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摘  要：本文是生产线投料系统的优化以及厂房消防系统的技改研究，从改造投料和消防系统的必要性出发，结合某有机硅公司的实际情况，介绍了对投料系统进行自动化改造的方案，针对手动加料存在的弊端，提出了新增仪表及管道系统、DCS系统还有机器人加料系统的建议，讨论了厂房消防系统的技改方向，具体涉及消防管路改造、消防设备改造两方面，分析了项目改造效益，指出本次改造所取得成果基本达到预期，希望为行业内从业人员提供参考。

关键词：生产线；投料系统；消防系统

引言

对消防系统的改造优化，不仅能够满足当前工厂产线安全生产需求，也能够确保生产线投料系统功能更加稳定。针对生产线而言，需要重点关注投料系统，注重材料输送系统构建，通过做好自动化组装设备安装测试，采取与之相关的自动化生产设备，使得生产线的结构更加紧凑，各个部分的连接更为准确科学，为材料的自动化传送与加工提供支持。文章基于对本项目生产线投料系统与厂房消防系统改造施工的研究，为节能环保发展理念落实夯实了基础。

1 项目概况

目前，某有机硅公司决定对既有生产线进行升级，通过新建传输管线和改造投料系统，提高生产线的自动化程度，使各批次产品的生产时间从3.05h缩短至2.5h，液体硅橡胶年产能达到6000t。除此之外，公司管理层还要求对厂房内部既有消防系统进行技改，以提高厂房安全系数，为工人的安全提供保障。

2 生产线投料系统自动化改造

2.1 手动操作加料弊端

原生产线投料的方法是利用气动桶泵将200L容量大桶内的原辅材料均匀打入10L容量或20L容量的小桶，在电子秤上分别称量空桶重量A（电子秤去皮清零）、盛料后小桶重量B、投完料后小桶的重量C，利用减重法的原理来精确计算原辅材料加入重量，防止因物料本身粘性导致的挂壁而影响加入量，物料加入量=B-C。随后，由工人拎桶，通过人工的方式将原辅材料添加到对应移动反应器内[1]。手动加料存在以下弊端：单批次生产会耗费大量时间，产能与市场发展需求不匹配；加料精度不理想；劳动强度大；现场狭窄的空间内需要摆放大量物料，加之产线附近有较多机动车辆驶过，难以保证工人的安全。为解决上述问题，决定根据成品仓库布局新建生产线，在增加产品产能的前提下，针对性地引入全新技术，以弥补原生产线的缺陷。

2.2 自动化改造

2.2.1 仪表及管道系统

新添加6个存储原辅材料的储罐、泵送原料的齿轮泵、仪表还有管道系统，以达到自动化加料的目的，如图1所示。先用叉车将物料平稳转移至罐区，再用桶泵将200L容量大桶内的物料转移到储罐内，该环节用液位计对储罐液位加以控制。在生产线有加料的需要时，利用DCS系统远程启动储罐自带的出料泵，以当时生产的产品配方为依据，用质量流量计和自动阀门来自动计算和精确控制加入量，将储罐内的物料打入反应器，确保物料能够直接参与产品的生产。

2.2.2 DCS控制系统

以储罐出口管线为载体，加装质量流量计，对打入反应器的物料总量进行计量，在DCS系统的配合下，实现对加料重量的精确控制。此外，为解决工人加错料的问题，还引入了红外扫描系统，产品生产过程中，该系统主要负责对桶身标签所标记物料名称、具体批号加以识别，将识别所得到信息同步至DCS系统，由DCS系统对比预设信息、红外扫描系统所提供信息，由此解决打入物料种类和生产线所需要物料种类不符的问题[2]。

上文所提到的DCS系统与集中控制系统的区别主要体现在架构层面，该系统采用分布式架构，将控制任务分散到各个控制单元，实现了更高的可靠性、可拓展性和灵活性。DCS系统由控制器、工作站和现场仪表组成，其中，控制器负责实时监测、控制和调度生产过程中的各个参数及设备，工作站用于人机交互以及监控操作，现场仪表负责采集和传输现场数据，各个组件通过通信网络相互连接，实现数据的共享和传递[3]。利用DCS控制生产线物料投加的优点主要体现在以下几个方面：一是系统采用分散式架构，各个控制单元之间可以独立运行，即使某个单元故障，其他单元仍然可以正常运行；二是系统可以根据企业的需求扩展升级，生产规模扩大或新增生产线时，只需添加新的控制单元和工作站，无需修改整个系统的结构；三是系统可以根据不同的工艺流程定制，通过灵活的控制策略和参数配置，满足各种复杂的工业过程控制需求；四是系统能够实时采集、处理和存储大量的数据，通过数据分析和统计，帮助企业完成生产过程的优化和改进，提高生产效率、质量；五是系统提供直观友好的人机界面，便于使用者监控和操作设备，通过图形化界面和报警系统，及时发现并解决问题，降低操作风险。

2.2.3 机器人辅助加料系统

原生产线投加主料需要用到抱桶器、叉车，先将抱桶器固定在叉车自带的叉齿上，再通过抱桶器固定200L容量大桶，最后操作叉车提高大桶，将同类主料投加到反应器内。该加料方式需要频繁使用叉车，对操作空间有严格要求，但由于现场空间有限，因此，工人的安全极易受到威胁。针对该情况，决定使用Dalmac公司生产的MAXIPARTNER Equo MEC气动机器人手臂替代传统叉车，在工人的操作下完成加料。

该装置由多个气动驱动的关节组成（如图2所示），可以模拟人类手臂的运动，具有高速度、高精度和灵活的优点，工作重量最大为260kg，工作半径最大可达3800mm，提升高度在900mm至3200mm之间，工作压力最小是0.8MPa。采用气动元件作为动力源，通过压缩空气驱动关节的运动，响应速度快、控制方便且成本低，适用于高速操作和重复动作。装置由多个关节连接而成，每个关节都可以独立控制，此种设计使得手臂能够实现多自由度的运动。由于气动驱动的特性，该装置的关节运动速度较快，能够在短时间内完成任务，同时可以结合高精度的传感器和控制系统，实现精确的位置、姿态控制。设计灵活，可以根据具体应用需求定制，以适应不同的操作任务。装置通常采用轻量化材料和结构设计，具有较低的惯性和冲击力，降低了意外损伤和安全风险。现阶段，该装置被广泛应用于自动化装配线、包装和搬运系统等领域，能够提高生产效率、减少劳动力成本，同时保障质量和安全。需要注意的是，虽然该装置具有高速度和高精度等优点，但受气动驱动特性影响，其控制系统相对复杂，需要酌情采取恰当的控制策略，以确保稳定和可靠的运行。事实证明，改用机器人后，现场安全系数明显提高，同时工人的劳动强度也有所减小。

3 厂房消防系统改造

3.1 消防管路改造

厂房火灾危险类别是丙类，要求耐火等级达到二级，本项目中，将物流区改造成工艺生产区，为保证该防火分区独立运行，需改造消防管路。本次改造厂房已配备水喷淋系统、灭火器和室内外消火栓系统，改造对象为水喷淋系统、灭火器以及室内消火栓。改造方案及要点如下：对厂房进行全面的消防管网布置设计，考虑厂房的结构、用途、火源情况以及人员疏散等因素，决定通过消防水管网向厂房提供消防用水，供水的水管直径350mm，供水压力为9bar，确保管路覆盖全面，达到最佳的灭火效果。改造时，选用不燃性材料作为消防管材料，可耐高温、耐腐蚀，同时能够保证管材连接方式的可靠性和耐久性。室内消火栓单体设计流量是25L/s，考虑到厂房内自动喷淋灭火系统已经投入使用，按照GB50974-2014规定，单体设计流量可以减少到10L/s，火灾延续时间未发生改变，仍为3h。消火栓供水管的直径为100mm，供水压力在0.85Mpa左右，管后安装有减压专用阀组，经过减压处理后，供水压力减小到0.58Mpa左右，对应出口压力为0.35Mpa。改进既有排水系统，调整排水井、管道和排水泵等部分，确保消防用水能迅速排出而不影响灭火效果。除喷淋系统外，某些区域需要用到喷洒管路、喷嘴和泵站等组件组成的喷洒系统，根据实际需要和防护要求正确安装。更新自动火灾报警系统，与消防管路联动，以实现火灾的早期发现和迅速报警。改造后的消防管路具有清晰的标识，标识内容包括管道名称、流向箭头和紧急关闭阀等，具体见图3。

3.2 消防设备改造

厂房内新增数具手提灭火器，以应对中危险级的火灾。其中，生产区、排烟机房应配置10具保护距离能够达到12m的干粉灭火器，日用罐区配备6具保护距离可达9m的干粉灭火器[4]。灭火器统一放置在专业的灭火器箱内部，且各配置点所配置灭火器的数量均应为2具，二者互为备用，以免由于灭火器失效，导致火情蔓延。另外，目前，厂房办公区域、生产区域和仓库均存在喷水灭火系统，喷水覆盖面积和强度见表1：

改造生产区域实测净高在8m至12m间，喷水覆盖面积约160m²，强度约20L/min·m²，流量约68L/s，未达到喷淋系统所设计流量的最大值，故将系统流量调整至135L/s，在连续1h不间断供水的条件下，单次用水量在486m³左右[5]。

4 改造效益分析

本项目取得了以下效益成果：通过改造投料系统，液体硅橡胶的年产量增加到6000吨，工业产值增加约11700万元，为企业高质量发展提供有力支持；通过调整原有生产工艺，压缩了批次时间，减小了劳动强度，提高了安全系数；通过改造消防系统，提升灭火效果和速度，使得灭火水能迅速覆盖火源，更加有效地控制和扑灭火灾；通过更换管道还有阀门，减少泄露和故障的可能性；通过更新水泵和电气设备，确保系统能够正常工作。综上，本项目表明企业对员工、客户的安全负责，提升了企业的社会形象和声誉。

5 结论

基于投料系统、消防系统技改项目，就改造方案及要点展开讨论，通过新增仪表和管道系统、引入DCS系统、改用机器人加料系统，证明了投料系统技改方案的有效性，使生产线自动化投料的设想成为现实。此外，根据厂房内的情况，提出改造消防系统的建议，并分别针对消防管理、消防设备制定了完整且可行的改造方案。综上所述，本文结合某有机硅公司情况，制定了对投料系统、消防系统进行技改的方案，对其他公司的技改项目有指导价值。

参考文献：

[1] 燕利珍， 郑志枭， 王寅， 等. 消防系统设置及洁净电子厂房建设过程检测分析[J]. 安装， 2023， （S2）： 71-72.

[2] 杨婧雯. 电子类生产厂房建筑消防系统的设计与选型[J]. 上海建设科技， 2023， （03）： 18-21.

[3] 苏冠领， 余金永， 李元庆. 工业机器人投料系统在自动化生产线上的应用研究[J]. 科技创新与应用， 2022， 12（15）： 166-169.

[4] 赵东升. 超大型电子工业洁净厂房给排水及消防系统设计[J]. 中国给水排水， 2021， 37（14）： 99-104.

[5] 钱仁飞， 刘志坚， 马俊滨， 等. 化纤生产线中原料智能化精准配料及投料系统改进研究[J]. 合成纤维， 2019， 48（06）： 52-56.

作者简介：陈健，男，汉族，1974.10-，江苏苏州人，硕士研究生，工程师，研究方向：安全管理