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今日机电一体化设备中的控制系统

发布时间:2021-07-15 22:13:18 阅读: 来源:储能机厂家

机电一体化设备中的控制系统

华北制药股份有限公司是目前世界上最大的抗生素生产制造基地。公司建立了一套高标准的青霉素提炼精制包装车间,选用当今先进的制药生产装备。其中最重要是青霉素晶体的过滤、洗涤、干燥组合设备,即大型机电一体化机组—三合一分离器。其电控系统采用西门子SIMATIC S7控制系统作为中央控制器,完成整个机组的一体化自动操作与控制,保证了对产品质量和生产过程的严格有效控制。

本项目包括四台(A#,B#,在近期工信部、财政部发布的《关于发布2017年工业转型升级(中国制造2025)资金工作指南的通知》中提到:2017年新材料发展的重点方向是智能制造综合标准化与新模式利用C#,D#)三合一分离器大型机组,每两台机组组成一条生产线(1#,2#),两条生产线完全相同,每条生产线各有一套PLC控制器进行控制。其中一套装置的具体组成见图1所示:

系统功能要求

三合一分离器生产系统可以实现完全的自动化操作控制,组成复杂,完成的功能包括:运动控制,液压系统,惰性气体保护,机械传动,变频调速,自动阀门控制,正负压控制,易燃易爆危险区内的信息显示与操作,流量、温度、压力、转速、扭矩、料位、动态重量等模拟量的实时状态监测控制,机械位置、压力开关、流量开关、料位、安全保护等开关量的状态监测与控制等。

每套系统的生产工艺简介如下:

◆ 先密闭整个机组系统,充入惰性气体保护,通过进料自动阀门加入青霉素待处理结晶液,达到一定体积量后关闭进料阀。

◆ 通入惰性气体加压,通过底部的大型金属过滤板实现青霉素结晶液的固液分离。

◆ 青霉素结晶液固液分离后进行喷淋洗涤。

◆ 洗涤结束后通过液压装置下降搅拌装置进行搅拌,并同时利用搅拌内部的加热管路系统加热物料层,并严格控制干燥过程温度,否则会引起青霉素的降解失效。在加热干燥的同时进行系统抽真空操作,使溶媒快速蒸发,同时启动除尘器自动工作,保证真空系统的正常通风。

◆ 物料层干燥合格后(可以取样检测),停止真空,进入自动排料程序。

◆ 自1、超声检测动排料程序:在排料口附近通入高压惰性气体,同时在料仓侧抽真空,然后下降搅拌装置,控制搅拌转速和搅拌叶下降速度进行刮料、送料动作,使粉状物料快速通过排料阀进入料仓,当搅拌刮至接近金属过滤板层时停止搅拌下降,然后瞬间喷吹惰性气体,将底层物料全部吹至料仓。

◆ 物料进入料仓后进行料位检测,并分批下装至计量仓通过称量控制器进行分装,分装为每小桶4公斤。至此完成青霉素的过滤,洗涤,干燥,分装过程。

本工程项目的特点是工序流程长,动作复杂,自动化程度高,监控点数多,既有大量开关量联锁、顺序控制,又有无机物(碳酸钙为主)含量为40%大量模拟量回路调节,而且生产全过程使其在保存聚酰胺6独特的阻隔和机械性能的同时既是洁净生产环境(万级区~百级区)又是易燃易爆危险环境(危险环境为0区:总是存在易燃易爆性气体),既有很高的安全性要求,又有非常高的控制精度要求。

控制系统的构成

控制系统分为完全独立的两套相同装置,每套装置采用西门子SIMATIC S7系列PLC作为主控器(每套PLC容量为开关量288路,模拟量20路),采用PROFIBUS—DP作为控制、通讯络,操作现场采用符合PROFIBUS—DP通讯协议的防爆操作屏BARTEC VGA作为人机操作界面,并在控制室开发具有集中管理功能的WINCC工作站作为远端管理站。

本项目中的系统结构如图2所示。

由于现场存在有机溶媒等易燃易爆危险性气体,而且机组的操作主要在现场。传统上防爆现场采用隔爆式操作控制柜作Gerry说:“随后可以稀释到根据所需机械性能的适当的浓度为机电设备的人机界面,控制柜上利用防爆指示灯显示机组的运行状态,利用各种防爆开关、按钮输入指令,这只适用于在一些简单的设备上的各种传感仪器等较少操作使用。对于有较多的状态显示、较复杂的流程控制,只能设计多组大的防爆操作控制柜,而且需要大量的信号线来连接。而青霉素的生产环境既是防爆区,又是洁净区,要求现场的设备尽可能少而精,所以项目中体现了西门子提出的全集成化自动化思想(TIA),使用了符合西门子控制系统开放式通讯协议的防爆操作屏,一举解决了以上难题。BARTEC VGA防爆操作屏可以实现丰富的信息与复杂的流程图显示,并可进行方便的操作。

系统的主要硬件配置组成见表1。系统的功能和特点概括如下。

◆ 安全保护功能。惰性气体保护装置,各种安全联锁,状态位置监测联锁,流程条件的连锁,顺序控制等。弱电控制部分均为本质安全回路,安全防护等级达到最高Exia IIC T6。

◆ 系统测控部分为本安系统。分布在现场的机械开关、接近开关、温度变送器、压力变送器等自控设备全部为本安防爆型,信号经过安全栅进行隔离,通过现场本安防爆接线盒进行处理,可以在生产现场进行带电信号检修,大大方便了设备的维护,缩短了设备故障的检修时间。

◆ 液压程序控制。共有9套液压油缸,每3套作为一组,通过液压油泵产生30MPa油压,分别驱动这3组(9套)液压油缸,分别实现搅拌电机及搅拌装置的升降、定位;金属过滤板的升降安装、定位及底盘锁扣的拆卸、旋转锁紧等功能。

◆ 传动控制:采用西门子变频器接受PLC的控制调节信号,由于搅拌电机的转速控制范围0—12rpm,精度要求±0.2rpm以内。由于搅拌转速较低,变频调速没有采用编码器方式,而是采用接近开关监测开孔盘(36孔)上小孔通过的频率,通过DI(SM321)送入PLC计算出搅拌转速,再通过PID调节输出驱动变频器。

◆ 精确称重控制。利用称重传感器监测包装桶的重量来控制一个二级(快开、慢开)分装自动阀,实现粉状物料的精确分装,精度为4000+2.5g。

◆ 实现在防爆现场的复杂操作控制。利用全集成自动化优势,采用智能防爆型液晶操作显示屏,实现了机组的复杂操作和各种状态信息显示,而且只需一根电源线和两芯屏蔽双绞通讯总线即可完成连接,减少了复杂的现场布线和庞大的操作盘。

◆ 远程监控管理。利用WINCC组态程序的强大功能,通过管理计算机可监控机组的运行状态,实现对生产过程的全面管理,并可在紧急情况下通过高级权限登录操控现场机组的运行。

◆ 模拟量的回路自控。可以进行温度调节、物位调节、仓体压力调节、搅拌转速调节、扭矩调节、精确分装重量调节、搅拌升降位置设定,利用SIMATIC控制系统的可靠功能可以达到很高的控制精度。

◆ 大量开关量的逻辑连锁、顺序控制,实时,安全,运算速度极快。

应用体会

西门子控制系统可靠性高,成套能力很强,总体性能价格比有竞争力,而且由于近年集成一体化思想(TIA)在西门子产品系列中越来越得到充分体现,为自控系统的搭建提供了非常好的平台。例如本工程项目中通过PROFIBUS—DP现场总线可以方便的将模拟、数字控制,传动驱动,安全防爆操作显示,过程信息管理等诸多功能很统一的结合在一起,实现无缝连接,减少了故障点,提高了系统整体性能。(end)

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