聚羧酸減水劑具有生產工藝簡單，生產過程對環境影響小，性能優異等優勢，目前在國家、省市各類重點工程建設中得到廣泛應用。復配生產因為工藝簡單，需要設備和場地不復雜，而在全國有非常多的廠家。但因為所需要的聚羧酸減水劑成品差異性要求而使得復配的具體配方不同。為了節約成本，往往多個品種的生產都使用同樣的管道和同樣的攪拌釜。這樣就要求工人的操作不能出錯，從而對生產過程的管理提出了較高的要求。尤其，對于一次要同時出多個品種的復配生產更是一種考驗。

  利用基于智能控制的自動化方案才能夠真正地解決這些問題。隨著自動控制的發展，人的智能在控制系統中起到了越來越多的作用。“傻瓜式”操作，與系統本身的高智能是一體的。讓操作者從復雜的思考和繁瑣的操作步驟中解放出來，是智能控制的宗旨。

  同時生產多個配方的復配系統需求分析

  某公司的一次復配生產，需要同時使用3個復配生產罐，十多種原料，生產1~3個品種的成品，分別存入1~3個儲罐。為了靈活使用設備，有一條主管道一端與連接原料分管道互相聯通，另一端有一條主管道與儲罐分管道相連。這樣就要求在生產某個品種時，不同品種的配方原料不能同時走主管道，不同品種的成品也不能同時走主管道。

  這個部分是原來工人最容易出錯的環節。由于需要工人手工去開閥門，開錯了，后果嚴重。同時需要工人關閥門，剛才開通的閥門料到底有沒有流完無法在閥門那里看見，需要工人來回巡看，不但工作繁重，時間長，而且忘記關閥門，后果更嚴重，可能會出廢品。

  為此，在智能控制中，將自動控制分管道上的閥門，使得原料從分管道上依次（不同品種添加原料）或者同時（同一品種配方要求添加的不同原料）流入主管道。原來由工人手工開關閥門的工作交由控制器來自動完成，生產過程中工人不需要插手。同時，在需要人工操作的地方加了警示燈，如果不操作，那么就一直警示閃耀，便于管理人員發現。

  原生產過程是：工藝人員填寫或打印和配方工藝單——工人根據配方工藝單現場開關閥門，人工加料——工人填寫工作日志。

  聚羧酸減水劑的多配方復配生產過程，采用復配智能自動化控制系統后的工作步驟將變為：工藝人員錄入配方\現場工人控制臺操作——數據庫自動記錄。

  工藝人員通過遠程事先進行工藝及配方的錄入，所錄入的配方將保存在數據庫中。現場工人根據要求調出所需要的配方，確認操作后“一鍵操作”就可以了。

  整個系統建立了企業局域網，網絡上連接了生產管理計算機、現場操作計算機和交換機。從而使得智能生產全過程可以被監控和追溯。

  系統的構架設計

  應用服務層，主要完成生產過程管理，產生報表和打印。交換機用于組成一個小型的局域網，生產管理計算機可以通過局域網連接車間級數據庫服務器，實現遠程跟蹤監控和管理生產實際狀況，并且可以查詢所有用戶操作和打印結果。

  控制邏輯層主要由車間級數據庫服務器和顯示器組成。車間級數據庫服務器中運行SQLServer數據庫，用于將匯總的實時生產數據和狀態進行存儲。服務器中還運行工業現場控制軟件。該軟件提供用戶操作界面，并且通過顯示器實時顯示，方便工作人員進行監測。同時還可以下傳控制指令，完成對生產設備的自動化控制。通訊層建立在現有的RS485通訊網和工業以太網基礎上，通過各種接入設備與RS485通訊網和工業以太網相連，將采集信息上傳到互聯網上。

  設備控制層主要是由底層設備及網關組成的。底層設備包括各種類型的數據采集模塊和嵌入式控制器。一般一個嵌入式控制器與一個反應釜上的自然控制單元相對應，可以完成一條生產線的生產過程控制。這樣的設計思路使得多條生產線可以并行工作，也使隨意擴展生產線成為可能。這些底層設備之間可以通過自組織的無線網絡（例如Zigbee網絡），也可以通過有線的現場總線網絡（例如485工業現場總線網絡）相互連接在一起。網關將底層設備采集的各種數據和信息匯聚起來通過通訊層上傳到控制邏輯層，進行數據的存儲和處理等，也可以將用戶發送的控制指令或信息下發到底層設備，從而完成底層設備的自動化控制或設置等功能。

  系統組成部分

  整個系統由中央控制臺，控制器和數據服務器構成。

  中央控制臺。中央控制臺是運行了特定控制軟件的工業控制計算機，是控制系統的操作入口，提供了友好的操作界面，它擺脫了PLC組態軟件機械化的操作印象，直觀地將設備表現在屏幕上。用戶通過操作控制界面上的圖形化設備，控制生產線的運行、查詢系統的運行信息。從界面元素上看，控制界面中圖形化設備的布局與生產現場有著一一對應的關系，配合以清晰的語音提示，用戶可以很快適應系統操作。

  中央控制臺提供了直接操作和方案式生產兩種工作方式。工人的直接操作是在沒生產過程存在不確定性因素的情況下，由人工根據生產條件操作界面中圖表化設備，達到對生產過程控制；生產方案配置是在確定性生產過程中，根據生產工藝，把生產中所有的操作有序的羅列出來，生產的自動生產步驟，生產方案一次性啟動，可以實現無人執守的全自動生產。

  控制器。控制器是控制系統中一個重要的執行設備，它是整個系統的直接執行機構。控制器是基于微處理器構建成的針對聚羧酸減水劑的專用控制器?？刂破髟陔娖鲄瞪?，可以與現場的工作設備匹配。控制器具有系統通訊、傳感器通訊、開關量讀入、開關量控制、模擬量控制的基本功能，具有物料定量、滴加定速、生產定溫的特定功能。

  1）控制器完成物料定量功能。功能系統中表現為大定量加入復配定量混合、成品定量灌裝等具體應用，精確定量是提高產品品質的基本保證。

  2）控制器完成智能邏輯實現。前面提到的分管道和主管道的閥門控制，從而保證物料不能混合邏輯都是通過這個控制器來控制完成的。

  數據服務器。數據服務器是運行著數據庫及數據管理軟件的計算機系統。數據服務是在基礎控制系統之上一次數據服務擴展，數據庫存儲了操作日志和生產數據，數據管理軟件完成對生操操作查詢、生產方案錄入、生產數據分析，數據分析包括繪制電流曲線等重要數據。原始數據和基于數據的分析，為生產管理優化、生產方案優化、財務管理優化，提供了有效數據支持，也是現代化管理在傳統生產中的具體表現。

  系統運行結果

  聚羧酸減水劑多配方復配自動化控制系統在設計和開發完成后，在惠州某工廠的實際生產線上投入使用。目前，系統運行安全、穩定，大部分功能已經實現，達到了預期的效果。

  在系統正式投入使用后，對系統的工業現場控制軟件、生產線管理軟件和嵌入式控制器進行了長時間的測試。使得復配自動化可以完成多個復配生產罐，十多種原料，可以同時全自動進行不同的配方生產，提高生產效率；實現了生產工藝遠程預先輸入一次，生產時可以根據需要的產量自動計算原料配比并自動進行生產。

  自動化生產系統基于智能控制，可以進行全自動化生產。在全自動生產過程全程可以監控，能直觀的掌握生產進度；在全自動生產過程中可以隨時暫停和繼續，能方便的處理現場情況。廢水利用，自動選擇使用回收廢水和原水，節約生產成本。聚羧酸減水劑自動化控制系統投入運行后，提高了聚羧酸減水劑的產品質量，提高了工藝生產的自動化程度，大大減輕了操作人員的勞動強度，提高了企業的競爭力。

  本研究通過對聚羧酸減水劑多配方復配生產過程的分析，并結合某項目實際應用需要，詳細設計了基于智能控制的聚羧酸減水劑復配自動化控制系統。實現了對聚羧酸減水劑復配生產過程的自動化控制，狀態跟蹤和監測，以及實時反饋至生產管理計算機以進行綜合管理。

  系統與聚羧酸減水劑合成自動化生產線可以同時或者分別運行，體現了系統的模塊化，搭積木的設計方式。該系統的成功開發設計為提高生產效率，增加智能控制成分，減低人工操作風險，在化工行業的推廣打下了基礎，做出了積極探索。