自動化控制技術已廣泛應用于各行各業的生產控制中，如電力、石油化工、污水處理、機械制造等，其優勢主要在于：①控制精度高，人為影響因素小；②人員操作強度降低，節省人力成本；③確保生產程序準確，誤操作率大大降低；④有助于保密工作開展。自動化生產尤其適用于工藝復雜、產品工藝成熟、控制精度要求高或者作業場所存在危險等工業生產中。目前，國內的混凝土外加劑行業正面臨著巨大的發展機遇，多數外加劑生產廠家由原來作坊式的小廠逐步過渡到規模化的大廠。而工廠的規模化使得設備增加、流程復雜化，以及作業區域擴大，增加了生產操作難度，因此自動化控制以其獨有的優勢也逐步被應用到外加劑產品的生產控制中。

　　一、自動化生產線建設概述

　　1.自動化生產線的組成要素

　　自動化生產線的主要組成要素包括控制系統部分、動力設備部分、現場儀表部分和連接電纜。

　　控制系統主要有PLC（可編程控制器）和DCS（集散控制系統）兩種型式，PLC出現較早，國產品牌也很多，但進口品牌的市場占有率占有絕對優勢，如三菱、西門子等。DCS是近幾年開發出來的一種新的控制系統，適用于較復雜的控制流程，國產品牌DCS已較成熟和穩定，其價格比進口品牌有絕對的優勢，可作為建設生產線的首選。PLC和DCS兩種控制系統都能做到CPU冗余、電源冗余、網絡冗余，在發生特殊情況時可立即切換控制模塊，不會對生產造成影響。另一方面，兩種控制系統各有優勢、各有千秋，DCS適用于模擬量多的控制流程中，PLC在開關量多的控制流程中表現更為出色。在外加劑生產中，模擬量還是較多的，如蒸汽壓力調節、溫度檢測、液位監測、滴加速度控制等。在成本競爭日益激烈的今天，國產DCS可作為生產線控制系統的首選。

　　動力設備主要包括反應釜電機、泵、風機等，屬于開關量控制范疇，這些設備的控制可由控制系統的DI（開關量輸入）和DO（開關量輸出）模塊進行控制。

　　現場儀表主要包括溫度計、絕壓變送器、液位變送器、稱重控制器、自控閥門等，這些儀表采集到信號，并與控制系統進行通訊，最終由程序發出指令進行控制。

　　連接電纜是現場儀表和控制系統通訊的橋梁，布線和接線工作是非常重要的建設環節，直接關系到儀表和控制系統通訊的準確性和可靠性。一般來說，模擬量儀表的連接可采用屏蔽電纜，而開關量儀表則可由普通電纜進行連接。

　　2.自動化生產線的建設程序

　　設計階段。任何工程建設都要從設計開始，自動化的設計可由設計院完成，也可由專業的自動化系統公司完成。設計院擅長于工藝圖、流程圖的設計，但在選擇現場控制方案和控制手段實現多樣化方面稍有欠缺，而自動化系統公司可根據工藝流程圖和現場工藝要求設計多種控制方案選擇。一般可讓設計院完成帶控制點的工藝流程圖的設計，而讓自動化系統公司完成現場控制方案設計和編程。

　　安裝階段。該階段包括主設備的安裝就位、中控室系統安裝就位、各儀表安裝就位、電纜鋪設、儀表接線工作、控制系統接線工作。

　　設備上電調試。在所有設備接線工作完成后，緊接著就是設備的上電調試，包括動力設備的啟停調試、儀表現場數據與中控顯示數據的核對調試、自控閥門動作和反饋是否正常等。

　　生產線水試。用水代替物料，所有操作按照正常生產工藝流程進行，由中控操作員在中控室手動運行，該階段檢查內容有：各設備運行情況、物料管道的滲漏情況、中控及現場操作的可行性等。

　　手動試生產。在確認水試沒有問題后，就到了一個關鍵的調試階段：使用實際的原材料由中控操作員進行手動生產。

　　自動化程序試生產。按照工藝生產流程和前期采集的數據編寫自動化程序，這一步可提前進行，待生產時再進行數據調整和程序調整等，如果前述工作準備充分的話，這一階段進展也會較快。自動化程序完成編寫并調試后，整條生產線即可進入正式生產階段。

　　二、各要素控制的實現及設備選型

　　外加劑自動化生產中的控制要素包括：溫度、壓力、物料計量、物料滴加、容量監測、管道內流體控制和輔助控制設備等。以下分別探討各要素的控制實現方法和相應的設備選型方案。

　　1.溫度控制。外加劑生產中的熱能供應可有兩種方式實現，一種是電加熱導熱油（或水），另一種是帶壓飽和蒸汽加熱。電加熱能耗較高，大部分的情況還是使用蒸汽加熱方式進行升溫。使用蒸汽加熱的反應釜，在手動生產時是通過改變蒸汽進氣閥的開度來控制進入夾套蒸汽的量與壓力，在自動化生產中則需使用氣動薄膜調節閥進行控制。根據中控給出的開度模擬量信號調節氣缸內壓縮空氣壓力推動閥桿來控制閥門的開度。

　　溫度儀表用于檢測釜內物料溫度，壓力儀表用于監測夾套蒸汽壓力，都是溫度控制中的重要組成部分，這方面的儀表國內已做得比較成熟，可完全采用國產品牌。

　　2.釜內壓力控制。有的工藝可能需要反應釜內為負壓狀態，可由真空泵來實現，而真空泵可分為水環式真空泵、羅茨泵、旋片泵等，根據不同的負壓要求可選用不同的真空泵，其中水環式真空泵可達到較高的真空度，被廣泛應用，其他真空泵被應用在低真空度工藝中。

　　3.物料計量。物料重量的計量可采用稱重模塊、液位計和流量計等儀表實現。液位計的方式受物料密度和罐體變形的影響，精度難以保障，一般較少在合成生產上使用。流量計有很多種，但如果需要做到精確計量，則需使用質量流量計，過流部件材質尚需根據物料特性選擇，國產質量流量計較難做到精確，最好選擇進口品牌，這樣成本會大幅度增加，若不是特殊情況一般不考慮使用流量計。稱重模塊是廣泛采用的方式，在性價比上有較高的優勢，最重要的一點就在于其精度高、讀數直觀。

　　4.滴加控制。化工生產中的滴加過程可由以下幾種方式實現：①利用稱重傳感器與調節閥配合控制；②利用流量計與調節閥配合控制；③利用專用儀表與調節閥配合控制。

　　5.容量監測。外加劑生產中涉及到許多半成品罐和成品罐，為防止罐內物料溢出或物料抽空，監測罐內物料的充裝情況也是十分重要的，一般使用液位計進行監測。

　　6.管道流體控制。管道內流體的控制包括流體切斷、流體探測、流體流量控制等。流體切斷主要通過各種閥門實現，有氣動閥門、電動閥門、電磁閥等；流體探測用于探測管內是否有流體運動，可采用液位開關或流量開關實現；流體流量控制可通過調節閥實現。

　　自動控制閥門是自動化生產線重要組成部分之一，有氣動、電動和電磁3種型式，由于外加劑生產中一般都涉及到危化品，電氣設備均需防爆，而防爆型電動閥門的價格相當高，電磁閥一般也使用在管徑較小的管道，而采用氣動閥門最為合適。液位開關和流量開關主要起到視鏡的作用，可探測到管道內是否有液體在流動。從使用效果看，因外加劑產品都有一定的黏度，液位開關的反應會滯后，而流量開關反應迅速，較適合使用。

　　7.輔助控制設備。作為自動化生產線的輔助設備，空壓機的可靠性也是不容忽視的。現在市場上主要有活塞式和螺桿式兩種，螺桿式空壓機是目前廣泛使用的類型，其噪音低、可連續運行時間長。

　　三、自動化生產線建設需注意的問題

　　1.稱重模塊的安裝。安裝階段對保證稱重系統的正常運行非常重要，應注意幾個要點：①承載鋼平臺設計需結合稱重模塊的安裝位置進行考慮，各計量罐最好能夠單獨支撐，互不影響。②鋼平臺上不得放置震動的設備，否則會造成稱重數據不穩定。③稱重傳感器應可靠安裝在豎向基本無變形的基座上，盡量避免安裝在梁等易彎曲變形的構件上，這對防止稱零點過度漂移有重要作用。④進行焊接作業時應遠離傳感器或做好接地，防止電流損壞傳感器。⑤連接計量罐的各管道（包括入料、出料、回流管道等）必須使用軟連接，減小管道與罐體的內應力引起的計量誤差。（6）軟連接的安裝也很重要，材質可根據物料要求選用，關鍵是軟連接一定要足夠長，才能達到消除計量罐與管道之間應力的效果。

　　稱重是所有化工生產中的重要環節，對產品質量的穩定性有重要影響，稱重儀表的安裝及維護是自動化生產線可靠運行的關鍵控制點。

　　2.電纜選型及鋪設。電纜的可靠性直接影響現場儀表與中控系統之間的通訊準確度。

　　首先根據儀表的接線方法選擇電纜芯數，儀表接線方法有二線制、三線制和四線制，不同接線方法需要不同的電纜芯數，可考慮多預留一芯電纜作為備用；然后根據儀表信號類型選擇電纜種類，不同的信號傳輸對電纜種類的要求不同：開關量信號不怕周邊信號干擾，要求較低，普通電纜即可，開關量信號控制的設備有泵、電機、氣動開關閥、液位開關等；模擬設量型號（4mA～20mA電流信號）易受干擾、易衰減，應選用屏蔽電纜，并且盡量選擇短的路線鋪設，相應設備有液位計、壓力表、調節閥等；另外，溫度計的電阻信號電纜最好也選擇屏蔽電纜，鋪設路線也應盡量短。如果線路鋪設過長，需與廠家確認是否可行，如不可行則要采取補救措施，一般做法是增加信號中繼器以延長信號傳輸距離。

　　外加劑的生產場所一般都有防爆要求，在電纜鋪設時應符合防爆要求，另外，電纜在鋪設時最重要的一點是電纜線兩頭必須做好可靠的標記，不易脫落、污損，為中控系統順利接線奠定堅實的基礎。

　　3.管道吹掃很重要。管道安裝好后，按規范應對管道進行吹掃，將其內部鐵屑、雜質等趕出。對物料管道而言，若有雜質留存在管道內，可能會對泵、閥門等設備造成嚴重損傷；對空氣管道而言，會損傷氣動閥門的配件，造成過濾減壓閥堵塞、電磁閥靈敏度降低、氣缸內部劃傷等后果，使得設備帶傷運行，壽命降低或直接損壞。所以，在管道安裝完畢后先不要急著安裝設備，使用壓縮空氣對管道進行吹掃除渣，若管道過長則應分段進行，清理得越干凈，今后生產中設備運行越穩定。

　　四、自動化生產線的運行及管理

　　1.實行生產線巡查制度。為防止現場儀表或連接電纜出現問題，建立可靠的巡查制度是非常必要的。因為自動化生產線的人員較少，現場的情況只能依靠儀表進行了解，一旦儀表誤報，對生產控制是致命的，如液位儀表報錯可能導致罐內物料溢出，稱重儀表或溫度計誤報可能導致物料計量錯誤或溫度控制偏差。儀表誤報可能導致生產失敗、物料報廢等嚴重后果，因此，定期核對現場儀表數據和中控數據必不可少。

　　2.完善的維護保養制度。自動化設備比手動設備復雜、精密度高，其價值也較高，因此，需指派專人對自動化設備進行維護保養，定期檢查設備運行情況，發現問題立即糾正，各監測儀表需定期自校或檢定，以保證其正確運行。

　　3.嚴密的員工操作培訓制度。自動化生產線中，無論是在現場還是在中控，其操作方法與傳統生產都存在很大差異，對操作員的素質要求更高。因此，必須建立一套完善的培訓制度。不管是現場操作員、現場巡查員，還是中控操作員，都必須能夠及時發現狀況，妥善處理突發事件，減少風險，降低損失，這一點對自動化生產線的正常運行來說非常重要。

　　外加劑的生產，從以前的小作坊發展到今天的規模化自動化工廠，其中需要探索和改進的東西還有很多，因為這涉及到多類專業的結合，如機械、化工、儀表、自動化、工藝設計等，我們需要去了解各類專業知識，將其融合運用到外加劑生產中，不斷改進和創新，這樣方可實現自動化生產控制的最優化和企業效益最大化。