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期刊专利论文

聚氨酯胶水生产装置远程监控与实时控制系统研究

来源:聚氨酯科学前沿2024年09月07日

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                            魏 誉

(江西旭锐材料科技有限公司,江西九江 330321)

 

                    来源:化学工程‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

              2024年4月第50卷第4期

摘要‍‍‍

开发一种聚氨酯胶水生产装置控制系统采用先进的化工生产和控制技术对流体输送搅拌速度泵阀开关温度和 pH 调节以及时间控制等关键环节进行全面的技术升级利用自动化智能化的生产方式减少人为误差进一步降低使用能耗优化生产指标更好地满足市场需求向整车间整厂集中控制的方向发展结果表明基于物联网技术的聚氨酯胶水生产装置控制系统在生产效率能耗降低和产品质量提升方面均取得了显著成果能够进一步推动企业的数字化转型和智能化升级

关键词

物联网技术 聚氨酯胶水 生产 控制系统

 

前言‍‍

聚氨酯胶作为一种常用胶,由于其良好的耐高温、耐久性,在建筑、汽车、航天、电子、家具等行业得到了广泛应用 [1]。物联网技术的应用可以实现生产过程的自动化和智能化。将各个生产装置、设备和仪表与网络连接起来,对生产过程中的各种参数进行监控和分析,发现潜在问题和改进空间。当出现故障或异常情况时,物联网技术可以及时发送报警信息给相关人员,减少安全事故对企业的影响。因此,针对聚氨酯胶水生产装置的技术研究尤为重要。

1 系统工程工作简介
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1.1 生产过程概述

系统主要采用计算机程序,将去离子水、反应单体、催化剂、助剂等化学原料按照预设比例进行精确计量和配料,随后将配料输入到反应釜中 [2]。此时,搅拌机自动启动,开始对釜内物质进行搅拌。加热装置会逐渐将釜内物质加热至预设温度。当达到预定温度时,引发剂将自动加入,使得混合均匀的物质在引发剂的作用下开始聚合反应。这一过程将使得混合物在预定温度下发生聚合反应,并产生最终的产品。

 

在原材料反应过程中,系统控制装置会自动调节反应釜的温度,确保其始终保持在正常加热温度范围内。经过~ 5 h 的反应后,链端子将会被自动加入。随后,原材料将被输送至乳化池,并经过压缩空气装置进行处理,处理完毕的原材料将被送入储罐进行贮存。最后,物料将对其进行包装。生产工艺流程图如1所示。

在聚氨酯胶水的生产过程中,需要严格控制胶水的反应温度。聚氨酯胶水生产过程可参考表1

 

1.2 控制系统的工作过程

将原料加到聚合槽中,在聚合槽中对混合物进行加热,使其达到某一温度(60 ~ 80 ℃),从而引发聚合反应。温度的控制对产品的质量有很大的影响 [3]。控制系统将炉膛温度作为受控参数,把主要干扰因素纳入副调回路设计的考量范围中,从而减弱干扰因素的影响。在正常反应时,釜内的温度误差控制在 -0.2 ~ 0.2 ℃,其控制方案如图2所示。

2 控制系统的实现设计
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2.1 系统的网络结构及功能
本系统采用了浙江大学自主研发的 JX-300X 布式控制系统,这是一款基于先进控制理论和现代通信技术的高度集成化、智能化的控制系统。信息管理网位于网络的最上层,使用 TCP/IP 协议,利用以太网络架构将各类计算机管理技术与网桥相互连接,实现设备级别信息的传输和管理 [4]。中层的工艺控制网则采用双高速冗余的工业以太网 SCnet Ⅱ,以实现对设备级的实时传输。下层网络控制站的局域网(SBUS负责连接和管理分布式控制系统中的各个控制节点。SBUS 采用了高速、高可靠性的通信协议,确保了数据在各个节点之间实时、准确地传输。
 
2.2 控制系统设计

该系统由1个工控站,1个操作站,2个控制站组成,采用流控网 SCnet 连接,并利用网络集线器(HUB构造了一个双冗余的工业以太网,采用了确定性的通信机制,保证了数据在规定的时间内到达目标系统,避免了数据传输的延迟和抖动。选择了 Dell 作为工控台和操作台 [5]。该系统主要由互备的双主控卡、具备冗余功能的数据传输卡、多个输入输出模块以及标准化设计的机笼组件所构成。这种配置确保了系统的高可靠性和稳定性,使得数据在传输和处理过程中更加安全和高效。同时,标准化设计的机笼组件也为系统的扩展和维护提供了便利。系统网络结构图如图3所示。

 
2.3 系统软件

①此系统是采用 AdvanTrol-Pro 软件包开发的,主要的程序操作复刻了 Windows 2000操作系统,常见的操作包括文件管理、应用程序运行、设备驱动程序管理、网络连接等。由于该系统是基于 AdvanTrolPro 软件包开发的,所以在功能特性上还实现了系统配置、控制逻辑、数据采集和处理等方面的功能。其开放性能很好,组态结构清晰,界面操作方便,流程图功能强大,控制算法组态采用国际标准 [6]

 
式(1)中,y(t) 为输出信号;e(t) 为误差信号;K为比例系数 ;K为积分系数 ;K为微分系数。公式广泛应用于工业控制系统中,用于实现对过程的精确控制。操作站数据更新周期为1 s,动态参数刷新周期为1 s,流程图完整显示时间≤2 s,其余屏幕≤1 s
 
②从回路控制的角度看,本产品在输入端的 PID回路设计上表现出了稳定性,能够确保在多种工况下维持相对恒定的控制品质。而国产控制系统在传统控制方式下的 PID 环路同样展现了出色的稳定性。
 
2.4 工艺参数的检测和控制
1)过程参数的检查。该系统采用电缆作为传感装置,能够实时监测反应釜的温度、循环油温度、流量以及液面高度,同时还能接收电机的反馈信号。微型计算机可以连续记录温度和压力的变化,并以可视的方式展示在屏幕上 [7]。在系统运行过程中,当某些参数达到预设的上限或下限时,或者当开关量点发生故障时,系统会触发报警并发送警报信号到远程监控设备。
 
2)釜阀门的控制。定期对釜阀门进行检查和维护,包括清洗、润滑、更换密封件等,以保证其正常运转和延长使用寿命。图形程序设计允许用户根据需求启动、停止和报警水泵和阀门。起 停互锁按钮便于在非正常状态下启动设备。

 

3)系统调整。以积分时间、微分时间和控制周期作为参数,采用串级回路,将两个控制器连接在一起,将副控制器的输出信息传递给受控对象,经过上述流程,实现对泥浆泵转速的控制,并可调整反应釜温度。

 

 

 
结论
 
该系统的成功应用将进一步推动企业的数字化转型和智能化升级,为化工行业的可持续发展注入新的动力。经过一年多的使用,聚氨酯生产线的生产效率提高了60%,产品密度、硬度和抗拉强度分别提升了1.67%6.67%25%,断裂伸长率和产品合格率也有显著提升,分别为16.67% 4.74%,产品的各项技术指标均达到甚至超过了用户的期望标准。其技术性能已经达到甚至接近国际领先水平,并在实际应用中取得了显著成就。生产力的显著增长,使公司的经济利益得到了提高。

 

 

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《化学工程2024年4月第50卷第4期 END

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