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★杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司

隨著技術(shù)的日新月異，各行各業(yè)都開(kāi)始強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新發(fā)展，并積極將現(xiàn)代科技和行業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行結(jié)合，以求能在新時(shí)代脫穎而出。在農(nóng)藥制劑生產(chǎn)領(lǐng)域，世界各國(guó)都開(kāi)始研制農(nóng)業(yè)制劑的智能綠色制造，目前農(nóng)藥制劑的生產(chǎn)自動(dòng)化水平普遍偏低，控制系統(tǒng)孤立運(yùn)行，與企業(yè)管理系統(tǒng)難以互通，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量參差不齊，因此，農(nóng)藥制劑加工的自動(dòng)化和智能化是行業(yè)的發(fā)展方向和未來(lái)趨勢(shì)。

農(nóng)藥制劑加工的特點(diǎn)：

（1）配方式生產(chǎn)（原藥、助劑、填料或溶劑按重量配比生產(chǎn)），原材料種類(lèi)非常多；

（2）生產(chǎn)過(guò)程幾乎沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，主要是剪切、溶解、攪拌、粉碎、造粒、干燥等過(guò)程；

（3）多品種、少量多批次生產(chǎn)、間歇式生產(chǎn)方式；

（4）設(shè)備可以復(fù)用，同一個(gè)生產(chǎn)單元，可以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品；同種劑型，不同產(chǎn)品，共用相同設(shè)備。

本文以河北某化工有限公司實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥制劑智能化復(fù)配生產(chǎn)項(xiàng)目為例介紹UW500DCS控制系統(tǒng)在農(nóng)藥制劑自動(dòng)化及智能化建設(shè)中的的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目詳情

1.1 項(xiàng)目及工藝簡(jiǎn)介

6000噸/年除草劑類(lèi)產(chǎn)品智能化復(fù)配項(xiàng)目，包括禾本科固體除草劑、禾本科液體除草劑、闊葉作物除草劑三大類(lèi)，有分散油懸浮劑、水懸浮劑、水乳劑、乳油、水劑、可濕性粉劑、水分散粒劑、可溶粒劑8種劑型共34種農(nóng)藥產(chǎn)品，原輔材料多達(dá)315種，有19套生產(chǎn)設(shè)備，各套設(shè)備間獨(dú)立運(yùn)行。、各種劑型產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程類(lèi)似，下面以水乳劑為例進(jìn)行介紹：以原藥、乳化劑、溶劑、水作為原料，按比例投入前分散釜中，前分散釜設(shè)置重量檢測(cè)儀表，將液體料用溶劑泵打入前分散釜內(nèi)，各進(jìn)料管設(shè)置切斷閥，當(dāng)前分散釜達(dá)到聯(lián)鎖值后，切斷進(jìn)料閥，停溶劑泵。固體料經(jīng)電動(dòng)葫蘆提升至料倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)投料倉(cāng)計(jì)量將固體料投入前分散釜內(nèi)。罐區(qū)原料通過(guò)罐區(qū)打料泵經(jīng)外管輸送入車(chē)間前分散釜內(nèi)。各原輔料根據(jù)制劑配方按比例投入，攪拌混合15min后，經(jīng)管線分散泵進(jìn)行充分混合后，放料至砂磨機(jī)進(jìn)行三級(jí)研磨至細(xì)度符合技術(shù)要求后，物料經(jīng)輸送泵送入后分散釜攪拌均勻后放入成品釜內(nèi)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，進(jìn)入灌裝機(jī)進(jìn)行包裝便可得到該劑型產(chǎn)品。水乳劑的工藝流程如圖1所示，禾本除草劑的工藝組態(tài)畫(huà)面如圖2所示。

圖2 禾本除草劑的工藝組態(tài)畫(huà)面

1.2 系統(tǒng)配置

本項(xiàng)目采用浙大優(yōu)穩(wěn)的UW500 DCS系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的控制，并結(jié)合上層的ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥制劑生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化管理。

表1 DCS系統(tǒng)的配置

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

配置特點(diǎn)：

（1）全硬件冗余容錯(cuò)：控制模件、電源模件、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均1：1冗余配置，保證系統(tǒng)的可靠性；

（2）I/O模件采用單通道隔離通用單點(diǎn)I/O模塊，內(nèi)置隔離柵，強(qiáng)抗干擾能力，單通道熱插拔，通用輸入、減少備品備件、維護(hù)方便；

（3）每臺(tái)控制站配置一塊Modbus通訊模件，負(fù)責(zé)與第三方設(shè)備（如現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏）通訊；

（4）根據(jù)項(xiàng)目的工藝生產(chǎn)特點(diǎn)，配置一套配方管理軟件；

（5）開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)接口，對(duì)接上層ERP系統(tǒng)。

2 智能化復(fù)配的實(shí)現(xiàn)方案

2.1 數(shù)據(jù)接口

為實(shí)現(xiàn)智能化復(fù)配，減少人工操作，必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與信息化的融合，打通控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。本項(xiàng)目中配方復(fù)雜、參數(shù)繁多，通信數(shù)據(jù)量龐大，為了保證數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時(shí)性與可靠性，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)為接口，負(fù)責(zé)DCS層與ERP層的數(shù)據(jù)交互，完成生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)。

2.2 數(shù)據(jù)交互

數(shù)據(jù)交互是將ERP中涉及到配方產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)直接下發(fā)到DCS系統(tǒng)，執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，配方產(chǎn)品的物料組分復(fù)雜多變，有時(shí)可多達(dá)25種物料配比，每種物料包含15項(xiàng)屬性參數(shù)，包括物料名稱(chēng)、物料編號(hào)、執(zhí)行步序（該物料的加料順序）、加料量、實(shí)際量（實(shí)際加料量反饋到ERP）、物料位置（顯示人工投料或是自動(dòng)投料開(kāi)啟相應(yīng)管線的閥門(mén)）、攪拌時(shí)間、降溫與否、剪切與否、含量、入庫(kù)單據(jù)號(hào)、生產(chǎn)廠家、配方批號(hào)、領(lǐng)料單號(hào)、物料ID號(hào)，DCS再將生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋到ERP系統(tǒng)，比如實(shí)際加料量、溫度、生產(chǎn)結(jié)束標(biāo)識(shí)等。ERP系統(tǒng)物料信息如圖4所示，DCS系統(tǒng)配方產(chǎn)品生產(chǎn)界面如圖5所示。

圖4 ERP系統(tǒng)物料信息

圖5 DCS系統(tǒng)配方產(chǎn)品生產(chǎn)界面

2.3 智能復(fù)配控制

2.3.1 生產(chǎn)流程控制

ERP系統(tǒng)根據(jù)銷(xiāo)售訂單進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)，將每日的生產(chǎn)工單下發(fā)到DCS系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)流程如圖6所示。

圖6 配方生產(chǎn)執(zhí)行流程

現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備均由DCS進(jìn)行控制，每一套設(shè)備的生產(chǎn)流程都是獨(dú)立的、可重復(fù)執(zhí)行，需要將生產(chǎn)流程分割為單元模塊、具體流程如下：

（1）點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，啟動(dòng)配方；

（2）DCS讀取配方內(nèi)的物料參數(shù)；

（3）不固定管道自動(dòng)進(jìn)料：判斷執(zhí)行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執(zhí)行，物料進(jìn)料前人工掃碼確認(rèn)，確認(rèn)后啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)料，到設(shè)定量后設(shè)備自動(dòng)停止，進(jìn)料完成，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，人工確認(rèn)，進(jìn)料結(jié)束，判斷攪拌與否，降溫與否，執(zhí)行響應(yīng)動(dòng)作，本模塊結(jié)束；

（4）固定管道自動(dòng)進(jìn)料：判斷執(zhí)行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執(zhí)行，根據(jù)配方給出的物料位置，啟動(dòng)響應(yīng)的管線設(shè)備開(kāi)始進(jìn)料，到設(shè)定量后設(shè)備自動(dòng)停止，進(jìn)料完成，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，人工確認(rèn)，進(jìn)料結(jié)束，判斷攪拌與否，降溫與否，執(zhí)行響應(yīng)動(dòng)作，本模塊結(jié)束；

（5）人工投料：判斷執(zhí)行次序是否正確，如正確，則開(kāi)始執(zhí)行，物料進(jìn)料前人工掃碼確認(rèn)，確認(rèn)后投料信號(hào)置1，開(kāi)始人工投料，投料完成后人工確認(rèn)，投料信號(hào)置0，將物料編碼和進(jìn)料量返回給ERP，投料結(jié)束，判斷攪拌與否，降溫與否，執(zhí)行響應(yīng)動(dòng)作，本模塊結(jié)束；

（6）放料，根據(jù)配方參數(shù)啟動(dòng)相應(yīng)管線設(shè)備，進(jìn)行放料；

（7）配方結(jié)束，程序復(fù)位。

2.3.2 控制方案特點(diǎn)

（1）生產(chǎn)信息自動(dòng)下發(fā)，數(shù)據(jù)化管理

生產(chǎn)部人員打印輸出生產(chǎn)工單，操作人員掃描工單上的二維碼，自動(dòng)將生產(chǎn)信息下載到DCS系統(tǒng)，整個(gè)過(guò)程不需手動(dòng)記錄、抄寫(xiě)，全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，數(shù)據(jù)不易出錯(cuò)，更加準(zhǔn)確完整。

（2）物料掃碼對(duì)比確認(rèn)，防止物料錯(cuò)投

手動(dòng)投料時(shí)，設(shè)置物料掃碼確認(rèn)功能，防止錯(cuò)投，每次在進(jìn)行下一步投料時(shí)，DCS會(huì)從ERP讀取該物料的ID號(hào)，與人工投料時(shí)掃碼槍輸入的ID號(hào)進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)，若對(duì)比失敗，會(huì)有錯(cuò)誤提示，以此保證投料的準(zhǔn)確性。

（3）實(shí)際加料量反饋

自動(dòng)進(jìn)料使用反應(yīng)釜稱(chēng)重模塊或者管道流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，DCS系統(tǒng)將實(shí)際加料量反饋到ERP系統(tǒng)。

（4）攪拌計(jì)時(shí)

入物料的同時(shí)開(kāi)啟攪拌，攪拌時(shí)間來(lái)自ERP系統(tǒng)，DCS對(duì)每個(gè)步驟的攪拌時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，可以方便地觀察到目前攪拌的時(shí)長(zhǎng)。

（5）確認(rèn)按鈕

確認(rèn)按鈕包括投料正確性的比對(duì)確認(rèn)，每一步投料完成之后的步完成確認(rèn)以及人工投料確認(rèn)。

（6）參數(shù)設(shè)置

整個(gè)配料過(guò)程，嚴(yán)格控制溫度范圍；提前量的設(shè)置，提高加入物料量的準(zhǔn)確性；人工投料誤差區(qū)間的設(shè)置，確保人工所投物料的準(zhǔn)確性。

（7）CIP自動(dòng)在線清洗

一批物料生產(chǎn)完成后，自動(dòng)打開(kāi)清洗溶劑泵，進(jìn)行設(shè)備的清洗，并控制清洗時(shí)間，清洗完成自動(dòng)停泵，進(jìn)行下一批物料的生產(chǎn)。

（8）質(zhì)檢結(jié)果狀態(tài)顯示

質(zhì)檢結(jié)果有三種狀態(tài)：未質(zhì)檢、合格、不合格。當(dāng)前配方執(zhí)行完畢后等待人工質(zhì)檢，如質(zhì)檢合格，當(dāng)前配方生產(chǎn)結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)配方的生產(chǎn)，如不合格，則返回至起始步重新執(zhí)行當(dāng)前配方，重新執(zhí)行，ERP會(huì)修改配方內(nèi)物料參數(shù)（增加），然后重新下發(fā)一張配方，與當(dāng)前配方批號(hào)相同，只有新增的物料參數(shù)，還是按照當(dāng)前配方流程執(zhí)行，新配方結(jié)束后，直到質(zhì)檢合格，本次配方生產(chǎn)結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)配方生產(chǎn)階段。

3 總結(jié)

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與信息化的融合，自動(dòng)化程度高，是邁向智能工廠建設(shè)的重要一步。具體表現(xiàn)在：

（1）自動(dòng)化程度提高，本項(xiàng)目的自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置浙大優(yōu)穩(wěn)的高端控制系統(tǒng)UW500 DCS，實(shí)現(xiàn)一鍵啟停，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)控，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)、電機(jī)，生產(chǎn)過(guò)程溫度控制、安全聯(lián)鎖控制等，并對(duì)接上層ERP系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)共享；

（2）排產(chǎn)清晰，生產(chǎn)進(jìn)度透明，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息可以及時(shí)反饋到ERP系統(tǒng)，第一時(shí)間了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的情況，方便進(jìn)一步的排版計(jì)劃；

（3）建立批次追溯體系，提高產(chǎn)品質(zhì)量，每一個(gè)批次生產(chǎn)完成，會(huì)生成批次報(bào)表，記錄該批次生產(chǎn)過(guò)程的所有信息，包括工藝參數(shù)、采用設(shè)備、生產(chǎn)人員、批號(hào)等，可根據(jù)批號(hào)進(jìn)行快速查詢(xún)，并進(jìn)行批次間的對(duì)比，找到“黃金批次”，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

（4）防止物料錯(cuò)投，DCS有物料對(duì)比確認(rèn)功能，防止人工投料時(shí)犯錯(cuò)；

（5）CIP自動(dòng)在線清晰，自動(dòng)清晰更高效，防止交叉感染；

（6）配方保密，整個(gè)流程數(shù)據(jù)化管理，無(wú)需紙質(zhì)傳遞，配方更容易實(shí)現(xiàn)保密。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年10月刊