尿素成品包装生产线管控一体化系统的设计Word格式.docx
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为了能够实现精确控制和生产出统一的高标准产品,我们需要最先进的数字通讯技术,这能降低我们的开车成本,并能长期高效地管理我们的设备。
企业系统与控制系统的系统集成研究与开发已经有十多年的历史,其间涌现过众多的学派和描述模型,所开发应用中的系统数不胜数[4]。
但人们对企业信息化和系统集成的标准研究不够,更不用说在应用中去遵循统一标准,往往错误的视开发商的具体实现技术和方法为标准。
由于公司成品车间的管理系统和控制系统均存在很大的问题,为了切实有效地解决问题以期给公司带来经济效益,我们提出了管控一体化的全面解决方案,我们将对这些方面加以详细介绍。
1.1原料介绍
1.1.1尿素的主要性质
1、尿素的主要性质
化学名:
碳酰二胺
分子式:
CO(NH2)2,含氮(N)46%
分子量:
60.06
2、物化性质:
为无色、无味、无嗅的显白色或浅黄色结晶体;
属于酰胺态氮肥,占中国氮肥产量的35%-40%,仅次于碳胺。
它易溶于水,水溶液呈中性反应,吸湿性较强。
当空气中的相对湿度大于尿素的吸湿点时,它就吸收空气的水分而潮解。
温度高于130°
C时,水溶液会直接分解为氨和二氧化碳。
3、质量标准:
尿素的质量按GB2440-91标准来衡量,如表1.1所示。
表1.1GB2440-91
指标名称
工业用
农业用
颜色
白色
白色或浅色
等级
优等
一等
合格
总氮(N)含量(以干基计),%≥
46.3
缩二脲含量,%≤
0.5
0.9
1.0
1.5
水分(H2O)含量,%≤
0.3
0.7
铁含量(以Fe计),%≤
0.0005
0.0010
—
碱度(以NH3计),%≤
0.01
0.02
0.03
硫酸盐含量(以SO4-2计),%≤
0.005
0.010
0.020
水不溶物含量,%≤
0.040
粒度(φ0.85~2.80mm),%≥
90
1.1.2尿素的主要用途
1、用作农业肥料,塑料、树脂、涂料、医药等工业部门的原料。
2、包装及储运:
用塑料编织袋(内为聚乙烯薄膜袋)或复合塑料编织袋包装。
尿素包装件的质量符合GB8569-88的有关规定。
储运注意轻装卸,要通风干燥,防止受潮。
1.1.3尿素的生产工艺
原料:
氨和二氧化碳
原料的物理状态:
氨为液态,二氧化碳为气态
原料的技术要求:
压力:
氨-------2.06Mpa,二氧化碳----0.049Mpa
温度:
氨-------33℃~40℃,二氧化碳----34~40℃
纯度:
氨-------NH3≧99.9%(Wt),油≦10ppm(最高),水份≦0.1%(Wt)
二氧化碳------CO2≧98.5%
水分:
饱和
惰性气体:
≦1.5%(V)
硫:
≦1mg/NM3(最高)
生产工艺简述:
尿素是由液态氨和气态二氧化碳在尿素合成塔中反应生成氨基甲酸铵,经高压回收,中压、低压及真空预浓缩的处理,溶液再经两段真空浓缩至99.75%(Wt),用熔融尿素泵送至造粒塔中造粒,经空气中冷却即为成品尿素。
1.2尿素包装工艺简介
1.2.1工艺流程
成品车间是为天华公司大化肥主装置生产的散装尿素进行包装的装置。
它包含由散装库(天皮带、地皮带、耙料机等几部分)、上料输送系统、料仓、电子包装秤(6台)、2条输送线(1#、2#)、2个趸船(1#、2#)等部分。
从尿素厂送来的散料(尿素颗粒和少量的粉尘)经过散装库/上料输送系统到达成包装楼,再经电子包装秤,尿素散料就变成袋装尿素,经两条输出系统运往江边码头上船。
其工艺流程图1.1所示:
图1.1工艺流程图
注:
V2103:
短路输送机;
V2106:
扒料机;
V2107/V2301/V2302/V2303/V2304:
上料系统皮带输送机;
V2305:
破碎机;
V2304a:
振动筛;
V2302a:
除铁器;
V2303a:
除尘器;
V2306:
V2307:
配料气缸;
V2308/V2309:
配料输送皮带;
V2315a/V2315b/V2315c:
料仓;
V2313a/V2313b/V2313c/V2314a/V2314b/V2314c/V2322a/V2323a/V2324a:
1#输出系统皮带输送机;
V2313d/V2313e/V2313f/V2314d/V2314e/V2314f/V2322b/V2323b/V2324b:
2#输出系统皮带输送机。
1.2.2工艺主要特点
公司成品车间作为主装置最后工段,其流程范围从散装库直到江边趸船。
概括起来有以下几个特点:
1、整个成品工艺生产线流程以物料流向(尿素)为指向,流程线路明确清晰。
从散装库耙料,上料系统送料;
电子定量包装机包装,1#、2#两条输出线直到江边趸船,通过销售计数器适时计量;
产品最终走向用户。
2、成品控制设备以电机带动的输送带为主,另外还包括电子定量包装机,控袋器,除尘器,干燥器,喷码机,生产计数器,销售计数器。
3、公司产品尿素从散料直到定量成包包装和长距离输送,就决定了成品工艺具有粉尘重这一显著特点。
同时成品主包装楼在粉尘较重的环境中因运转设备多而具有噪声大、温度高、湿度大的特点。
4、公司年产30万吨合成氨、52万吨尿素,都是由成品最终包装出品,按成品工艺原设计条件,其包装生成能力还有较大余地可利用。
5、成品主要设备为运转皮带设备,由PLC系统控制。
称量尿素由电子定量包装机完成。
其包装和送料皮带守护均为人工操作,机械自动化程度不高。
1.3现有控制方式介绍
1.3.1散装库
从主装置来的尿素经电动三通阀(V2102),一路经短路输送机(V2103),送到上料系统,另一路经散库进料输送机(V2104),电动卸料车(V2105),进入散库,再经耙料机(V2106),散库出料输送机(V2107)到上料系统。
其工艺流程如图1.2所示:
散装库各设备的控制是一个独立的控制系统,以传统的继电器-接触器控制系统来实现以下逻辑控制功能:
1、以物料的流向为准,开车时逆序启动设备,停车时顺序延时停运设备,并保证皮带上不存在物料。
2、在联动运行时,如某控制对象出现故障,则发出音响和闪光报警信号,顺着物料流向看,该对象以前的控制设备紧急停车,该对象以后的控制设备延时停车。
3、物料流向切换为现场手动切换。
1.3.2上料系统
散装库包含卸料机、耙料机、运输系统的天皮带、地皮带系统。
控制系统中的连锁系统均采用继电器逻辑为核心,皮带控制部分为PLC控制。
从散装库输送出来的尿素通过地皮带后正式进入上料系统。
上料系统它包含如下V2301、V2302、V2303、V2304、V2305、V2306、V2307、V2308、V2309皮带和1、2、3#料仓等部分。
流程图1.3所示。
上料控制系统是一个独立的系统,以日本三菱公司的PLC(F2-60M)来实现以下逻辑控制功能:
2、在联动运行时,如某控制对象故障,则发出音响和闪光报警信号,顺着物料流向看,该对象之前的控制设备紧急停车,该对象以后的控制设备延时停车。
1.3.3料位控制系统
成品尿素从散装库经上料系统就直接进入成品尿素料仓。
成品料仓共有3个,均为16吨的。
E+H公司出品的FTC-231系列物位计,主控二次显示仪表采用XXS-2型八位闪光信号报警仪。
成品尿素从V2304通过尿素分料器后分三路进入料仓,一路从V2308进入1#料仓,一路从V2307进入2#料仓,第三路从V2309进入3#料仓,V2308和V2309为输送皮带,V2307为气缸匝板。
如图1.4所示。
1.3.4定量包装系统
成品车间共有6台定量电子包装机组。
是由航天十二所研制开发的MSC25-50电子定量包装机组系列,其包装精度为(0.1%),下边分两部分说明:
1、成品电子定量包装系统
成品电子定量包装系统的流程如图1.5所示。
从图1.5中可以看出,每个料仓对应2台定量包装机,包装机出来的成品尿素包子经窄皮带和宽皮带,最后3台包装输送线汇合于输出线上。
2、电子定量包装秤的技术条件:
1)系统检定精度为1/1000,它是指系统在供电、供气和供料及机房条件都达到技术要求时,系统调整后的精度;
2)额定称量范围:
25~50kg;
3)包装能力:
1200袋/小时;
4)检定分度值和显示分度值:
检定分度值是作为计量使用的,用符号e来表示,本系统中e=10g;
5)显示位数:
在额定范围内,本系统显示4位(其中小数点前后各两位);
6)额定电压:
AC220V±
10%,50Hz±
2%;
7)功耗:
800W(选用1000W供电);
8)环境温度:
闲置状态要求环境温度在–10~+55℃,工作状态要求环境温度在18~28℃,现场设备0~+40℃;
9)湿度:
闲置状态不大于70%,工作状态不大于80%。
1.3.5包装袋喷码系统
为了提高尿素产品的追溯性,从97年开始公司就考虑引进喷码机设备对尿素成品包装袋进行喷码。
直到2002年3月,成品才引入6台EBS300投入使用。
喷码系统采用6位编码式,既有利于消费者识别,也符合国家质量认证要求。
1.3.6空气除尘和除湿系统
1、空气干燥系统
成品界区具有温度高、湿度大、粉尘重的显著特点。
以前,成品界区使用的空气是没有经过任何干燥过滤的工厂空气,空气中富含水份、杂质、油等。
通过公司质量检测部门抽检的空气成份数据看,仅杂质含量就高达0.89毫克/立方米。
这样一来,机械、仪表和工艺设备的维护和维修成本大大增加;
同时工艺操作人员的工作环境也相当恶劣。
以该空气对成品喷码机的影响为例,大量的杂质使喷码机喷嘴极易堵塞,过量的水份也使喷码机墨水浓度降低,过量的油份导致墨水产生沉降和变质。
同样,成品界区多为气动控制仪表,杂质和油份等对气缸、电磁阀都产生致命的影响,直接导致的结果就是仪表使用寿命缩短和运行不稳定,严重影响了成品的正常生产。
为改善界区设备和操作人员的工作环境,2003年公司在成品界区安装投用了一套空气干燥和除尘装置。
该装置主体设备我们是利用原主装置闲置的空气分离设备,仪表控制采用PLC控制。
现场执行机构为4个薄膜程控阀。
装置采用定时再生和循环的方式控制。
空气压力保证在6公斤以上。
1)空气干燥和除尘流程
空气干燥和除尘流程示意图如图1.6所示。
图1.6中,A和B都是循环再生罐,里面填装的是硅橡胶颗粒。
原工厂空气通过XV1、XV2、XV3、XV4等4个程控薄膜阀,在PLC控制下按每20分钟为一循环冲气、再生。
该除尘除湿系统投入使用后,从公司质量检测部分抽检的结果看,空气杂质含量已经降为0.14毫克/立方米,其水和油的含量也大幅度降低,完全符合仪表用空气的条件。
2)仪表控制
成品空气除尘和除湿装置我们采用PLC控制。
其输入信号是安装于现场仪表控制箱的手动旋纽。
其定时切换时间我们根据工艺要求从5分钟、10分钟、15分钟最后定在20分钟。
3)除尘系统的建立
公司尿素粉尘含量以前比较高,通过上料系统长距离的皮带输送后,又将产生部分粉尘。
(其中为防止结块尿素,在进入料仓之前还要通过破碎机,也产生一定量的粉尘)。
从料仓通过定量包装机包装过程中也产生一定量的粉尘。
成品为防止粉尘量过高,以前的除尘系统是通过中央空调利用抽风机在每台冲袋机口引管吸粉尘,抽掉的粉尘利用包装回收系统再利用。
但是,吸风效果并不好,加之回收系统运行不太正常。
因此粉尘问题一直得不到很好的解决。
原除尘回收系统示意简图如图1.7所示。
98年之后,公司曾请相关专业除尘防腐公司做个其它的除尘方案,也不太成功。
2002年公司引进重庆机械仪器厂的专用除尘设备,共计6台。
它利用冲压式调节,控制方案采用脉冲整流定时器。
在冲压器内利用脉冲定时控制电磁阀动作,动力采用工厂空气(6公斤,自身过滤和排水。
过滤减压阀套件采用PAKER设备)。
这6台除尘装置分别安装在定量包装机旁,引尘同样从冲袋机口引入。
经过近1年的试用情况看,除尘效果比较良好,设备运行也较为稳定,如图1.8所示。
1.3.7控袋系统
成品输出系统共计2条输出线。
每条输出线由3台包装机送料汇合。
1#、2#、3#包装机包装的成品尿素袋通过3条皮带直接汇合到1#输出线,4#、5#、6#包装机包装的成品尿素袋通过3条皮带直接汇合到2#输出线由此.每3台包装机组的尿素袋都是随机自然到一条输送线上,因此就难免造成有很多搭包和堵包、破包、脏包,更为严重影响销售计数器计数。
为了让3台包装机的成品尿素袋有序放到输送线上,克服连包、堵包、破脏包现象,提高计数器精度,必须对包装机组的尿素袋进行控制,使其按照一定顺序运行。
在成品控制系统改造前是靠人工来实现控袋的,
1.3.8输送系统
成品尿素通过定量电子包装秤包装后就直接进入输出线系统。
成品共有2条输出线,分为1#和2#输出线,如图1.9所示图。
从图1.9中可以看出,成品输出线系统有以下几点特性:
1、每3台包装机输出线汇合于一条输出线,1#汇合于V2322a,2#输出线汇合于V2322b;
2、成品输送线比较长,从包装楼直到长江边趸船上;
1#输送线有14条皮带;
2#输送线有13条皮带;
3、在1#、2#输送线上,1-1、1-2、1-3、1-4、1-5和2-1、2-2、2-3、2-4这9条皮带由江边趸船电气控制室控制,
1#输出线成品计数器安装在V2322a皮带上,销售计数器安装在1-1皮带上;
2#输出线成品计数器安装在V2322b皮带上,销售计数器安装在2-2皮带上;
1#和2#输出系统设备的控制是一个独立的控制系统,和上料系统设置的控制系统一样,采用日本三菱公司的PLC(F2-60M)来实现以下逻辑控制功能:
1.3.9销售计数系统
销售计数器作为公司最后一道把关计量仪表,它列为公司一级计量仪表,其地位可想而知。
公司销售所采用的计数器为DJS-6型,共计6台。
原为泸天化自行研制的一种电子计数器。
其计数精度理论上为0.03%,实际上也就0.2%左右,而且运行稳定性较差。
DJS-6型计数器设计落后,整机可调部件较多,现场探头抗干扰能力很差(如:
太阳光、雨水、和高温等)特别是对连包、搭包和堵包情况不能很好处理。
DJS-6计数器分别于1#、2#输出先各安装了3台。
1#销售计数器现场探头安装在1-1上,2#现场探头安装在2-2上。
它利用传感器到主机导线将2次主控显示仪表联系在一起。
从多年的运行情况看,该机对连包、搭包和背包识别能力不太强。
主机维护量比较大。
主要问题出现在该机可调部件较多,系统不稳定。
现场红外探头对光线、雨水比较敏感,抗干扰能力较弱。
其组成如图1.10所示。
第2章存在问题、课题研究方向和解决方案
2.1现有管理模式和控制方式存在问题
2.1.1管理模式存在的问题[2]
公司成品车间生产管理模式存在很多方面问题,成品车间现有管理模式还处于手工管理模式。
数据报表、生产调度、人事管理都是采用比较落后的管理模式,效率低下,同时还存在管理漏洞。
目前生产现场管理对实时情报的需求殷切,其所面临的实际生产问题主要有:
1、尿素品质和尿素包装品质无法确实且适时的提前掌握,而且
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- 尿素 成品 包装 生产 线管 一体化 系统 设计