SIEMENS WINAC 系统在涂料油漆生产中的应用

彭嵩(北京盟特公司) 季志宁(珠江自动化仪表有限公司)

摘要：油漆生产中需要依次按配方加入各种原料，并按照工艺要求进行搅拌，统使用人工完成，工作效率低，精度不高，已不能适应现代生产的需要。本文叙述利用SIEMENS WINAC 及WINCC 作为核心所构成的PROFIBUS 网络系统在大规模油漆涂料生产中的实践应用。该系统已在多家涂料油漆厂使用，并已取得良好的效益。

关键词： WINAC ，WINCC，PROFIBUS，自动配料，配方

一、项目简介：
　　顺德华润涂料厂有限公司是一家以生产涂料为主的化工厂， 其产品包括家具漆， 乳胶漆，各种外墙涂料，树脂固化剂等， 产品销往全国各地。2001 年公司迁往新厂，并投入巨资进行技术改造 ，聘请德 国专家进行设计划，现已完成全部项目，其生产规模及自动化程度 居国内前列。本项目由德国“ZELLNER”公司设计规划，并由国内实施完成。系统采用SIEMENS WINAC 及WINCC 构成PROFIBUS 网络系统，对全厂设备进行监控。

主要包括如下功能：监视原料储罐的原 料储量，自动按照配方进行配料及启动搅拌电机工作。控制原材料的进 出等。重量由METTLER-TOLEDO 生产的称重系统测量并通过PROFIBUS 与主机连接。生产实时数据可通过厂内ERP 系统与总厂管理系统连接。

二、系统介绍
　　工艺介绍：工作前由人工输入各种产品的配方表。工作时输入产品名称及重量即可，系统自动按照配方依次打开相应阀门，开始投料，重量到达时自动关闭阀门。生产过程中可动态显示各原料储罐的原料重量，并能对原料不足等情况报警。系统采用WINAC RTX 系统作为 控制器，利用WINCC 制作监控界面，采用ET200M 模块构成分布 式系统。系统共用56 个站点，用于检测各阀位反馈信号，控制 各电磁阀动作，检测模拟量信号。

三、控制系统构成

1． 硬件配置
　　由于厂区较大（最远站点约300 米），故选用分布式系统构成。另外考虑到化工生产的特殊性，在含易燃易报爆危险品的场合输入输出模块全部选用SIEMENS 防爆产品，以确保安全性。所有危险区信号到控制室之间通过安全隔离栅连接。

2． 分布I/O
PROFIBUS

生产现场（防爆区）
PROFIBUS 500KB/S
WINDOWS NT4.0
PROFIBUS
500Kb/S

涂料车间控制室（安全区）

四、系统功能
　　整个车间的运行由主车间控制室控制，控制台上设有整个主车间运行启动、停止按钮、运行指示灯、故障指示灯，按下启动按钮，整个主车间控制系统运行，按下停止按钮，整个主车间控制系统停止运行。

整个车间的控制区分为以下几部分：
（一）、原料储罐区：树脂储罐区，溶剂储罐区

一）、功能描述：

1、液位控制：
　　采用高精度模拟量压差变送器测量，在计算机监控系统画面中连续实时监控液面的位置，动态记录历史数据，并设有上下限位和溢出保护限位。在液位到达下限位后，禁止出料，到达上限位后，禁止进料。到达上限及溢出保护限位分别在主车间控制室和现场报警。到达下限保护限位在主车间控制室报警。

2、槽车进料和树脂车间进料控制：
　　采用自动与手动相结合的方式进行。人工把齿轮泵的进料管和槽车相连接，再把齿轮泵的出料管与要进料的储罐进料管相连接，手动打开进料控制阀门，PLC 检测到阀门到位信号后，由人工按下启动按钮，进料齿轮泵启动，储罐的液位达到上限位时，进料齿轮泵自动停止，树脂储罐区及树脂车间与储罐相对应的报警灯报警。在进料过程中人工随时可以开停进料齿轮泵。溶剂储罐区进料可全手动控制，按控制柜上的启动按钮就可以开停进料齿轮泵（但要注意储罐的液位达上限位）。在计算机监控系统画面中连续动态实时监控储罐区进料过程。

3、投料控制：
　　生产时接到启动信号，相应的原料泵打开。当PLC 根据称重仪表读数判断重量达到后立即关闭该泵，停止投料。

（二）、平台大缸生产控制区：

一）、功能描述：
生产现场设有一操作箱。具体如下：
　　请求投料、启动电机、停止电机、紧急停止、加速、减速按钮各一个。手动投料指示灯设一个、报警指示灯一个、电机转速显示仪表一个。

1、 搅拌电机的控制：
　　搅拌电机采用变频调速控制，可以实现无极变速。理论上：四极电机调速范围0— 1500 转，六极电机调速范围0—1000 转。实际生产中应该尽量避免电机运转在其临界转速附近。不同大缸搅拌电机的临界转速各不相同，大约400 转左右，需在实际生产中确定。

　　搅拌电机的运行方式采用自动控制方式控制。在电气设备正常及缸内物料到达分散盘以上时（缸内物料必须有1 吨以上，防止电机空载运行损坏设备），在现场按一下启动按钮，电机准备运行;按下加速按钮电机开始运行并且转速从零开始加速;电机的转速实时显示在转速表上;当电机加速到所需要的转速时松开加速按钮，电机就会在此转速上运行。需要减速时，按下减速按钮电机的转速就会下降。需要停止运行电机的时候只需按下停止按钮，电机就会停止运行。实际上所有这些按钮信号全部反馈给PLC，PLC 接道相应的现场提出的要求，通过程序来控制相关的电气元件完成对电机的控制及转速显示。一方面通过变频器及PLC 的控制可以方便现场工人对电机的启动/停止、加速/减速等功能的控制。另一方面完善了对电机的电气保护，使电机的寿命延长并能防止意外事件的发生（如：缺相烧毁电机等）。电机的控制及转速在监控画面连续实时监控和记录。

2、 投料控制：
　　投料前，必须确认大缸为空缸后，提示中央控制室操作人员进行核实工作。核实无误后，预先在计算机上选择需要投料的缸号，输入产品配方，投料时由现场人工按一下操作箱请求投料按钮，信息反馈回PLC。PLC 根据相应数据依次启动相应的泵打开相应的阀门，依次进行投料（每次投料前均对称重系统清零）；投料指示灯一直亮，当称重仪反馈的重量与投料量相近时，关闭相应的阀门与泵（提前量由现场调试确定）。当需要人工投粉料或桶装材料时，PLC 根据有关数据停止自动加料，同时手动投料指示灯每隔2 秒钟闪烁提醒现场操作工人投粉料或桶装材料。（粉料或桶装材料一般每次投料量很少，误差要求小。而大缸称重系统的误差较大：1 公斤以内，在加上操作过程中出现的操作误差，总体误差较大很难控制在1%以内，一般不能满足粉料或桶装材料的计量工作。因此粉料或桶装材料应该提前人工称量好。）现场操作工人投粉料完毕后再按一下操作箱请求投料按钮，PLC 根据相应数据继续依次进行投料。由计算机记录下所有数据，生成报表。对阀门和泵的控制也可由手动完成，但必须是经过中央控制室确认后方可。在投料过程中，人工可以随时按下急停按钮暂停投料。称重系统的显示在中央控制室，同时在现场设一显示表将大缸的重量实时反馈到生产现场。能够增强生产工人和控制室的联系。减少错误的发生。

Siemens 自动化在实现此系统的优势:

1.由于生产线中PROFIBUS 从站非常多,要求CPU 处理数据快,从winac RTX 与从前做同样生产线的效果来看,从速度上及程序存储量及工作内存来看.

2. WinCC 中的配方功能对于涂料的工艺来说非常适合.

3.称重仪表可通过PROFIBUS 直接访问数据和设定参数,比以前的CP340 点对点通
讯速率及采样效果好的多.