水性聚氨酯涂料生产自控系统
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物料定 量 称 重。 通 过 称 重 罐 对 物 料 进 行 称 重，称重罐由 3 个称重传感器形成三角支撑，总重 为 3 个传感器的总和。储料罐中的物料通过电磁 阀的开闭加入称重罐，由 PLC 采集电子秤当前重 量，与设定值实时比较，当重量达到设定值时关闭 电磁阀，实现重量控制。
数据采集与记录。本项目需采集实时数据并 记录。通过 PLC 采集 数 据，由 WinCC 显 示 并 存 储，以便后续查看并改进工艺。
c． 滴加液配置。滴加罐中加入定量水、L 料 和 M 料并搅拌一定时间，在固定时刻滴加入 B2、 B3 罐。
d． 成品配置。通过 4 个称重罐和粉料槽分 别依次称量不同重量的水、H 料、E 料、P 料、分散 液、P 料、Q 料、L 料、K 料、I 料、滴加液（ 一定时间 内加完） 、H 料、D 料、E 料（ 分两次加入，第 1 次加 入后搅拌一定时间再进行第 2 次加入） 及相应的 冲洗水加入 B2、B3 搅拌罐，每加入一种物料均需 搅拌一定时间后方可加入下一种物料。流程结束 后送质检，合格则装入成品罐，不合格则继续搅拌 或人工加入物料进行调节，直至质检合格后送入 成品罐。 2 控制系统的功能
值通过工控机记录） 。 4 个 控 制 柜 是 电 控 系 统 的 核 心，由 于 一 个
PLC 最多只能带 8 个模块，而此项目控制变量多， 所需模块数量多，因此设计了 1 个主站和 4 个从 站，每个主站和从站带有各自的数字量和模拟量 模块（ 图 3） ，以实现项目控制需求，采用 Step7 编 写程 序。 主 站 和 从 站 采 用 Profibus-DP 总 线 连 接［4］，相较于一般总线来说更为稳定、高速且成本 低，可快速有效地进行数据传输，理论上 S7-300 PLC 可带 124 个从站。
关键词 自控系统 涂料 PLC 组态 上位机 监控界面
中图分类号 TH862
文献标识码 B
文章编号 1000-3932( 2019) 03-0178-05
水性涂料以水作为稀释剂和清洗剂，避免了 使用对环境有害的有机溶剂，减少了对环境的污 染，同时具有更优异的不沾性和耐用性［1］。为了 提高生产效率，提升产品竞争力，节约人力成本， 保证原料物料用量的精确，并实现物料用量数据 的自动采集记录［2］，以聚氨酯水性涂料自动化生 产项目为例，介绍水性聚氨酯涂料生产自控系统 的配置、组态、软件主流程和上位机监控界面的设
图 1 水性聚氨酯涂料生产线组成简图
① 作者简介： 燕夏婧（1994-） ，硕士研究生，从事热塑性复合材料自动纤维铺放设备及铺放工艺研究。 通讯作者： 闫宝瑞（1962-） ，高级工程师，从事机械电子及各类自动化控制系统的研究，yanbr@ mail． buct． edu． cn。
第3 期
燕夏婧等． 水性聚氨酯涂料生产自控系统
图 2 硬件连接
பைடு நூலகம்
180
化工自动化及仪表
第 46 卷
须不同，否则会出现通信错误。除此之外，为了避 免突然断电导致 CPU 无法保存当前状态而出现 的加工流 程 错 误，还 为 控 制 系 统 配 备 了 UPS 电 源，在断电时保证 PLC 正常工作，直至设备重新 通电，继续进行当前流程。通过 WinCC 进行工控 机程序的编写，实现生产过程中物料重量、电机转 速的实时监视与记录［3］。两个触摸屏分别位于称 重层和另一车间的加料处，称重层触摸屏便于操 作工人实时观察称重量，加料车间处触摸屏主要 供操作工向 15 个储罐加料并记录加入物料量（ 该
计与应用。 1 工艺流程简介
水性聚氨酯涂料生产线（图 1） 共设有 3 层平 台，3 层 平 台 上 分 别 布 置 有 17 个 原 料 储 罐 （ A1X ～ A15X、Ｒ1、Ｒ2 对应原料为 A ～ Q） ，4 个称 重罐（ ZC1 ～ ZC3、ＲC1） ，2 个滴加罐（ DJ1、DJ2） ，1 个粉料槽，1 个分散罐（ B1） ，2 个搅拌罐（ B2、B3） 和 1 个成品罐（ B4） 。
178
化工自动化及仪表
第 46 卷
水性聚氨酯涂料生产自控系统①
燕夏婧1 张继深2 闫宝瑞1
（1． 北京化工大学机电工程学院； 2． 秦皇岛市抚宁化轻机械厂）
摘 要 介绍聚氨酯水性涂料生产自控系统的组成及其生产流程。S7-300PLC 作为下位机控制器编写
程序，给出 PLC 系统配置与组态; 采用 WinCC 作为上位机监控软件，给出部分界面设计。
水性聚氨酯涂料生产自控系统要求实现加料 顺序控制、物料定量称重、数据采集与记录和储罐 液位测定功能。
加料顺序控制。本项目涉及到的制品不是多 种物料的简单混合搅拌，而是需要加入某种物料 搅拌一定时间后再加入另一种物料继续搅拌，最 终制成成品。同时，还需提前制备分散液和滴加 液，在流程固定时间加入。这就要为 17 种物料分 别定义标志位，需要加入某种物料则相应标志位 置 1，通过识别该标志位确定当前需要打开的阀 门。
179
水性聚氨酯涂料生产工艺流程主要分为 4 个 步骤：
a． 分散料配置。通过 4 个称重罐和粉料槽 分别依次称量不同重量的水、A 料、D 料、B 料、粉 料、C 料、E 料、P 料及相应的冲洗水，加入 B1 分 散罐中，每加入一种物料均需搅拌一定时间后方 可加入下一种物料。
b． 稀释液配置。先通过 ＲC1 称量一定重量 的水，之后由人工将某原料加入滴加罐，搅拌至完 全稀释后在固定时刻加入 B2、B3 罐。
图 3 硬件组态
3． 2 PLC 程序
分散罐 B1 用于分散液的制备，且物料与物料加
储罐液位测定。由于储罐位于第 3 层平台， 与厂房顶部距离较近，因此需采用差压式液位传 感器进行液位的测定，并要求该液位在工控机和 加料处的触摸屏上实时显示，帮助操作工了解物 料状态以便进行物料的补充。 3 电控系统 3． 1 PLC 组态
如图 2 所示，本项目控制部分硬件设有 2 台 工控机、2 个触摸屏和 4 个控制柜，通过 Profibus 实 现 通 信 。需 要 注 意 的 是 ，每 个 设 备 设 定 地 址 必
数据采集与记录。本项目需采集实时数据并 记录。通过 PLC 采集 数 据，由 WinCC 显 示 并 存 储，以便后续查看并改进工艺。
c． 滴加液配置。滴加罐中加入定量水、L 料 和 M 料并搅拌一定时间，在固定时刻滴加入 B2、 B3 罐。
d． 成品配置。通过 4 个称重罐和粉料槽分 别依次称量不同重量的水、H 料、E 料、P 料、分散 液、P 料、Q 料、L 料、K 料、I 料、滴加液（ 一定时间 内加完） 、H 料、D 料、E 料（ 分两次加入，第 1 次加 入后搅拌一定时间再进行第 2 次加入） 及相应的 冲洗水加入 B2、B3 搅拌罐，每加入一种物料均需 搅拌一定时间后方可加入下一种物料。流程结束 后送质检，合格则装入成品罐，不合格则继续搅拌 或人工加入物料进行调节，直至质检合格后送入 成品罐。 2 控制系统的功能
值通过工控机记录） 。 4 个 控 制 柜 是 电 控 系 统 的 核 心，由 于 一 个
PLC 最多只能带 8 个模块，而此项目控制变量多， 所需模块数量多，因此设计了 1 个主站和 4 个从 站，每个主站和从站带有各自的数字量和模拟量 模块（ 图 3） ，以实现项目控制需求，采用 Step7 编 写程 序。 主 站 和 从 站 采 用 Profibus-DP 总 线 连 接［4］，相较于一般总线来说更为稳定、高速且成本 低，可快速有效地进行数据传输，理论上 S7-300 PLC 可带 124 个从站。
关键词 自控系统 涂料 PLC 组态 上位机 监控界面
中图分类号 TH862
文献标识码 B
文章编号 1000-3932( 2019) 03-0178-05
水性涂料以水作为稀释剂和清洗剂，避免了 使用对环境有害的有机溶剂，减少了对环境的污 染，同时具有更优异的不沾性和耐用性［1］。为了 提高生产效率，提升产品竞争力，节约人力成本， 保证原料物料用量的精确，并实现物料用量数据 的自动采集记录［2］，以聚氨酯水性涂料自动化生 产项目为例，介绍水性聚氨酯涂料生产自控系统 的配置、组态、软件主流程和上位机监控界面的设
图 1 水性聚氨酯涂料生产线组成简图
① 作者简介： 燕夏婧（1994-） ，硕士研究生，从事热塑性复合材料自动纤维铺放设备及铺放工艺研究。 通讯作者： 闫宝瑞（1962-） ，高级工程师，从事机械电子及各类自动化控制系统的研究，yanbr@ mail． buct． edu． cn。
第3 期
燕夏婧等． 水性聚氨酯涂料生产自控系统
图 2 硬件连接
பைடு நூலகம்
180
化工自动化及仪表
第 46 卷
须不同，否则会出现通信错误。除此之外，为了避 免突然断电导致 CPU 无法保存当前状态而出现 的加工流 程 错 误，还 为 控 制 系 统 配 备 了 UPS 电 源，在断电时保证 PLC 正常工作，直至设备重新 通电，继续进行当前流程。通过 WinCC 进行工控 机程序的编写，实现生产过程中物料重量、电机转 速的实时监视与记录［3］。两个触摸屏分别位于称 重层和另一车间的加料处，称重层触摸屏便于操 作工人实时观察称重量，加料车间处触摸屏主要 供操作工向 15 个储罐加料并记录加入物料量（ 该
计与应用。 1 工艺流程简介
水性聚氨酯涂料生产线（图 1） 共设有 3 层平 台，3 层 平 台 上 分 别 布 置 有 17 个 原 料 储 罐 （ A1X ～ A15X、Ｒ1、Ｒ2 对应原料为 A ～ Q） ，4 个称 重罐（ ZC1 ～ ZC3、ＲC1） ，2 个滴加罐（ DJ1、DJ2） ，1 个粉料槽，1 个分散罐（ B1） ，2 个搅拌罐（ B2、B3） 和 1 个成品罐（ B4） 。
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化工自动化及仪表
第 46 卷
水性聚氨酯涂料生产自控系统①
燕夏婧1 张继深2 闫宝瑞1
（1． 北京化工大学机电工程学院； 2． 秦皇岛市抚宁化轻机械厂）
摘 要 介绍聚氨酯水性涂料生产自控系统的组成及其生产流程。S7-300PLC 作为下位机控制器编写
程序，给出 PLC 系统配置与组态; 采用 WinCC 作为上位机监控软件，给出部分界面设计。
水性聚氨酯涂料生产自控系统要求实现加料 顺序控制、物料定量称重、数据采集与记录和储罐 液位测定功能。
加料顺序控制。本项目涉及到的制品不是多 种物料的简单混合搅拌，而是需要加入某种物料 搅拌一定时间后再加入另一种物料继续搅拌，最 终制成成品。同时，还需提前制备分散液和滴加 液，在流程固定时间加入。这就要为 17 种物料分 别定义标志位，需要加入某种物料则相应标志位 置 1，通过识别该标志位确定当前需要打开的阀 门。
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水性聚氨酯涂料生产工艺流程主要分为 4 个 步骤：
a． 分散料配置。通过 4 个称重罐和粉料槽 分别依次称量不同重量的水、A 料、D 料、B 料、粉 料、C 料、E 料、P 料及相应的冲洗水，加入 B1 分 散罐中，每加入一种物料均需搅拌一定时间后方 可加入下一种物料。
b． 稀释液配置。先通过 ＲC1 称量一定重量 的水，之后由人工将某原料加入滴加罐，搅拌至完 全稀释后在固定时刻加入 B2、B3 罐。
图 3 硬件组态
3． 2 PLC 程序
分散罐 B1 用于分散液的制备，且物料与物料加
储罐液位测定。由于储罐位于第 3 层平台， 与厂房顶部距离较近，因此需采用差压式液位传 感器进行液位的测定，并要求该液位在工控机和 加料处的触摸屏上实时显示，帮助操作工了解物 料状态以便进行物料的补充。 3 电控系统 3． 1 PLC 组态
如图 2 所示，本项目控制部分硬件设有 2 台 工控机、2 个触摸屏和 4 个控制柜，通过 Profibus 实 现 通 信 。需 要 注 意 的 是 ，每 个 设 备 设 定 地 址 必