引言

    耙料機(jī)是化肥生產(chǎn)包裝的重要設(shè)備，是大型化肥廠最大的移動設(shè)備。一般大型化肥廠都設(shè)有一座大型化肥散裝庫，在無包裝條件時(shí)由膠帶輸送機(jī)將化肥均勻撒入散裝庫中，當(dāng)需要包裝時(shí)再由耙料機(jī)將化肥耙到膠帶輸送機(jī)上。中國石化股份公司安慶分公司化肥廠上世紀(jì)70年代從法國引進(jìn)一套耙料機(jī)設(shè)備，長期處于惡劣的環(huán)境中經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，各電器元件老化嚴(yán)重，已進(jìn)入故障高發(fā)期。由于早期的繼電器控制系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若發(fā)生故障，故障原因難以查找，特別是一些進(jìn)口元件早已停產(chǎn)，備件來源無法保證，一旦損壞有脹庫的危險(xiǎn)。為保證設(shè)備的長期安全運(yùn)行，提高維修保養(yǎng)效率，降低一線工人勞動強(qiáng)度，提高工廠自動化水平，實(shí)現(xiàn)管理網(wǎng)絡(luò)化，控制無人化。設(shè)計(jì)一種基于可編程控制器(PLC)自動控制系統(tǒng)，改造原先的繼電器控制系統(tǒng)，是耙料機(jī)技術(shù)改造的可行方案。下面以中國石化股份公司安慶分公司化肥廠耙料機(jī)升級改造項(xiàng)目為例介紹一種以西門子S7-300PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)升級方案。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

    改造后的耙料機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)由控制主站和控制從站組成，主從站之間采用無線通訊與PROFIBUS-DP通訊兩種通訊方式，互為熱備?？刂浦髡驹O(shè)在散裝庫監(jiān)控室內(nèi)有兩臺工控機(jī)一用一備，控制從站設(shè)在耙料機(jī)上的行車內(nèi)。主站和從站均為可編程控制器。從站直接控制現(xiàn)場電氣設(shè)備的啟停、運(yùn)行，并接受現(xiàn)場設(shè)備信號，進(jìn)行簡單的信號處理，再將信號傳遞給主站；主站接收從站信息，將有關(guān)參數(shù)分析保存并顯示故障報(bào)警。系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程和本地兩種工作狀態(tài)下控制耙料機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括以下功能：

1)故障監(jiān)測保護(hù)：耙料機(jī)跑偏，電機(jī)綜合保護(hù)器信號，耙臂運(yùn)行到極限位置，堵料，拉線開關(guān)松弛。

2)設(shè)備啟動預(yù)警，耙料機(jī)啟動與要料信號互鎖。

3)通過主站可修改耙料機(jī)耙料與膠帶輸送機(jī)下料之間的延時(shí)參數(shù)。

4)主站組態(tài)界面動態(tài)顯示耙料機(jī)運(yùn)行情況及故障發(fā)生點(diǎn)。

5)主站可選擇遠(yuǎn)程或本地控方式。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不可更換。

2 系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由西門子S7-300系列PLC，工控機(jī)，電機(jī)綜合保護(hù)器，語音系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，各類傳感器的組成。采用PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)將各部分與監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。

2.1 PLC的選擇

PLC中央單元處理器選擇CPU 315-2DP它集成有一個(gè)MPI口(多點(diǎn)通信接口)和一個(gè)DP(PROFIBUS-DP)接口。它具有大容量程序存儲器，用于分布式和集中式I/O控制中。由于耙料機(jī)必須在車間內(nèi)來回移動，主站與從站間信號傳輸距離較長，采用DP通訊時(shí)必須在主從站之間使用信號中繼器增加傳輸距離。主站與工控機(jī)通過CP343-1工業(yè)以太網(wǎng)模塊連接。為了給日后升級留出可用的空間，一般在設(shè)計(jì)時(shí)按實(shí)際需要輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的120％確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。因此主站選擇8點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊與16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊。從站4個(gè)機(jī)架共選用14塊8點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊，5塊8點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊，一個(gè)12通道模擬量輸入模塊。

2.2 電機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)

電機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)為行走電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)等裝置提供電源，并對其進(jìn)行控制和保護(hù)。它可進(jìn)行過載，接地漏電，短路，缺相和欠壓等保護(hù)。并可將故障信號輸入從站PLC輸入模塊中，PLC控制器運(yùn)算后發(fā)出指令控制電機(jī)，并將故障信號輸出給主站PLC。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)由兩部分組成，PLC程序設(shè)計(jì)與上位機(jī)組態(tài)界面設(shè)計(jì)。

3.1 PLC程序

監(jiān)控系統(tǒng)有兩種工作方式，遠(yuǎn)程控制方式與本地控制方式。遠(yuǎn)程控制方式又可分為自動控制與手動控制。在遠(yuǎn)程自動控制方式下耙料機(jī)根據(jù)事先存儲在PLC內(nèi)的程序自動控制啟停，各種保護(hù)均投入；遠(yuǎn)程手動控制方式下，監(jiān)控室內(nèi)的操作員從上位機(jī)發(fā)出啟停指令，各種保護(hù)均投入。在本地控制方式下，操作員在耙料機(jī)行車操作臺上手動按下啟停和動作按鈕，僅通過從站PLC控制耙料機(jī)。此時(shí)監(jiān)控室上位機(jī)僅顯示工作狀況。

PLC程序設(shè)計(jì)主要包括主站程序和從站程序兩部分，主站程序僅負(fù)責(zé)與從站的通訊調(diào)用從站程序。子站程序包括各種工作方式下的啟停控制程序，模擬量采集程序，數(shù)字開關(guān)量的采集、處理程序。故障診斷處理程序，與上位機(jī)通訊程序。

從站PLC自動控制程序流程圖如圖2所示。

圖2 從站PLC自動控制流程圖

3.2 上位機(jī)組態(tài)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于對耙料機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行集中監(jiān)控，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與主站PLC相連。上位機(jī)操作系統(tǒng)選用Windows XP，上位機(jī)監(jiān)控軟件選用WinCC 6.1組態(tài)軟件。上位機(jī)的主要功能是對耙料機(jī)的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，監(jiān)控耙料機(jī)的運(yùn)行，繪制并保存重要參數(shù)變化曲線。上位機(jī)組態(tài)的使用大大方便了現(xiàn)場操作人員對設(shè)備的操作，由于化肥散裝庫必須全封閉，夏天的高溫和刺激性氣味使生產(chǎn)環(huán)境異常惡劣，系統(tǒng)改造后操作人員不必在現(xiàn)場行車內(nèi)操作，只需在監(jiān)控室內(nèi)工控機(jī)上即可完成所有操作。同時(shí)維護(hù)人員的工作量也大大簡化，以前耙料機(jī)的維護(hù)主要依靠維護(hù)人員經(jīng)驗(yàn)，改造后通過組態(tài)實(shí)現(xiàn)故障的診斷可視化，所有重要數(shù)據(jù)曲線保存。上位機(jī)組態(tài)界面圖如圖3所示。

圖3 上位機(jī)組態(tài)界面圖

4 結(jié)束語

本文采用PLC對耙料原有的繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，延長了耙料機(jī)的使用壽命，提高控制系統(tǒng)的可靠性，降低現(xiàn)場操作工人的勞動強(qiáng)度，方便故障診斷維修，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理的可視化、網(wǎng)絡(luò)化。經(jīng)過調(diào)試和運(yùn)行，本控制系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的控制要求，具有較高的可靠性，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)成本。