物联网智能控制系统在墙材生产中应用
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摘要：本研究的背景是在传统墙材生产技术落后、生产效率低下，绿色发展理念不断深入，对墙材生产企业提出新的要求。利用物联网智能控制与企业生产线进行对接，降低物料能耗，推进智能制造，提升墙材企业生产过程自动化水平。目的通过把配料系统和预加水系统、窑炉烘烧系统引入物联网进行数据集中管控，借助大数据分析，在高生产率的前提下，使得整个新型墙材生产管控大大简化，进一步实现生产线的智能管控。
关键词：物联网；精准计量；智能管控；预加水；自动跟踪
1生产工艺概述
矸石砖生产的原料是将煤矸石、页岩经破碎、滚筛筛选分离，粗料经过返料输送带返回破碎机重新粉碎，细料进入细料仓进行存放。按预定配方将粉煤灰、页岩石粉混合配料，混合料经过适当加水在陈化库进行陈化。陈化后的混合物料经过陈化库中箱式供料机由输送带送至双轴搅拌进行充分搅拌均匀，再经输送带送至双级真空挤出砖机挤出，经过切条机切坯后成型砖坯，砖坯进干燥室干燥，然后经隧道窑窑炉焙烧而成的一种新型节能墙体材料。以12.5×168m（两烘两烧）和12.5×65(四烘两烧)隧道双窑的新型墙材企业生产线为例进行分析，物联网智能控制系统在新型墙料生产中应用的必要性和可行性。以先进的计算机信息技术、5G通讯以及先进工业控制技术为基础，把诸多先进技术融合为一个综合体，再为企业安全生产提供稳定的技术保障的同时，也提高企业生产效益。
墙体材料企业生产规模化程度较低、规模小，生产工艺装备落后、劳动生产力水平低下，具备先进的工艺技术、设备、规模大的新型墙体材料生产企业比例偏小，企业生产中自主创新能力不足。企业技术创新投入不大，人才匮乏，拥自主知识产权和核心竞争力也非常薄弱，与发展绿色建筑、超低能耗建筑、装配式建筑的结合存在一定的差距。
2.1自动化程度比低，每种设备均由现场工人手动操作，设备之间相互独立，设备之间缺少必要逻辑上的关联，也就缺乏必要的互联，时常造成某一设备损坏时物料大量堆积，致使原来正常运行设备因损坏的设备造成相应损坏。
2.2混合物料热稳定性差，多种物料采用工人配料，由现场工人凭借自己多年的经验进行配料，经常造成混合料热值忽高忽低，加水量忽大忽小，混合物料含水率无法保证正常范围内。也有部分配料站借用别的配料系统，例如，水泥生产线配料系统虽与矸石砖配料系统理论上差别不大，但在实际配料过程也会出现了诸多问题，急需能适应自身的配料精准计量控制系统。
2.3工人劳动强度大，工作环境差，由于没有相对比较完善的控制系统，仍需要工人在现场实地操作，现场噪音和粉尘严重损害了工人的健康，造成用工难，用工成本高的主要原因。
3基物联网智能控制系统应用主要组成
3.1数据采集及传输
数据采集主要是将现场的电机状态、各种称体状态、称重传感器、速度、智能仪表、水泵、输送设备等相关设备信息，由现场检测装置通信息线传输至现场工作站控制柜，柜内设有各种对应信号模块，用来接受不同类型的数据，数据经过柜内主控器进行运算后，实时反馈给现场执行机构进行控制。同时，现将处理过的信息经交换机和物联网模块接入信息数据集中控制中心，用于服务上位机或云端服务器。数据采集传输过程是控制柜内完成，经对外部通信接口RS485接入触摸屏用于现场操作，经光电交换机和物联网模块将其采集的数据将统一传至信息数据控制中心，并将采集数据进行加密打包后以通信方式将数据上传至云服务器，工控机主要完现场设备集中管理和操作，通过手机APP可以根据云端组态的管理权限来访问相应数据及操作，详见图1。
3.2数据管理及分析
企业构建数据分析模型，根据存储的历史数据、历史报警信息，对数据进行统计分析。操作人员可以通过系统查看到各种物料在各个日期区间运行历史曲线的状态和相关报警信息，如，设定数据与实际数据的偏差、曲线走趋、报警的原由等等。数据中心将获得数据信息分类存储一定介质上，每天定时或实时向云服务器请求当天的数据，然后存入数据库中。所有的企业生产资料最终都汇集成数据，保存在计算机系统的数据库中，通过信息交互系统从后台数据库获取所需数据，经中间层信息系统处理后得到想要的信息以帮助企业更好安排生产，合理控制生产成本。随着联网系统的运行，每天将有大量的采集数据实时上传至云服务器，由于云服务器存储空间有限，扩展存储成本高，因此只在云服务器存储最近一段时间的历史数据，大量历史数据存储在企业数据中心。这样既改善了云服务器的运算性能，也保障了数据的安全性及长久性。云服务器的数据管理由两部分组成，一部分是历史数据的转发，系统可自动将超过时限的历史数据打包转发至数据管理中心，同时历史数据被清除；另一部分是将需要控制执行的数据转发至物理接口层，通过友好界面为用户提供服务，并将指令下发至对应现场执行机构。运用物联网操控技术可以使现场设备实时操控系统多个终端（上位机端、现场端、手机端）中共享资源，合理分配资源，提高运行效率。
3.3配料站智能自动化控制
3.3.1控制方式。3.3.1.1现场控制。本地和远程选择开关位于现场控制柜或控制箱内，转到本地位置用于调试阶段或检修阶段设备单机运行。3.3.1.2物联集中控制和云端控制。本地和远程选择开关位于现场控制柜或控制箱内，转到远程位置后，用于远程控制操作，除现场紧急机按钮外，其余按钮不能操控。现场检测数据经信息线连接至现场控制柜，通过采集模块经物联网传输模块将现场实时信息送到信息集中控制中心，工程师站和操作员站直接与信息集控中心相连。通过上位机操控界面可分别对不同工段进行操控，也可以根据不同用户分配的不同权限在网络进行云端操控。从而降低工人劳动强度，进一步实现配料站现场的无人值守。3.3.2精准配料及预加水系统。预加水自动化控制主要根据物料实时重量和物料湿度来完成的，合格的含水量是原料陈化前关键的一步，也是砖坯成型质量的好坏的关键。实现搅拌加水自动化，混合料加水稳定有利物料陈化，无需人工来操控加水量，见图2。
3.4窑炉焙烧工艺智能化控制
窑炉温度主要采用计算机控制，主要有工控机、智能调节器、电磁阀、电动执行器和热电偶等，并配置数据采集隔离模块等器件，利用组态软件进行编程开发组态，温度由现场热电偶来检测，由电动执行器来调节风阀，工控机根据设定的烧成曲线进行控制。系统不仅能实现对窑炉温度的自动控制。还能实现对窑炉各系统的综合控制，自动记录、打印及画面语言提示；另外，还能根据烧成要求模拟并储存多种烧成制度曲线，同时烧成曲线的参数可按需要随时修改。窑内压力可通变频控制排烟风机、冷却风机和热风抽出风机来实现。窑内压力信号和风机主管道的压力信号由现场压力变送器采集后，送至窑炉工作站，进行自动变频调整风机转速，控制精度高节省，见图3。根据窑炉温度的自动控制要求，需将实时数据传到PLC控制中心，并通过以太网将采集到数据传输至企业数据中心，用于数据管理和分析，窑炉风机变频系统部分PLCI/O点配置表见图4。接入互联网后，通过手机或远程计算机均可进行烧窑及技术指导，现场只需一个巡检工定时巡检就可以，一个窑师可以通过互联网控制全国各地的多个窑炉，优化资源，以最先进技术，最低的人员成本，最高效率来生产，这才是物联网智能控制系统的应用结果。
3.5卸装车智能化
即砖出窑卸车及打包装车运载都要实现自动化。窑炉出砖后直接输至打包机进行打包包装，成品打包后堆放整，进行编号，装载机将打包好的产品，直接装车运输，同时将装载数量，由装载机的无线传输模块传至数据管理中心，实时了解成品库存量和销售量。
4应用总结
经过在多个现场的实际应用和不断技术改进，生产成本得到了大幅度的降低，生产效率和产品质量却得到大幅度的提高。该系统的投入使新型墙材企业彻底抛弃了以往手工操控，每个设备相关独立，不具逻辑上互锁，也改变了以往按台时分配比例的配料和加水系统，使生产工艺更加合理、人性化，也让个人从粉尘、噪音等恶劣的劳动环境中解脱出来。物联网智能控制系统将会得到广泛应用，首先，解决了企业缺乏人力的状况，节约了工资成本和管理成本，改变了传统工人生产中产量低下、设备人为因素特别多的现象，信息管理技术参与管理生产，进一步提高了工艺生产的安全性和灵活性，实现了质的飞跃。其次，在生产过程中能及时发现出现设备故障的部位，让维修人员迅速解决故障并能及时分析原因，减少了不必要的停机时间。最后，基于物联网的智能控制一旦监测到故障，系统就会立即发出报警信号，同时准确记录故障信息，确保工业自动化过程控制的安全性。
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作者:王明生 单位:河南润民自动化设备有限公司
