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UW500集散控制系統在農藥制劑過程中的應用

行業方案

一、控制系統架構

系統包括三個控制站(ST01,ST02,ST03),單控制站規模,模拟量512點或者數字量1024點。控制站ST01包括5條乳油配置生産線、2條水\微乳配置生産線和1條微膠囊配置生産線的所有控制點。控制站ST02包括3條懸浮劑配置生産線。并且預留了2條懸浮劑配置生産線的擴展能力。控制站ST03包括4條粉劑配置生産線和1條顆粒劑配置生産線。并且預留了1條顆粒劑配置生産線的擴展能力。

圖1DCS系統結構圖

系統采用全冗餘設計(電源冗餘、網絡冗餘、控制冗餘、IO冗餘、操作冗餘),控制站采用最新的高性能CPU,實時數據存儲器、冗餘SNet驅動單元和冗餘CNet驅動單元等功能模塊組成,強大的數據運算處理能力和标準工業級硬件品質,确保能夠在工業現場高速穩定的實現各類複雜的控制策略。模拟量采用單點卡,支持模塊的點點隔離、點點配電、點點在線更換。不僅可靠性高,維護也及其方便。另外還配置Modbus通訊模件,負責和全廠其它第三方設備實現無縫連接。

 

二、配方操作站

配方操作站提供配方的管理、生産任務的管理、批次報表等功能。

2.1配方的管理

配方管理頁面可以看到乳油、水\微乳、微膠囊、懸浮劑、粉劑、顆粒劑所有生産線生産的産品配方信息,可以新建、修改、删除某種産品的配方。産品的配方信息包括産品類型(乳油、微膠囊等)、生産産品需要經過的設備單元(油相釜、水相釜等)、設備單元的生産過程參數(溫度、時間、重量等)等信息。

新建配方時選擇産品類型,系統自動調出産品類型的配方模闆。配方模闆可以預先組态好也可以由用戶工藝工程師去維護。

以微膠囊産品A為例,産品A的配方信息如下:

微膠囊配方

設備單元

生産過程參數

産品A

油相釜

二甲苯加入量(公斤)

5

成囊劑加入量(公斤)

 

乳化劑加入量(公斤)

2

助劑加入量(公斤)

1

料倉粉體加入量(公斤)

60

升溫溫度(℃)

40

油相釜溫度到後攪拌時間(分鐘)

30

水相釜

軟水加入量(公斤)

30

膠體保護劑加入量(公斤)

5

乳化劑加入量(公斤)

 

升溫溫度(℃)

60

均質攪拌時間(分鐘)

45

保溫釜

保溫釜升溫溫度(℃)

60

保溫釜升溫後保溫時間(分鐘)

240

穩定劑加入量(公斤)

6

穩定劑加入後攪拌保溫時間(分鐘)

50

黃原膠溶液加入量(公斤)

10

PH調節劑加入量(公斤)

 

防凍劑加入量(公斤)

3

降溫溫度(℃)

30

成品槽


 

 

如果産品A在油相釜中不需要加入成囊劑,隻要不填“成囊劑加入量”或者把這項删除。

鑒于配方機密的考慮,隻有有配方管理權限的工藝工程師才能做配方的管理功能(權限可配置)。

 

2.2生産任務的管理

在配方操作站新建生産任務,選擇産品配方、計劃生産成品量以及計劃執行時間,系統會産生一條生産任務計劃。創建任務時系統可以根據預設定的信息計算出所需的包材。

 

點擊明細可以查看生産配方裡各種原料的配比量,具有配方管理權限的工藝工程師還可以看到生産配方的生産過程參數。創建好的生産任務可以修改、删除。

在計劃執行時間前30分鐘(可配置)系統會提示有生産計劃需要被執行,生産管理人員可以檢查生産準備情況。生産管理人員确認後,生産任務改變狀态為“等待執行”。

 

生産操作人員可以點擊【開始】按鈕,開始生産任務的執行。任務執行後系統會自動生成産品批次号(批次号生成規律可配置),一個生産任務可以包含多個生産批次。此時,生産任務狀态: 

生産批次狀态:

 

也可以在任務下面人工創建批次,批次号系統自動生成。

批次執行過程中,控制站裡組态好的順序控制邏輯會一步步執行,提示操作工按照操作規程一步步操作。例如微膠囊産品A的控制邏輯如下:

每一步邏輯可以包括控制子邏輯。備料子邏輯如下:

油相釜子邏輯如下:

油相釜子邏輯裡面的每步邏輯可以分解成更細的子邏輯。

控制邏輯裡面的生産過程參數變量來自配方信息,如果配方信息裡缺少某項生産過程參數,系統會跳過這個邏輯往下執行。

生産任務執行完成後,查看生産任務如下圖:

 

質量部門可以把對每批次産品以及生産過程中的化驗數據結果錄入系統。選擇任務或者批次,可以查看任務或批次的事件日志、操作記錄、報警記錄和産品品質數據。

生産管理人員可以選擇搜索條件過濾生産任務,找出符合搜索條件的生産任務,打印生産任務報表,如生産任務日報、周報、月報、年報等,任務包括的批次信息也可以打印出來。生産管理人員可以搜索出指定的産品批次,查找追索批次的生産過程信息。

 

2.3批次報表

可以定制符合客戶工藝要求的批次報表。

 

 

系統還可以定制各種生産管理報表。如某種産品的日報、周報、月報、季報、年報等;某種原材料消耗的日報、周報、月報、季報、年報等;水電消耗的日報、周報、月報、季報、年報等。


 

三、UW500 DCS平台上批處理控制邏輯的實施

 

3.1 單元設備建模

主要設備在UW500 DCS平台上有與之對應的控制模型。例如R-2101油相釜設備單元圖紙如下:

 

Figure 9油相釜設備單元

在UW500 DCS平台上,會建立一個之對應的控制模型,這個模型裡包括單元設備内的控制邏輯,比如泵的起停、閥的開關、壓力控制回路、溫度控制回路以及連鎖邏輯等。另外這個模型還有自己的事件方法,比如二甲苯進料、隔膜泵進料、料倉投料、油相釜升溫、攪拌、排料等。

微膠囊生産線單元設備模型

單元設備

基礎邏輯

事件方法

R-2103配置釜

開關閥邏輯

進水(W)

起停攪拌邏輯

投料(W)

稱重

調溫(T)


排料(W)

R-2101油相釜

開關閥邏輯

二甲苯進料(W)

起停攪拌邏輯

隔膜泵進料(W)

起停泵邏輯

料倉投料(W)

壓力控制回路

調溫(T)

溫度控制回路

攪拌(t)

稱重

排料(W)

R-2102水相釜

開關閥邏輯

軟水進水(W)

起停攪拌邏輯

隔膜泵進料(W)

起停泵邏輯

水相釜進料(W)

均質機控制邏輯

調溫(T)

溫度控制回路

攪拌(t)

稱重

均質(t)


排料(W)

R-2104A 1#保溫釜

開關閥邏輯

水相釜進料(W)

起停攪拌邏輯

隔膜泵進料(W)

起停泵邏輯

配膠釜進料(W)

溫度控制回路

調溫(T)

稱重

攪拌(t)


排料(W)

R-2104B 2#保溫釜

開關閥邏輯

水相釜進料(W)

起停攪拌邏輯

隔膜泵進料(W)

起停泵邏輯

配膠釜進料(W)

溫度控制回路

調溫(T)

稱重

攪拌(t)


排料(W)

V-2101A 1#成品槽

開關閥邏輯

進料(W)

起停泵邏輯

排料(W)

稱重


V-2101B 2#成品槽

開關閥邏輯

進料(W)

起停泵邏輯

排料(W)

稱重


 

3.2 生産線的控制流程

某批次産品的生産會從某源設備單元經過一系列設備單元到最後包裝出成品的設備單元。因為這些設備單元在UW500 DCS系統裡都有了控制模型,所以隻要把生産産品經過的設備單元連接起來,生産這個批次産品的生産線控制模型就建立起來了。再輔以生産配方的參數,UW500 DCS就會自動完成一連串的設備單元控制,産品生産的整個環節就都在控制系統的幫助下有條不紊的進行。以微膠囊生産線為例,有四種生産線控制流程:

Figure 10微膠囊生産線控制流程一

 

Figure 11微膠囊生産線控制流程二

 

Figure 12微膠囊生産線控制流程三

 

Figure 13微膠囊生産線控制流程四

 

 

四、工程截圖

 

 

 

 

 

 

 

 

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