氣力輸送系統(tǒng)的自動化解決方案
1 引言
氣力輸送是化工行業(yè)中最常用的固體散料輸送方式。高效穩(wěn)定的輸送系統(tǒng)是保證生產(chǎn)裝置連續(xù)運行的必要條件，德國科倍隆公司是全球首屈一指的專業(yè)氣力輸送廠家，其高性能的輸送系統(tǒng)運行在全球的各個角落。遼寧錦西石化的15萬噸/年的聚丙烯項目中的輸送部分經(jīng)各方考察、比較后最終確定采用科倍隆系統(tǒng)。
本系統(tǒng)采用稀相輸送工藝，共有送料、摻混、打包三條輸送線。送料線部分負責(zé)將擠出機擠出的粒料送到預(yù)先選定的目標料倉中;摻混線的功能是將粒料均化，以保證產(chǎn)品的品質(zhì);打包線將摻混后粒料送到打包料倉中儲存。料倉共6個，兼儲存、摻混用途，三條線共用，因此涉及的如蝶閥、旋轉(zhuǎn)閥、過濾器等共用設(shè)備眾多，聯(lián)鎖繁雜。料倉工程現(xiàn)場如圖1所示。
2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
項目使用siemens公司s7-300/400系列plc構(gòu)建控制系統(tǒng)。為了滿足客戶的cpu和上位機冗余安全性要求，并且所有數(shù)據(jù)要和dcs交換，考慮到現(xiàn)場io點數(shù)多、公用設(shè)備多、聯(lián)鎖復(fù)雜等因素，cpu采用s7414-4h，通過profibus-dp網(wǎng)絡(luò)掛接et200站組成分布式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
2.1 硬件配置
(1)s7 414-4h：“熱備”模式的s7-400h
的運行是根據(jù)主動冗余原理，在發(fā)生故障時，無擾動地自動切換。因此無故障時兩個子單元都在運行狀態(tài)。如果發(fā)生故障，正常工作的子單元能獨立地完成整個過程的控制。高可靠的冗余系統(tǒng)確保了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
(2)et200m：是一種適合和冗余系統(tǒng)配合使用的高性能分布式io系統(tǒng)，配備有源底板，所有模塊可帶電熱插拔。
(3)cp341：用于和dcs交換數(shù)據(jù)不占用cpu資源，在et200站上配備了cp341，采用modbus協(xié)議通信。
(4)hmi：共兩臺工控機，一臺工程師站和一臺操作員站，兩臺hmi組態(tài)為冗余模式。
2.2 軟件配置
(1)wincc6.2：符合工業(yè)標準的高可靠性、良好開放性的新一代hmi系統(tǒng);
(2)wincc/redundancy：可并行運行兩個鏈接的wincc單用戶系統(tǒng)或服務(wù)器pc，這二臺pc彼此監(jiān)視對方，當(dāng)服務(wù)器中有一個出現(xiàn)故障時，第二個服務(wù)器承擔(dān)整個系統(tǒng)的控制任務(wù)。當(dāng)故障的服務(wù)器恢復(fù)運行時，所有消息內(nèi)容和過程值歸檔都會被復(fù)制回恢復(fù)的服務(wù)器。
3 動態(tài)切倉解決方案及實現(xiàn)
3.1 功能設(shè)計
化工行業(yè)的生產(chǎn)具有連續(xù)性特點，送料線是氣力輸送系統(tǒng)和擠出系統(tǒng)的聯(lián)接部分，其能否穩(wěn)定、可靠的長期運行將關(guān)系到整個聚丙烯裝置的生產(chǎn)效益。在該線的關(guān)鍵工藝-換倉處理上，目前國內(nèi)基本上采用操作員手動切倉或單倉輸送模式，這兩種方式均不夠靈活、自動化程度較低，為提高輸送線生產(chǎn)效率、更好的體現(xiàn)自動化的優(yōu)勢，本系統(tǒng)決定采用軟件實現(xiàn)其動態(tài)切倉功能。
3.2 技術(shù)路線
為實現(xiàn)動態(tài)切倉，需要plc產(chǎn)生并記錄以下信息：
(1)選中的料倉數(shù)量;
(2)料倉順序號;
(3)當(dāng)前加料的料倉編號;
(4)當(dāng)前料倉狀態(tài)，空閑、滿倉、區(qū)域等信息。
當(dāng)操作員在hmi上點擊相應(yīng)的料倉選擇按鈕時，plc程序計算當(dāng)前的料倉順序號，同時在相應(yīng)的按鈕上顯示該料倉的順序號，在加料時根據(jù)生成的順序號自動切換;當(dāng)送料線程序自動切換到預(yù)先選擇的最后一個料倉(一般送料線占用三個或四個料倉)加料時，系統(tǒng)發(fā)出提示信息告知操作員可以重新選倉，操作員點擊“動態(tài)選倉”按鈕，彈出《運行時選倉畫面》，若料倉目前為空閑
(未被摻混線或打包線使用，也不在沖洗模式)狀態(tài)，則畫面上的選擇按鈕為可操作狀態(tài)，plc程序根據(jù)操作員的點擊順序重新生成順序號，再根據(jù)順序號對選擇的料倉逐個加料。如果操作員不重新選倉的話，程序進入循環(huán)切倉模式，即切換到預(yù)先選擇的第一個料倉進行加料。運行時選倉窗口界面如圖3所示。
3.3 實現(xiàn)方法
在編程時為料倉建立一個結(jié)構(gòu)變量以儲存料倉信息，包含順序號、當(dāng)前料位等數(shù)據(jù)，圖4、圖5分別是在db塊中的料倉數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)原型。
動態(tài)切倉功能有效的保證了送料線可以長期的連續(xù)不間斷運行，較大的提高了生產(chǎn)效率，為聚丙烯裝置連續(xù)生產(chǎn)提供了必要條件。
4 完善的信息提示功能
一個優(yōu)秀的控制系統(tǒng)首先給人的第一感覺應(yīng)該具備良好的人機交互能力，科倍隆一直不主張讓業(yè)主的維護人員自主進入s7程序查看信息數(shù)據(jù)，因為這樣在查找故障時效率低下且有可能會導(dǎo)致不必要的錯誤，因此要求在hmi上向操作人員以及維護人員提供全面的系統(tǒng)信息。
按照控制工藝，每條線的主畫面上方顯示該線的啟動條件、當(dāng)前流程信息、停機原因等，操作員進入該線完成設(shè)備預(yù)選后，“il”(啟動聯(lián)鎖)欄會以文本方式提示未滿足的條件，操作員或維護人員根據(jù)提示操作相應(yīng)設(shè)備或排除故障，當(dāng)所有啟動條件滿足后，啟動聯(lián)鎖欄顯示“ok”，操作員點擊“啟動”按鈕，該線即進入啟動流程，“pm”(過程信息)欄顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的程序流程，讓操作員實時掌握程序運行狀況，當(dāng)啟動流程完成進入輸送狀態(tài)后該欄顯示“lineis on”。
輸送線停止方式有兩種，分別為正常停車和快速停車，正常停車即程序按照停車流程逐步停止該線所有相關(guān)設(shè)備，此時“pm”欄會顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的停車流程;快速停車則省略了停車時的吹掃過程，適用于一些比較緊急的狀況，停車時“sr”欄會顯示本次停車原因，該信息一直保存到輸送線下一次運行時才被清除。輸送線實時信息如圖6所示。
5 結(jié)構(gòu)化編程
由于現(xiàn)場設(shè)備眾多，為提高編程效率與開發(fā)速度，一般均采用結(jié)構(gòu)化編程模式，這也是西門子推薦的編程方式。具體實現(xiàn)方法如下。
5.1 plc側(cè)
scl是西門子step7專業(yè)版提供的一種可以使用類似高級語言編程的開發(fā)工具，由于使用類pascal語言，對于熟悉高級語言編程的人來說可以極大的提供程序開發(fā)效率。
根據(jù)工藝要求為每個設(shè)備對象編制fb或fc，包括電機控制塊、蝶閥控制塊、三通閥控制塊、模擬量處理塊、氣量計算模塊等。
在使用scl編寫fb/fc時，一律采用局部地址，控制邏輯在fb/fc內(nèi)部完成，對外僅提供調(diào)用接口。例如：按照科倍隆要求，hmi上的設(shè)備圖標在故障到來而操作員未應(yīng)答時閃爍，應(yīng)答而故障未離開則紅色不閃爍，因此定義了如7圖所示的輸出接口。
在wincc中僅讀取“qstate”的值，其它輸出接口用于plc內(nèi)部程序邏輯，這樣既可以在hmi實時顯示設(shè)備狀態(tài)又節(jié)約了外部變量點數(shù)。限于篇幅，其它接口及具體內(nèi)部邏輯不再貼出了。
5.2 wincc側(cè)
根據(jù)操作員的操作習(xí)慣及一些人性化考慮，為每個設(shè)備對象編制畫面模板，每個畫面模板對應(yīng)一個fb，pcs7中的faceplate就是這種方式，只是功能多了很多，如圖8所示。
在wincc中建立結(jié)構(gòu)變量，其結(jié)構(gòu)對應(yīng)相應(yīng)的fb背景數(shù)據(jù)塊，在調(diào)用畫面模板時賦予其相應(yīng)的變量前綴即可;為提高組態(tài)速度，采用腳本自動解析方式，在連接結(jié)構(gòu)變量至udo原型時vb腳本自動賦予畫面模板的變量名前綴以及在畫面窗口標題欄上自動填寫設(shè)備名稱。解析變量名前綴的vbs代碼。如圖9所示。
結(jié)構(gòu)化編程極大的提高了編程效率與項目開發(fā)速度，也是plc編程的一種趨勢，在我所接觸的所有plc中，西門子的編程方法最為靈活與強大。
6 結(jié)束語
該項目于2009年四月試運行，七月正式交付使用，至今已穩(wěn)定運行一年多，用戶對系統(tǒng)完善的信息提示及人性化的操作非常滿意。尤其信息提示功能極大的方便了操作人員，對系統(tǒng)維護人員也有很大的幫助，維護人員無需進入step7即可診斷、排除大部分故障，極大的提高了工作效率及生產(chǎn)效益。
在使用西門子產(chǎn)品的過程中，對其結(jié)構(gòu)化的編程理念極為欣賞，基于這種編程方式，我們完全可以建立一套自己的s7功能塊庫、hmi界面庫，這樣的好處是可以避免重復(fù)勞動，減少程序出錯率及調(diào)試時間，極大的提高了工作效率。
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