牙膏生产自动化技术改造探讨

刘奇伟 龙赵祥

(柳州两面针股份有限公司，广西 柳州 545006)

引言

生产过程自动化主要是设备的自动化。在上世纪80年代初，我国牙膏企业的生产过程控制系统均采用继电器逻辑控制、人工磅称计量方式进行牙膏生产。采用这种技术设计制造的制膏、灌装、包装等生产控制系统的结构非常简单，成本低廉，但存在系统运行可靠性、安全性及可维护性较差等问题。

80年代中后期，出现了可编程序控制器PLC为主控单元，以数字化电子称、数字化流量计为计量单元的控制模式的制膏设备系统在国内外的广泛运用，采用这种技术的制膏设备系统具有可靠性高、准确计量、自动化程度高，从而保证了膏体的质量。

在90年代，随着数据总线技术、网络技术在工业中的运用，基于可编程序控制器PLC为主控单元，以数字化电子称、数字化流量计为计量单元的控制模式的制膏设备系统引入工控PC作为系统总控，实现生产计划、工艺和配方编辑下载，生产数据、状态参数上传，生产过程实时监控，打印生产报告等，制膏系统自动化程度和可靠性越来越高。这个时期，我国牙膏行业的制膏系统广泛采用这种技术进行自动化改造；而牙膏灌包装设备也采用了可编程序控制器PLC控制技术、光电技术，使整个牙膏行业的自动化程度得到质的飞跃。

进入本世纪，网络技术的高速发展引发了信息化时代的到来，牙膏生产系统引入了信息管理概念，系统向网络化、信息化、全自动化发展。基于PLC控制的伺伏控制技术的发展和运用，牙膏生产系统向高速、高效率方向发展。

本文以我公司的生产系统情况为例，采用信息网络新技术，对牙膏生产全过程自动化进行了技术改造。经过改造后的牙膏生产系统，实现了全自动化生产，减少了人为因素的影响，进一步提高了牙膏的质量和生产效率。

1 技改的系统

牙膏生产过程中，影响产品的质量及安全的环节主要有：准确称量各种原料、从管道全部输送到制膏锅内、制膏过程中实现严格的生产工艺控制、灌装过程中实现自动并准确称量、生产全过程的数据记录及时准确、出现问题及时处理等。

技改的目的就是针对上述各环节，通过先进的手段，实现主要原料的自动输送、贮存，各原料准确按配方全自动计量，制膏机制膏过程按工艺程序全自动完成，制膏现场做到无人化，从灌装、小盒包装、大箱包装、堆垛都能自动协调进行。实施技改的系统包括：①原料自动输送、贮存控制系统；②原料自动计量控制和制膏自动控制系统；③灌装、包装自动控制系统；④中央控制系统(包括生产管理系统、实时过程监控系统、实时图象监控系统)；⑤生产调度实时显示系统；⑥实时通讯系统等。

2 控制流程

根据生产设备状况，对生产环节的关键节点进行自动化控制，详细控制系统结构见图1。

图1 控制系统结构

3 各系统改造方案

3.1原料输送、贮存自动控制系统

本单元为牙膏生产自动化系统中的公共单元，控制系统主要由现场PLC、人机界面可视化PC、控制主站、传感器、马达、阀门构成。可独立完成包括粉料风送控制、缓冲罐贮存监控；液料泵送控制、缓冲罐贮存监控、液料库罐存量监控。在执行主控任务的同时，通过工业以太网与各制膏系统、上位中央控制工控PC进行数据通讯，记录和工况实时显示，工控PC可以进行输送速度、贮存量、气压等参数，设定投料现场有生产调度实时显示屏(投料PC)。有投料品种确认系统，确保投料准确无误。在自动系统发生故障时，可进行手动控制；即便系统上一层出现故障时，下一层也能独立完成自动或半自动控制。

3.2原料自动计量控制及制膏自动化系统

本单元的控制系统主要由现场PLC、人机界面触摸屏、控制主站、电子称、在线质量检测仪表、温度压力传感器、马达、阀门构成。工艺、配方由上位工控PC计算机下载，系统按配方自动完成粉料计量、液料计量，按工艺要求全自动按程序完成顺序进料、制膏工艺过程、进行质量监控。在执行主控任务的同时，通过工业以太网与上位中央控制工控PC进行数据通讯，记录和工况实时显示，输出生产报告。在上位计算机及其网络出现故障时，下层也能通过现场人机界面触摸屏独立进行自动或半自动控制。控制主站故障时，单机能手动操作控制。系统有过程断点记忆保护功能，确保故障停机或人为停机生产工艺过程安全，确保产品质量。

3.3牙膏灌装、包装自动控制系统

在本系统中，现有设备已经配置牙膏自动灌装、自动小盒包装生产线，自身自带PLC和人机界面，需再配套自动大箱机，形成从膏体灌装到装大箱包装的全自动生产线，增加灌装机自动加膏、灌膏自动稳压，以保证牙膏支重稳定。生产线的自动灌装机、自动小盒包装机、中包装自动堆垛机的PLC完成自身的主控，灌、包装生产线现场有生产状态实时显示屏，由中央控制室对生产进行调度控制。

3.4中央控制系统(包括生产管理系统、实时过程监控系统、实时图象监控系统)

自动计量及制膏自动化是系统的核心，中央控制必须围绕核心展开。中央控制系统应包括：①生产管理系统，含批次管理、配方管理、定义工艺流程、控制管理、过程管理、质量管理、物流管理、操作者管理等。授权人可以通过中央控制工控PC进行配方编辑、修改、贮存、下载系统自动执行；授权人可以中央控制工控PC进行批次生产计划的编辑、修改、贮存、下载系统自动执行；同样授权人可以通过中央控制工控PC进行定义、修改工艺流程、下载系统自动执行；系统必须对操作者权限进行确认；还可以进行控制管理、过程管理、质量管理、物流管理等。②实时过程监控系统，通过中央控制工控PC、网络对整个牙膏生产系统运行工况进行监控、通过中央控制工控PC显示器和大屏幕投影墙对整个牙膏生产系统运行工况进行实时显示监视。③实时图象监控系统，生产现场安装摄像头，通过中央控制工控PC显示器和大屏幕投影墙对整个牙膏生产现场进行实时显像监视。

3.5实时电子显示系统

实时电子系统用于显示生产调度信息。由于制膏现场已实现无人化生产，制膏现场可不安装电子显示屏，因为制膏机的触摸屏可显示工控PC下载的调度文本信息。在投料现场和灌、包装安装电子显示屏是出于生产调度目视化管理目的，保证生产过程衔接无差错，从节约成本角度考虑，同样可以利用现场过程控制的触摸屏显示工控PC下载的调度文本信息。

3.6实时通讯系统

实时通讯系统是基于生产调度联络和设备维修联络的系统，由于在生产过程中遇到问题时需要及时联系，一般情况下建议使用手持步话机系统更方便些。

4 总结

经过自动化技术改造后的牙膏生产系统，制膏过程实现现场无人化，减少了人为因素造成称量不准和错误的问题，膏体质量大幅度提高；吨膏体投料时间从原来的10分钟缩短至4分钟，制膏时间从原来的90分钟缩短至30分钟，大幅度提高生产效率，从而提高了生产效益。同时，由于实现了自动化过程控制，通过全封闭控制系统，实现了物料自动跟踪、产品质量指标实时监控、生产工艺优化等，提高了生产效益和产品的质量，技改取得了良好的效果。