）主罐稱量采用梅特勒-托利多的傳感器和PANTHER工業(yè)稱重終端，主罐采用3只傳感器把主罐托起，其重量輸出信號(hào)并聯(lián)后接至該二次儀表上，測(cè)量主罐的重量。每只傳感器的量程為2000kg，精度為0.05%，該稱量系統(tǒng)精度為 0.5%，可以在HMI觸摸屏上設(shè)置稱量參數(shù)。（3）成品罐稱量由于對(duì)成品罐重量的測(cè)量精度要求不高，故采用間接稱量方式。即在每個(gè)罐底部的引出測(cè)量管道上各裝設(shè)一臺(tái)壓力變送器（輸出信號(hào)4-20mA），滿量程對(duì)應(yīng)于2000kg，精度優(yōu)于1%。通過(guò)壓力變送器間接測(cè)量成品罐內(nèi)的液體高度，然后根據(jù)罐的幾何尺寸和相

21、關(guān)液體的密度計(jì)算出各罐內(nèi)的物料重量。（4）系統(tǒng)采用的PCC邏輯控制各氣動(dòng)加料閥門(mén)的動(dòng)作，由于加料閥門(mén)的動(dòng)作延遲和物料的落料延遲，不采取對(duì)應(yīng)措施將導(dǎo)致物料控制偏差，因此，系統(tǒng)中采用了物料誤差補(bǔ)償程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，可較好的控制精度。3.4 加水的控制    系統(tǒng)工藝配方中要求水的加入量較大，如果要保證加料誤差，則加料速度不能過(guò)快，但加料速度過(guò)慢又會(huì)影響制膠效率，因此系統(tǒng)引入快/慢加水自動(dòng)切換，在加水運(yùn)行，快加水閥門(mén)打開(kāi)，保證加水效率，在系統(tǒng)達(dá)到計(jì)量要求的之前自動(dòng)切換到慢加速控制方式，保證控制精度，從而達(dá)到系統(tǒng)要求。3.5 淀粉輸送控制在淀粉儲(chǔ)蓄罐中，配備了螺旋輸送機(jī)和振動(dòng)給料器，設(shè)有高、低料位傳感器。