文/宋修贵.赵秋德.宫森.李庆光（山东三立新材料设备股份有限公司/哈尔滨工业大学(威海）自动化研究所

摘要：本文主要叙述智能化粉末涂料生产流水线的工作原理、操作流程、智能控制系统和正确的应用，同时对流水线所用设备作简要介绍。

0.引言

随着国家对安全生产重视和环境保护的加强，智能粉末涂料生产流水线是未来制粉发展必由之路，目前，制粉厂商对智能流水线设备认知需求强烈，在不久将会代替传统的制粉设备，新的智能制粉设备取代了相当一大部分“体力劳动”和一部分“脑力劳动”。减少了劳动成本，降低了能源消耗，提高了生产效率。

智能化粉末涂料生产流水线，也就是具备了实现自动配比原料、颜料、原料车自动搬运(AGV智能搬运机器人）、自动搅拌混合、自动卸料、挤出、压片、磨粉、称重、自动打包装置(备选）、自动码垛设备（备选）、智能的管理系统（上位机、手机APP）、影像监控、远程诊断、远程在线维护支持。见图1。

1.原料站工作原理

由6个容积为3T的不锈钢料罐组成，下面配有下料系统：设定流量→失重秤控制器→给料电机→给料螺杆→原料。给料由伺服电机驱动器控制、螺杆转速0-200r/min，每次完成给料时间为10-20min。每个原料罐配带3个称重传感器，传感器将料罐里的物料的重量变化连续不断传送给失重秤控制仪表，控制仪表根据该信号计算出单位时间内秤体的重量变化率作为实际瞬时流量，然后与设定的目标流量进行比对，进入双组PID运算后改变给料电机的驱动器输出频率，从而改变电机的转速，提供快速给料信号以完成快速给料，然后转换到低速控制信号用于在批量结束时精确，系统计量配料准确度≤±0.15%，使实际给料量尽可能的接近设定的目标流量。料罐带有毛重监控，实时监测料罐毛重低于设定值时，及时报警提示，使上料机能及时的填料补仓。为了使料罐下锥体下料顺畅，防止物料搭桥架空，料罐上方装有物料搅拌杆，使整个过程按配比原料程序达到自动化生产的目的。见图2

其主要特点是：

—给料精准

—罐料稳定

—实用性强；

—结构简单；

—封闭式输送；

2.颜料站工作原理

本机型为颜料配方称重计量站，由20kg、38组颜料斗组成，呈环形排列，防止人工失误将颜料错投、漏投，主要用于在混合前使用自动配色与计量。在1kg-10kg时流动性好的计量精度可达≤0.1g。主机分为颜料储存斗、计量阀、磅秤、智能控制4个部分组成，其中颜料斗设置于密闭的透明罩内，与外界环境隔离开，使生产区没有粉尘污染，按配方要求配好的颜料下落到磅秤上面一个容器里，操作人员可以事先经过人机界面设定好配方编号，批次、重量、多段式流速的颜料给料装置及智能的自动控制程序，颜料斗自动行走循环，行走工作的速度0.3-0.8m/s（可调），每段工位停留为5-10s（可调），每小时计量次数最高可达15批次，微量计量装置有自动补料，确保计量快速精准。自动记录计量历史资料，配方管理，颜料用量，生产批次，称量值，异常信息，制程工序运行画面可即时动态显示，方便管理者追溯查询。见图3

3.AGV搬运车工作原理

AGV是（Automated Guided Vehicle）的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。是原材料搬运中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线，其优点为：

——自动化程度高；

由计算机，电控设备，激光反射板等控制。

当车间某条生产线需要原材料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行，将原材料送至相应地点。

——充电自动化；

当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电（一般技术人员会事先设置好一个值），在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。

另外，AGV小车的电池寿命很长（10年以上），并且每充电15分钟可工作4h左右。

——美观，提高观赏度，从而提高企业的形象。

——方便，减少占地面积；生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往返。

每条生产线对应一台AGV搬运车。自原材料称重至挤出机卸料站全程搬运原材料，节省人工，降低成本，实现自动化流水线生产工厂。见图4

4. 挤出、压片、磨粉、成品称重自动流水线工作原理

此机为立体双层结构，智能生产流水单元程序系统是：卸料站→挤出→压片→磨粉→称重→包装，AGV驱动原料周转罐提升到达平台卸料站，把混合的物料以均匀的速度放料到挤出上料斗，经过金属探测仪检测后进入挤出机挤出，挤出主电机由伺服电机驱动，特点是：低频力矩大，负载响应能力强，在大惯量负载下高速区依然具有快速的加减速能力，能够为挤出提供高性能的速度和位置伺服功能，然后经过水冷压片破碎，用吸料方式将压片破碎成10X10X1mm片料或颗粒状吸入到磨粉机进行粉碎。主磨粉碎盘由伺服电机直接驱动（转速变化，扭矩恒定)，最高转速8000r/min，线速度180m/s，可根据需要对粉末中粒径D50任意调整。经过分级器分级，大粒径粉末重新进行循环研磨，成品粉末经旋转筛过筛后进入计量称重包装，因此，避免了人为称重带来的误差。见图5

5. 智能控制系统

上位机监控管理系统，用以实现配料生产过程的自动控制，完善工作环节的安全监测和生产管理，可协助用户完成对配料设备的监测，设置配料过程中相关参数，对生产数据进行统计和报表输出等一系列工作，极大地提高生产自动化水平。

控制系统软件基于WindowsXP/WIN7/WIN8 平台开发，充分考虑到生产流程，具有操作简便直观、运行稳定可靠、易于使用、易于维护等特点，同时还可以根据生产特点及要求进行灵活配置。

系统可支持ACCESS和SQL SERVER 数据库，用户可根据其生产的数据量及系统的需求，自行选择数据库。使该系统能兼容大系统和小系统的实用性，并保证用户数据的快速和准确性。

系统具有完善的报表功能，能自定义需要打印的生产详细报表、实际消耗量报表、产量报表、操作员报表、库存报表、消耗合计、日报表、月报表。

自动保存每车称量记录及原料使用批号，支持条形码打印，实现质量的可追溯性。

管理系统具备手机端APP，库存状况。生产状况、物流状况等会及时同步到移动端，用户便可以直接在手机上查看，具有时效性。

6. 功能的应用

6.1系统权限管理

系统权限采用逐级管理方式，即管理员可以分配用户是否有管理用户的权限，并分配其他权限，该用户只可以对自己拥有的权限进行管理，用户通过输入用户名称、相对应的密码即可登录，如果输入的用户名称和密码超过三次不正确系统将自动退出。

6.2参数设置

系统登录后，首先初始化系统软件，硬件，通讯等信息。如果某些初始化不正确，系统可能经自检，自恢复后自动退出。

系统参数设置是管理系统运行的基础数据，包括系统配置，如秤、仓、投料、混合、基础、磨机参数及其相关参数情况，也包括基础数据管理、生产参数管理、客户管理、配方管理、生产计划管理，分别完成各配置的增加、修改、删除等功能。

6.3配方管理

配方是配料生产的详细材料配合比，是生产的基础数据，每个配方包括该配方生产出的产品属性等参数。登录用户需要具有“配方管理”权限才可操作配方记录，否则，只能查询。配方管理功能如下：

—可按生产量及搅拌容量参数自动计算每批次的配料量：

—每批次自动去皮：

—自动快/慢速量控制：

—自动超差检查：

—慢速过冲量自动调整并可存储：

—生产批次误差自动补偿：

—对配料超重可采用扣秤处理；

—生产过程中，可以随时查看当前料仓或料秤的状态；

—在线设置系统的过冲量自动补偿以及误差自动补偿；

—自动生产状态下，系统对通信以及配料超重或欠料自动报警；

—系统采用生产队列进行生产，在生产过程中可以随时设定预订生产单；

—可根据用户的要求，定制特殊的控制方式；

—支持多条生产线相同任务同时生产；

—报警、生产信息可通过APP发送给相关负责人；

—具有严格的防止误操作设置；

—自动计算料秤流量，可自动启动震机，破拱架空等；

6.4生产计划管理

配料生产依赖于生产计划，就是有了生产计划，才可以进行生产，这样保证系统可以进行相应的统计查询，登录用户需要具有“生产任务单”权限才可对生产计划进行增加、删除、拷贝、修改等操作，选择相应的生产计划。为了提高生产速度，把待生产的任务编辑成任务队列。这样可以在前次生产结束后，直接进入下一任务的生产，节省中间编辑任务，选择配方时间。

6.5生产状态监控

启动生产后，系统将以图形方式显示当前设备的运行情况，物料在各岗位（排单、投料、待挤、挤出、压片、磨粉、报检、终检、入库、出库等）状态，可以同步到移动终端上显示和查询；这样使用户一目了然的了解生产工况。

对发生问题的报警可采用配置方式完成。报警方式有多重形式表现，包括存储，声音，弹出提示，打印等方式，并保存报警日志。并且可通过图形按钮来执行某功能，如修改密码，也可以进行画面切换或运行指定的程序等，如在自动生产过程中的手动切换，对某些设备的状态点可以进行置位或复位功能。

6.6报表功能

系统已经集成很多用户生产的常规报表，并且报表格式可根据用户需要定制，自定义需要打印的配方用量批次计录表、生产成本分析表、产量统计报表、整台操作过程资料收集表、原料使用报表、产量统计报表、操作员报表、消耗统计日报表、月报表。

6.7跨平台访问功能

系统Web服务器架构系统软件，安装Windows平台，采集PLC及OPC服务器数据，任何PC和移动终端都可以访问该系统。系统可全面支持PC和手机平板实时访问全部项目信息，采用WEB和HTML5技术确保高质量访问体验。

现场设备异常发送告警到邮箱戒手机客户端，实时在手机端查看项目信息，确保生产作业安全。

系统还可充分共享于端的公共资源，用户无需购买上位机服务器及宽带，直接将设备数据采集并发送至库云服务器，支持数据在网页和手机端的可视化监控，支持报表趋势图告警等功能。

7.结语

在生产费用越来越高的今天，降低生产费用是降低劳动成本的一个重要方面，要达到这一目的方法是“人力最小化”，这是劳动观念的转变，时代的进步迫使市场必须随着时代的脚步发生由量到质的转变，智能粉末涂料设备生产流水线的设计成功投放市场，它的综合性能、先进特性兼备，市场应用前景广阔，展现的优点是；智能化控制系统优异、操作人员能够远程监测、修正错误、节省时间、降低成本。

智能粉末涂料生产流水线投产使用，也必将促进我国粉末涂料生产设备产品质量和国际竞争能力的提高，并推进我国粉末涂料行业的快速发展，对生产成本的有力管控也就显得更为重要和迫切。

来源：2016中国粉末涂料与涂装行业年会会刊