基于物聯網智能控制系統在新型墻材生產中的應用

王明生

（河南潤民自動化設備有限公司，河南 鄭州 450001）

1 生產工藝概述

矸石磚生產的原料是將煤矸石、頁巖經破碎、滾篩篩選分離，粗料經過返料輸送帶返回破碎機重新粉碎，細料進入細料倉進行存放。按預定配方將粉煤灰、頁巖石粉混合配料，混合料經過適當加水在陳化庫進行陳化。陳化后的混合物料經過陳化庫中箱式供料機由輸送帶送至雙軸攪拌進行充分攪拌均勻，再經輸送帶送至雙級真空擠出磚機擠出，經過切條機切坯后成型磚坯，磚坯進干燥室干燥，然后經隧道窯窯爐焙燒而成的一種新型節能墻體材料。

以12.5× 168m（兩烘兩燒）和12.5× 65(四烘兩燒)隧道雙窯的新型墻材企業生產線為例進行分析，物聯網智能控制系統在新型墻料生產中應用的必要性和可行性。以先進的計算機信息技術、5G 通訊以及先進工業控制技術為基礎，把諸多先進技術融合為一個綜合體，再為企業安全生產提供穩定的技術保障的同時，也提高企業生產效益。

2 新型墻材生產企業的基本現狀

墻體材料企業生產規?；潭容^低、規模小，生產工藝裝備落后、勞動生產力水平低下，具備先進的工藝技術、設備、規模大的新型墻體材料生產企業比例偏小，企業生產中自主創新能力不足。企業技術創新投入不大，人才匱乏，擁自主知識產權和核心競爭力也非常薄弱，與發展綠色建筑、超低能耗建筑、裝配式建筑的結合存在一定的差距。

2.1 自動化程度比低，每種設備均由現場工人手動操作，設備之間相互獨立，設備之間缺少必要邏輯上的關聯，也就缺乏必要的互聯，時常造成某一設備損壞時物料大量堆積，致使原來正常運行設備因損壞的設備造成相應損壞。

2.2 混合物料熱穩定性差，多種物料采用工人配料，由現場工人憑借自己多年的經驗進行配料，經常造成混合料熱值忽高忽低，加水量忽大忽小，混合物料含水率無法保證正常范圍內。也有部分配料站借用別的配料系統，例如，水泥生產線配料系統雖與矸石磚配料系統理論上差別不大，但在實際配料過程也會出現了諸多問題，急需能適應自身的配料精準計量控制系統。

2.3 工人勞動強度大，工作環境差，由于沒有相對比較完善的控制系統，仍需要工人在現場實地操作，現場噪音和粉塵嚴重損害了工人的健康，造成用工難，用工成本高的主要原因。

3 基物聯網智能控制系統應用主要組成

3.1 數據采集及傳輸

數據采集主要是將現場的電機狀態、各種稱體狀態、稱重傳感器、速度、智能儀表、水泵、輸送設備等相關設備信息，由現場檢測裝置通信息線傳輸至現場工作站控制柜，柜內設有各種對應信號模塊，用來接受不同類型的數據，數據經過柜內主控器進行運算后，實時反饋給現場執行機構進行控制。同時，現將處理過的信息經交換機和物聯網模塊接入信息數據集中控制中心，用于服務上位機或云端服務器。

數據采集傳輸過程是控制柜內完成，經對外部通信接口RS485 接入觸摸屏用于現場操作，經光電交換機和物聯網模塊將其采集的數據將統一傳至信息數據控制中心，并將采集數據進行加密打包后以通信方式將數據上傳至云服務器，工控機主要完現場設備集中管理和操作，通過手機APP 可以根據云端組態的管理權限來訪問相應數據及操作，詳見圖1。

圖1 數據采集及物聯控制圖

3.2 數據管理及分析

企業構建數據分析模型，根據存儲的歷史數據、歷史報警信息，對數據進行統計分析。操作人員可以通過系統查看到各種物料在各個日期區間運行歷史曲線的狀態和相關報警信息，如，設定數據與實際數據的偏差、曲線走趨、報警的原由等等。

數據中心將獲得數據信息分類存儲一定介質上，每天定時或實時向云服務器請求當天的數據，然后存入數據庫中。所有的企業生產資料最終都匯集成數據，保存在計算機系統的數據庫中，通過信息交互系統從后臺數據庫獲取所需數據，經中間層信息系統處理后得到想要的信息以幫助企業更好安排生產，合理控制生產成本。

隨著聯網系統的運行，每天將有大量的采集數據實時上傳至云服務器，由于云服務器存儲空間有限，擴展存儲成本高，因此只在云服務器存儲最近一段時間的歷史數據，大量歷史數據存儲在企業數據中心。這樣既改善了云服務器的運算性能，也保障了數據的安全性及長久性。

云服務器的數據管理由兩部分組成，一部分是歷史數據的轉發，系統可自動將超過時限的歷史數據打包轉發至數據管理中心，同時歷史數據被清除；另一部分是將需要控制執行的數據轉發至物理接口層，通過友好界面為用戶提供服務，并將指令下發至對應現場執行機構。

運用物聯網操控技術可以使現場設備實時操控系統多個終端（上位機端、現場端、手機端）中共享資源，合理分配資源，提高運行效率。

3.3 配料站智能自動化控制

3.3.1 控制方式

3.3.1.1 現場控制

本地和遠程選擇開關位于現場控制柜或控制箱內，轉到本地位置用于調試階段或檢修階段設備單機運行。

3.3.1.2 物聯集中控制和云端控制

本地和遠程選擇開關位于現場控制柜或控制箱內，轉到遠程位置后，用于遠程控制操作，除現場緊急機按鈕外，其余按鈕不能操控。現場檢測數據經信息線連接至現場控制柜，通過采集模塊經物聯網傳輸模塊將現場實時信息送到信息集中控制中心，工程師站和操作員站直接與信息集控中心相連。通過上位機操控界面可分別對不同工段進行操控，也可以根據不同用戶分配的不同權限在網絡進行云端操控。從而降低工人勞動強度，進一步實現配料站現場的無人值守。

3.3.2 精準配料及預加水系統

預加水自動化控制主要根據物料實時重量和物料濕度來完成的，合格的含水量是原料陳化前關鍵的一步，也是磚坯成型質量的好壞的關鍵。實現攪拌加水自動化，混合料加水穩定有利物料陳化，無需人工來操控加水量，見圖2。

圖2 自動配料跟蹤及預加水控制原理圖

3.4 窯爐焙燒工藝智能化控制

窯爐溫度主要采用計算機控制，主要有工控機、智能調節器、電磁閥、電動執行器和熱電偶等，并配置數據采集隔離模塊等器件，利用組態軟件進行編程開發組態，溫度由現場熱電偶來檢測，由電動執行器來調節風閥，工控機根據設定的燒成曲線進行控制。系統不僅能實現對窯爐溫度的自動控制。還能實現對窯爐各系統的綜合控制，自動記錄、打印及畫面語言提示；另外，還能根據燒成要求模擬并儲存多種燒成制度曲線，同時燒成曲線的參數可按需要隨時修改。窯內壓力可通變頻控制排煙風機、冷卻風機和熱風抽出風機來實現。窯內壓力信號和風機主管道的壓力信號由現場壓力變送器采集后，送至窯爐工作站，進行自動變頻調整風機轉速，控制精度高節省，見圖3。

圖3 窯爐風機變頻控制原理圖

根據窯爐溫度的自動控制要求，需將實時數據傳到PLC 控制中心，并通過以太網將采集到數據傳輸至企業數據中心，用于數據管理和分析，窯爐風機變頻系統部分PLC I/O 點配置表見圖4。

圖4 部分PLC I/O 點配置表

接入互聯網后，通過手機或遠程計算機均可進行燒窯及技術指導，現場只需一個巡檢工定時巡檢就可以，一個窯師可以通過互聯網控制全國各地的多個窯爐，優化資源，以最先進技術，最低的人員成本，最高效率來生產，這才是物聯網智能控制系統的應用結果。

3.5 卸裝車智能化

即磚出窯卸車及打包裝車運載都要實現自動化。窯爐出磚后直接輸至打包機進行打包包裝，成品打包后堆放整，進行編號，裝載機將打包好的產品，直接裝車運輸，同時將裝載數量，由裝載機的無線傳輸模塊傳至數據管理中心，實時了解成品庫存量和銷售量。

4 應用總結

經過在多個現場的實際應用和不斷技術改進，生產成本得到了大幅度的降低，生產效率和產品質量卻得到大幅度的提高。該系統的投入使新型墻材企業徹底拋棄了以往手工操控，每個設備相關獨立，不具邏輯上互鎖，也改變了以往按臺時分配比例的配料和加水系統，使生產工藝更加合理、人性化，也讓個人從粉塵、噪音等惡劣的勞動環境中解脫出來。物聯網智能控制系統將會得到廣泛應用，首先，解決了企業缺乏人力的狀況，節約了工資成本和管理成本，改變了傳統工人生產中產量低下、設備人為因素特別多的現象，信息管理技術參與管理生產，進一步提高了工藝生產的安全性和靈活性，實現了質的飛躍。其次，在生產過程中能及時發現出現設備故障的部位，讓維修人員迅速解決故障并能及時分析原因，減少了不必要的停機時間。最后，基于物聯網的智能控制一旦監測到故障，系統就會立即發出報警信號，同時準確記錄故障信息，確保工業自動化過程控制的安全性。