国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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Bindu.K.P1, Jayasree.N.R2Sreenivasan。E3.
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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人类的生活必需品日益增加，而工厂的资源正在耗尽。为了满足这些需求，工业必须提高其生产的质量和数量。可编程逻辑控制器(plc)已被用于工业和工厂环境的标准控制数十年。多年来，plc已经成为计算高效和强大的平台，其应用程序超越了标准控制和工厂自动化。本文介绍了在PLC的帮助下实现硬纸板工业自动化的设计。本文重点介绍了一种基于SCADA (Supervisory control and data acquisition)的创新智能过程监控系统。
关键字 |
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| 自动化，硬板生产，PLC, SCADA，热压机 | ||||||
介绍 |
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| 硬纸板常被称为“美石”。在最真实的意义上，“hardboard”就是硬纸板。它被制成各种厚度的薄片，但最常见的是1/8英寸到1/4英寸。它由木材制成，但密度更大。许多硬纸板产品放在水中会下沉或勉强漂浮。这对锯子来说太难了。除了这个简单的解释，硬纸板是一种非常复杂的商品。一个工厂生产的硬纸板的平均特性往往与另一个工厂生产的硬纸板有很大的不同。 | ||||||
| 硬纸板制造[5]包括将木材分解成基本纤维，然后将木材与纤维重新组合在一起，形成具有自己一套独立和独特特征的硬面板。木材的纤维化是通过各种方法来完成的，但基本上都是由蒸汽碎片来软化它们，然后在磨盘之间进行研磨，将纤维撕裂。绿色的木头大约有50%是水。在硬纸板制造完成之前，必须将这些水以及在加工过程中添加的任何水除去。除去水的方法和时间是区分各种硬纸板制造工艺的关键。 | ||||||
| 湿法生产包括在纤维化过程中加水，以制成可泵送的木纤维浆料。浆液被输送到筛管中，在筛管中，水从纤维中排出，留下柔软的糊状垫。更多的水通过真空和压卷除去。湿垫子现在能够支撑自己，被切割成一定长度，放在另一个屏幕上，屏幕将它送入热压机。这些热压机通常有20个或更多的“甲板”或开口。他们能够在湿垫子上施加数千吨的压力，同时将其加热到35OºCor以上。 | ||||||
| 当压力机满载时，关闭并迅速达到高压，一股水流通过承载屏从压垫中挤出，并在压板边缘倾泻而下。几秒钟后，留在垫子上的水被加热成蒸汽。降低压力并保持几分钟，同时其余的水被蒸发，板被减少到所需的厚度，并完成化学反应，以重建木质素键。压力机卸下，屏幕剥离，我们有S1S(一面光滑)硬纸板，或传统的“梅森耐”:表面光滑，背面有屏幕图案。额外的操作是必要的，以使其实际可用，但“制作硬纸板”的过程在这一点上已经完成。 | ||||||
| 本文介绍了利用可编程控制器[7]和Scada系统对硬纸板生产中不同工序进行监控的设计与实现。 | ||||||
可编程逻辑控制器 |
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| 在制造和物流系统中，快速重构、易于集成和热备份冗余是最基本的设计要求。为了实现这些功能，异构自动化硬件和软件的组合是必要的。然而，这种异构系统日益增加的复杂性对实现可重构性、互操作性和可靠性提出了新的挑战。目前业界普遍采用的解决方案是与可编程逻辑控制器相关联的，用于解决低级控制领域的这些要求。本文主要介绍Allen-Bradley ControlLogix品牌plc，由于其高性能和广泛应用于工业[8]。在这里，只设计了以下标题下的部分工艺流程。 | ||||||
自动化过程 |
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A.湿式成型机控制系统 |
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| 该系统包括一系列步骤，有助于从纤维木材中去除水分。为此，纤维木材通过以下单元，可分类如下。 | ||||||
1)整流辊。 |
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| 整流辊是一个表面有大孔的空不锈钢圆筒。整流辊以受控速率旋转，低于一个充气头箱的水线。整流辊的作用是平衡头箱内纤维的流出和防止沉淀。旋转速度可以优化，以最大限度地减少与整流辊孔相关的盘管(重量的周期性md变化)和絮凝体等缺陷。程序[1]如图1所示的梯形图 | ||||||
2)辊筛 |
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| 来自整流辊的浆液通过辊筛传递到输送机。60%到70%的水通过两台真空风扇排出。所需的厚度可以通过辊筛内的辊压机和平面压机来实现。WFM(湿式成型机)的筛分四种类型，即长筛、底筛、吸筛和顶筛。这些驱动采用涡流驱动。 | ||||||
3)平面压力机、辊压机 |
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| 平面压机是筛的一部分，从这里湿搭接的含水量降低到8%。平面压力机的底部有一个固定的长筛子，上面有一个可移动的筛子。所需的压力施加在上部筛上。这个压力是由液压泵获得的。同样地，在平面压紧后，还设置了滚轮压紧机，以将湿搭接的含水量立即降低到4%。在辊压机上，底部有固定辊，顶部有液压操作的活动辊[6]。 | ||||||
B.输送机控制系统 |
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| 输送机控制系统，当按下开始按钮时，整个操作自动开始。输送机在各自的机器前结束其旅程，进行相应的输出。在系统的关键区域使用了几个传感器，它们通知操作员整个系统运行正常或任何设备发生故障。几个压力传感器采用节能技术，避免不必要的运行过程[2]。 | ||||||
C.热压控制系统 |
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| 多台板热压机通常用于常规硬板和树脂粘结刨花板的垫料压缩和树脂固化。这些都配备了自动装料机和卸料机，以减少劳动力成本，并保持到最低的时间，压力机是无效的。热压机通常是4 × 8或4 × 16英尺的尺寸。每台压力机最大开孔数为20个。压力机的耐压能力取决于所需板材的密度和所采用的压制周期。在刨花板中压制和固化树脂的压板压力取决于所需的密度和所用的颗粒类型。 | ||||||
| 热压机一次最多可压20块板。热压工艺分为三个阶段。第一个阶段是挤压阶段，施加250kg/cm2的压力，持续约40秒。下一个阶段是干燥，施加70kg/cm2的压力，持续4分钟。最后一个阶段是砑光阶段。在此，施加的压力为250kg/cm2，持续50秒。在压制任何类型的硬纸板后，都可以进行回火，使其具有更坚硬，更易于绘画的表面，更大的强度和更强的抗液态水性能。这一过程如图2所示。 | ||||||
监控系统 |
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| 工业自动化系统需要一种自动控制所有连续过程的方法。此外，它们还需要监控过程和远程控制。因此，他们使用SCADA, SCADA使用PLC来实现这种需求。介绍了热压机监控系统的设计与实现。在软件方面是SCADA系统在wonderware环境下提供的现场温度监测和控制。应用程序(SCADA)与硬件结构(PLC)之间的通信采用rs232[4]实现。 | ||||||
| SCADA[3]是一个缩写，代表监督控制和数据采集。SCADA是指从工厂、工厂或其他远程地点的各种传感器收集数据，然后将这些数据发送到中央计算机，然后由中央计算机管理和控制数据的系统。一个工作的SCADA系统有很多部分。SCADA系统通常包括信号硬件(输入和输出)、控制器、网络、用户界面(HMI)、通信设备和软件。总之，SCADA一词指的是整个中央系统。中央系统通常监控来自各种传感器的数据，这些传感器要么在附近，要么不在现场(有时在几英里外)。PLC通过串行接口与控制计算机连接。 | ||||||
A)热压图像 |
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| 图3为硬板生产过程中热压机控制的图像。这些图像由显示热压的位图组成。在编辑字段中，我们可以看到正在运行的当前进程。此外，每一步所需的时间也会显示出来。用户可以通过屏幕上的两个状态按钮来开启按压。接通热压机后，板料通过输送机移动，这是输送机控制系统的输出。每块板被一个接一个地装入压机单元的抛光板中。20块板装入后，压机单元关闭门。 | ||||||
| 下一个压缩阀打开，阀门上的绿色指示。压缩动作持续40秒。压缩阀上的红色指示灯表示这段时间结束。这一步之后是自动干燥过程，重复前面的步骤。但在这一阶段，持续时间和施加的压力是不同的。最后的压制是在日历阶段以同样的方式完成。改变颜色是为了方便光学识别主动或不主动热压阶段。自动控制必须输入的基本参数是每个周期所需的压力和时间。 | ||||||
结论 |
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| 计算机对于商业是必不可少的，就像PLC对于工业世界一样。整个逻辑在MICROLOGIX软件中开发，并在Allen Bradley PLC中进行验证。典型应用程序的梯形逻辑程序通常会导致复杂的软件，在配置期间难以管理，特别是在维护期间。难点在于实时控制软件的一个典型问题，梯形逻辑加剧了这个问题:PLC软件的各个组件是异步的，导致不可预测的交互。这使得软件的初始配置(即调试)极其困难和劳动密集型，但也使重新配置具有风险。然而，该系统创建了一个快速、实时的决策环境。此外，在行业中使用SCADA不仅可以最大限度地降低与显示和记录仪器相关的成本，而且还可以实现更好的质量和更高的生产率。该工艺可适应生产能力或安全要求的任何变化。总之，一体化的自动化工艺生产出了一个可靠质量的硬纸板生产行业 | ||||||
鸣谢 |
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| 作者要感谢董事总经理和工作人员，西印度胶合板有限公司，瓦拉帕塔南，坎努尔，喀拉拉邦为这项工作提供必要的设施和帮助。我们还要感谢喀拉拉邦机械工程学院电气与电子工程系的系主任和员工，他们在我们的工作过程中一直给予我们帮助。我们也感谢全能的上帝在这一努力中所得到的所有祝福。 | ||||||
数字一览 |
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参考文献 |
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