一种水玻璃自动化生产监控系统的制作方法

本发明属于自动化控制领域，尤其涉及一种水玻璃自动化生产监控系统。

背景技术：

水玻璃（即硅酸钠）的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。水玻璃是由固体原料石英砂和液体原料（母液、液碱、水）按一定比例混合搅拌后打入反应釜内经过一定条件制备而成。

然而，每个批次的水玻璃的质量稳定性主要取决于原料的质量以及生产过程中固体原料与液体原料的称重的准确度及搅拌均匀度。在现有的水玻璃生产工艺中，液体原料和固体原料都是采用人工计量的方式进行投料添加。其中，液体原料的添加是通过人工监控液体罐上的刻度来确定添加的量，固体原料是操作工通过肉眼目测估量浆料的浓度（如粘稠度等）来增减固体原料的下料量。由于不同的液体原料的比重是不相同的，且人工操作受个体因素影响较大，所以这种计量方式通常难以达到计量的准确性。此外，固体原料的下料方式受操作工的操作熟练程度、责任心等因素的影响较大，故其相比液体的计量方式就更加的没有准确性可言了。

由此可见，现有的水玻璃生产工艺中，采用人工操作的方式进行投料计量，对于各批次水玻璃产品的质量的波动十分巨大的，如果再加上入厂原料的品质与水分波动和后续工艺环节的波动等各方面的影响，那么更加难以控制各批次的水玻璃产品的品质的稳定性。同时，采用人工操作的投料生产的方式生产效率和质量不高，增加了生产的成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种水玻璃自动化生产监控系统，旨在解决现有的水玻璃生产工艺依赖于人工操作，各批次产品的质量稳定性波动大，且生产质量和效率不高，且成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种水玻璃自动化生产监控系统，包括：包括控制器、受控于所述控制器的配料系统和生产系统；

所述配料系统，用于根据所述控制器的第一控制指令，执行计量并显示在水玻璃生产过程中各种原物料的投料情况，并上报给所述控制器；

所述生产系统，用于根据所述控制器的第二控制指令，启动或停止对原物料的搅拌混合，并监控各生产设备的运行状态，并反馈给所述控制器。

本发明实施例提供的水玻璃自动化生产监控系统，通过控制器控制水玻璃生产的配料系统和生产系统，即采用自动化控制的模式，控制配料系统执行计量并显示水玻璃生产各种原物料的投料情况以及监控生产设备的运行情况，无需依赖人工操作计量各种原物料的投料量，可有效地保证各种物料投料量的准确度，达到精确生产，解决了传统的投料计量方式中因操作工的操作熟练程度和个人责任心等不确定因素的波动而造成各批次的水玻璃产品的不稳定性的问题，保证了水玻璃的产品品质稳定性和质量，同时，便于及时调整和控制各生产阶段的参数，有利于提高生产的效率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的水玻璃自动化生产监控系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种配料系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种生产系统的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的水玻璃自动化生产监控系统的结构示意图；

图5是本发明实施例例提供的另一种配料系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种水玻璃配料工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一判断模块称为第二判断模块，且类似地，可将第二判断模块称为第一判断模块。

本发明实施例提供的水玻璃自动化生产监控系统，可根据生产工艺流程的要求，实现自动化配料和精准的计量，以及实时监控各工艺过程中的测控点参数和设备的运行状态，能够极大地提升生产效率和稳定水玻璃的品质，降低生产成本。

图1示出了本发明实施例一提供的水玻璃自动化生产监控系统，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供的水玻璃自动化生产监控系统，包括控制器100、受控于控制器100的配料系统200和生产系统300。

在本发明实施例中，控制器100可为台式计算机、平板电脑等。控制器100中可编写用于控制配料系统200和生产系统300的运行的plc程序。

其中，配料系统200，用于根据控制器100的第一控制指令，执行计量并显示在水玻璃生产过程中各种原物料的投料情况，并上报给控制器100。

在本发明的一个实施例中，第一控制指令具体可为计量并显示进料装置的进料总量和剩余物料量。当原物料投放到进料装置（如进料斗）中时，即可触发启动称量各原物料的质量并显示相应的质量。

作为本发明的一个实施例，配料系统200可以通过计算并显示进料装置中的原物料进料总量以及投料过程中进料装置中的原物料剩余量来推算出各原物料的投料量，并将投料情况反馈给控制器100。

生产系统300，用于根据控制器100的第二控制指令，启动或停止对原物料的搅拌混合，并监控各生产设备的运行状态，并反馈给控制器100。

在本发明实施例中，当各种原物料的投料量满足预设的配比时，第二控制指令具体可为启动搅拌混合。当完成一批次的原物料搅拌后或者在生产过程中出现机械运行故障或操作失误时，第二控制指令可为停止搅拌混合。

在本发明的一个实施例中，生产系统300还用于监控在水玻璃生产过程中各种生产设备（如混合搅拌罐、泵送装置、反应釜等）的运行状态（如混合搅拌时间、混合搅拌速率、泵送功率、反应釜的压力等），并将这些监控数据反馈给控制器100。

本发明实施例提供的水玻璃自动化生产监控系统，通过控制器控制水玻璃生产的配料系统和生产系统，即采用自动化控制的模式，控制配料系统执行计量并显示水玻璃生产各种原物料的投料情况以及监控生产设备的运行情况，无需依赖人工操作计量各种原物料的投料量，可有效地保证各种物料投料量的准确度，达到精确生产，解决了传统的投料计量方式中因操作工的操作熟练程度和个人责任心等不确定因素的波动而造成各批次的水玻璃产品的不稳定性的问题，保证了水玻璃的产品品质稳定性和质量，同时，便于及时调整和控制各生产阶段的参数，有利于提高生产的效率，降低生产成本。

图2示出了本发明实施例提供的一种配料系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明实施例中，配料系统200包括：

自动计量单元201，用于根据控制器100的第一控制指令，计量并显示进料装置中的物料的重量或体积或浓度；以及

投料开关控制单元202，用于当检测到进料装置中的物料达到预设的重量或体积或浓度时，打开投料阀门进行投料。

在本发明实施例中，自动计量单元201可与设置在进料装置中的重力传感器和体积计量器（图中未示出）通信，并根据重力传感器传输的数据计算得到进料装置中的固体或液体物料的重量；或显示体积计量器输出的液体物料的体积刻度值。液体物料的浓度可以通过公式ρ液=计算得到。

图3示出了本发明实施例提供的一种生产系统的结构，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明实施例中，生产系统300包括：

物料搅拌混合单元301，用于根据控制器的第二控制指令，启动或停止对原物料的搅拌混合。

物料泵送单元302，用于当检测到搅拌混合后的物料达到预设的质量要求时，将混合物料泵送到反应釜中；以及

监控单元303，用于监控物料搅拌混合单元301和物料泵送单元302的运行状态，并反馈给控制器100。

在本发明的一个实施例中，当物料泵送单元302检测到搅拌混合的时间达到预设的时间阈值时，则可默认搅拌已经完全，即混合物料已达到预设的质量要求，此时，可打开混合搅拌罐的电动开关，将混合物料泵送到反应釜中进行下一步的反应。

在本发明实施例中，监控单元303在生产过程中物料搅拌混合单元301的搅拌混合参数（如搅拌时间、搅拌速率等）和物料泵送单元302的泵送参数（如泵送功率等），并将监控数据实时反馈给主控器100。

图4示出了本发明实施例二提供的水玻璃自动化生产监控系统，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本实施例与实施例一相似，其不同之处在于，该系统还包括数据处理单元400。

数据处理单元400，用于对水玻璃生产过程中所产生的生产数据进行处理，并上报给控制器100。

在本发明实施例中，生产数据包括水玻璃生产过程中所用到的原物料种类，各生产批次中各时间段的原物料投料量，搅拌混合时间、速率，泵送的物料量、泵送功率等。

在本发明实施例中，对上述生产数据进行处理包括：将这些数据按批次整理成生产报表、图表等。

在本发明的优选实施例中，该系统还包括追溯单元，用于记录并追溯各批次水玻璃生产过程中所产生的生产数据。

当需要追查某个批次的水玻璃产品质量，或者需要对水玻璃的生产质量做一个总体的评估分析，那么就需要用到各个批次的生产数据，通过对各批次的生产数据的整理、统计，可以得到较为科学合理的评估分析报告，以指导后续的生产质量调整，同时可及时发现生产过程中哪个环节出现了问题，及时制定解决方案，避免造成大的损失。

追溯的方式可以是根据各批次生产的终产品→包装→出料→反应→泵送→搅拌混合→配料→原料的反推模式，也可以是从原料→终产品的正推模式。

图5示出了本发明实施例提供的另一种配料系统结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明实施例中，自动计量单元201包括：固体原料进料计量模块2011，用于计算固体物料的下料量；以及液体原料进料计量模块2012，用于计量液体物料a、b、c的下料量。

在本发明实施例中，水玻璃是由一种固体原料（石英砂）和三种液体原料（碱液、水、母液）混合反应制备得到无色透明或带浅灰色粘稠状液体。

在本发明的一个优选实施例中，液体原料进料计量模块2012可以分别计量液体物料a、b、c的下料量，以确定每种液体原料的下料量，便于精确控制三种液体原料的混合配比。

在本发明的另一优选实施例中，可以设置三个液体进料计量模块2012，分别对液体物料a、b、c的下料量进行计量，然后三种液体物料可同时下料，提高了生产的效率。

在本发明实施例中，投料开关控制单元202包括：第一判断模块2021，用于判断当前固体物料的下料量是否达到预设的配料比；以及第二判断模块2022，用于判断当前液体物料a、b、c的下料量是否达到预设的混合配比。

在本发明实施例中，该系统还包括操作台，用于监控并显示水玻璃自动生产的整个运行过程中各生产设备的运行参数以及生产过程的监控录像。

在本发明的一个优选实施例中，操作台可对应地设置在各台生产设备的旁边，便于人工站台操作对相应的生产设备的运行参数（如运行功率等），及时发现和调整异常情况，保证生产的连续性和产品的质量稳定性。

当然，操作台也可以设置在中央控制室中，统一控制每个生产设备的运行参数，并通过监查生产过程的监控录像，实时获取生产过程的各方面信息（如投料情况、包装情况等）。这操作仅需要少数技术工人在中央控制室内实时监控，可对生产的各方面信息进行集中处理，提高了生产的效率和质量。

在本发明实施例中，该系统还包括报警单元，用于在水玻璃生产过程中出现机械故障或操作失误时，发出声光警报。

为了进一步说明本发明的技术方案及技术效果，以下结合水玻璃生产的实例来进行阐述。

图6示出了本发明实施例提供的一种水玻璃自动化生产配料工艺流程，为了便于说明，图中仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在水玻璃生产过程中，可将固体物料（石英砂）存放至固体物料预给机中，固体物料输送机中设有压力传感器或者电子称，可以实时反馈进入固体物料输送机中的固体物料的准确重量，当进入固体物料输送机中的固体物料达到预设的配料比重时，将固体物料输送至混合物料搅拌罐中。碱液池、母液池和循环水池分别存放碱液、母液和水，在生产过程中，可依次打开碱液池、母液池和循环水池所对应的放液阀门，使碱液、母液和水依次进入液罐中。其中，液罐中设有体积刻度或体积计量装置，可以实时反映进入液罐中的液体物料的体积。采用依次进入液体物料可以避免不同的液体物料之间相互交叉污染，并且可以准确地控制每种液体物料的体积，从而保证各液体物料之间的准确体积配比，保证水玻璃的产品品质。当然，依次进入液罐中的液体物料的顺序可以根据实际工艺进行调整，比如，按照水→碱液→母液的顺序进料等。

当液罐中的三种液体物料达到预设的体积时，打开液罐的放液阀门，使液罐中的混合液体物料输送至混合物料搅拌罐中，与固体物料混合搅拌。混合物料搅拌罐中设有质量检测仪，该质量检测仪可用于检测混合物料的浓度、粘稠度或其他质量参数是否达到预设的标准，若检测达到预设标准时，将混合物料输送至泵液泵送机构中，再由泵液泵送机构将混合物料泵送至反应釜中进行下一步的反应，生成水玻璃产品。

在本发明的优选实施例中，在水玻璃生产工段在生产设备备妥后，在操作员站计算机上开始系统运行后。各液体按设置的程序与配方先后进入液体罐进行计量后经电动球阀排入混合物料搅拌罐内，再按设置的程序与配方分步计量相应的石英砂，搅拌到设定时间后判断反应釜可否具备入浆液条件后自动开启浆液泵送，直至混合物料搅拌罐内浆液下降到设置的液位开关处时浆液泵送延时停机（结合手动操作用水冲管）。而整个运行过程都可以在操作画面上实时的监控各工艺设备的运行状态与运行数据，可以随时停止或调整配方或是调取以前的运行数据。另外，也可以单机的手动操作各工艺设备，施行手自（手动和自动化）一体任意切换，提高生产的效率。

在本发明实施例中，该水玻璃自动化生产监控系统可根据生产工艺流程的实际需要，编写相适应的plc控制程序，并实现自动配料和对生产各工艺参数及设备运行情况进行监控。例如，对反应釜压力的控制，在生产过程中，实时调控反应釜的压力，当反应釜压力过大，则手动或自动调整压力下降，反之，调整压力上升，使得反应釜的压力在生产过程中保持相对恒定，以保证混合物料的反应效果，进而稳定水玻璃的品质。

在本发明实施例中，通过监控各工艺测控点的数据变化，可以及时精确调控各工艺阶段的工艺参数变化幅度，保证水玻璃的品质稳定。

本发明实施例提供的水玻璃自动化生产监控系统，具有以下优点：

1）生产过程自动化，操作员电脑上可以完成对工段内工艺设备操作；

2）运行参数和配比可根据需要在操作员电脑调整，具有灵活性和多种适应性；

3）计量准确，减少人为误差。可从电脑上随时查看计量装置上的数据变化曲线；

4）提高了非原料质量原因的水玻璃质量与批次稳定性；

6）生产过程数据保存持久，随时可以实时监控与查询历史数据；

7）操作自动化减少无谓开机，节能降耗，降低成本；

8）出现故障或是操作失误会发出声光报警，提高设备运行的安全性；

9)各个反应釜的压力可从电脑上随时查看，并有冲汽压力到位报警，超压报警，电脑上显示反应签中24小时的压力变化曲线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。