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西門(mén)子質(zhì)量流量計(jì)和PLC實(shí)現(xiàn)燒堿自動(dòng)發(fā)貨
介紹了燒堿自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用情況：即將質(zhì)量流量計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換后送給PLC，再通過(guò)程序控制發(fā)堿閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)貨；應(yīng)用OPC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸功能。
1 手動(dòng)發(fā)貨存在的問(wèn)題
青島海晶化工集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“青島海晶”）生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%和48%的離子膜法燒堿，對(duì)外銷(xiāo)售。原來(lái)運(yùn)輸堿的車(chē)要先通過(guò)汽車(chē)衡過(guò)磅得出皮質(zhì)量，然后到罐區(qū)裝堿，再到汽車(chē)衡過(guò)磅，計(jì)算出堿的凈質(zhì)量，zui后憑磅單出廠。其中堿發(fā)貨全部通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行，其操作方法如下：操作人員手動(dòng)打開(kāi)工藝發(fā)堿閥，然后按動(dòng)手動(dòng)按鈕開(kāi)泵，開(kāi)始發(fā)堿，堿管道上裝有高精度的質(zhì)量流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)將流量信號(hào)送到無(wú)紙記錄儀，操作人員根據(jù)無(wú)紙記錄儀上顯示的流量累積值判斷是否達(dá)到需要的發(fā)貨量，當(dāng)累積值接近發(fā)貨量時(shí)，迅速關(guān)閉工藝發(fā)堿閥，完成發(fā)堿操作。
該手動(dòng)操作存在以下問(wèn)題。①無(wú)法準(zhǔn)確控制發(fā)堿量。裝少了，要進(jìn)行第2次發(fā)堿，影響工作效率；裝多了，堿會(huì)溢出，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且可能威脅周?chē)ぷ魅藛T的安全。②操作人員工作量大，不僅要操作閥、泵，還要記錄無(wú)紙記錄儀的數(shù)據(jù)，用來(lái)計(jì)算下次的發(fā)堿量。③步驟繁瑣，發(fā)堿完成后，還要過(guò)磅得到準(zhǔn)確的質(zhì)量，造成了重復(fù)勞動(dòng)。
2 自動(dòng)發(fā)貨的實(shí)施
基于手動(dòng)發(fā)貨存在的問(wèn)題，青島海晶采用了如下解決方案：利用現(xiàn)有的質(zhì)量流量計(jì)作為流量測(cè)量元件；在管道上增加氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥控制堿的流動(dòng)；在操作室增加小型PLC控制系統(tǒng)，將各儀表、閥門(mén)和泵的信號(hào)接入PLC系統(tǒng)，PLC負(fù)責(zé)集中處理質(zhì)量流量計(jì)等現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的各種信號(hào)，并根據(jù)累積值控制泵和閥門(mén)執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)貨的目的。
2.1 質(zhì)量流量計(jì)與PLC系統(tǒng)
質(zhì)量流量計(jì)是較先進(jìn)的流量測(cè)量?jī)x表，主要依靠傳感器內(nèi)U型流量管的振動(dòng)測(cè)量流量。質(zhì)量流量計(jì)對(duì)質(zhì)量的直接測(cè)量不受流體特性參數(shù)的影響，測(cè)量流體的在線密度不需通過(guò)其他技術(shù)進(jìn)行周期性采樣，而且具有計(jì)量準(zhǔn)確度高、可靠性強(qiáng)、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。
自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)比較小，I/O總數(shù)在20個(gè)左右，數(shù)據(jù)運(yùn)算量也不大，因此選用了西門(mén)子公司的S7200小型PLC系統(tǒng)。S7200是西門(mén)子專(zhuān)門(mén)針對(duì)各種小型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邏輯控制裝置。該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，功能繁多，可以處理電流、電壓、脈沖、數(shù)字量、熱電阻等信號(hào)；內(nèi)含位邏輯、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算和各種智能模塊通信指令，可以針對(duì)各種控制應(yīng)用作出理想的解決方案。S7200支持上位機(jī)通信，可以在上位機(jī)上通過(guò)WinCC軟件顯示PLC內(nèi)的變量、定時(shí)器、I/O狀態(tài)，或?qū)ψ兞?、輸出進(jìn)行控制。
2.2 自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如下。①質(zhì)量流量計(jì)負(fù)責(zé)測(cè)量管道中流過(guò)的燒堿質(zhì)量，并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送給PLC。②在管道上加裝3個(gè)氣動(dòng)球閥，每個(gè)球閥的氣缸上都裝有電磁閥，電磁閥接收來(lái)自PLC的電信號(hào)，通過(guò)改變氣路控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制堿的流動(dòng)。每個(gè)球閥都帶有位置反饋遠(yuǎn)傳裝置，可以將閥的狀態(tài)信號(hào)送給PLC用于邏輯判斷。③在堿泵啟動(dòng)回路中串入PLC開(kāi)關(guān)信號(hào)，使PLC能控制堿泵的啟停；同時(shí)，堿泵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)反饋到PLC系統(tǒng)，用于邏輯判斷。④為防止PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響發(fā)貨，在機(jī)柜表面增加后備手動(dòng)開(kāi)關(guān)，操作人員在確認(rèn)PLC故障時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行發(fā)貨控制。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2.3 自動(dòng)發(fā)貨流程
PLC自動(dòng)發(fā)貨界面如圖2所示。
以質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%燒堿為例，操作人員首先將機(jī)柜表面“手/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置，然后在“發(fā)貨參數(shù)”頁(yè)面的“設(shè)定質(zhì)量”一欄輸入發(fā)堿量，確認(rèn)數(shù)值正確無(wú)誤后，點(diǎn)擊“開(kāi)始發(fā)貨”按鈕，PLC自動(dòng)發(fā)貨程序開(kāi)始運(yùn)行，先打開(kāi)回流閥，PLC接收到回流閥開(kāi)反饋信號(hào)后，會(huì)發(fā)出開(kāi)泵指令，泵啟動(dòng)后，堿在堿儲(chǔ)罐、泵和回流閥之間循環(huán)，保證管道內(nèi)充滿堿液，這樣可以減少質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量誤差，循環(huán)10s后，PLC發(fā)出指令打開(kāi)加料閥1，延時(shí)打開(kāi)加料閥2，并關(guān)閉回流閥，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)量，質(zhì)量流量計(jì)將測(cè)得的流量轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)，送入PLC系統(tǒng)，PLC將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行累加，同時(shí)比較累加值與發(fā)貨“設(shè)定質(zhì)量”，當(dāng)“次累積量”達(dá)到與“設(shè)定質(zhì)量”相差600kg時(shí)，開(kāi)回流閥；當(dāng)“次累積量”達(dá)到與“設(shè)定質(zhì)量”相差300kg時(shí)，關(guān)加料閥2；當(dāng)“次累積量”達(dá)到“設(shè)定質(zhì)量”時(shí)，關(guān)加料閥1，停泵，回流閥延時(shí)關(guān)閉，發(fā)貨完成。
為防止管道劇烈震動(dòng)，影響質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確性，在啟動(dòng)泵時(shí)，PLC系統(tǒng)通過(guò)程序互鎖，確保提前打開(kāi)閥門(mén)；停泵時(shí)要延時(shí)關(guān)閉閥門(mén)；出現(xiàn)故障時(shí)，為防止設(shè)備損壞，增加了一些保護(hù)連鎖，如所有閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)反饋，禁止啟動(dòng)泵連鎖；“次累積量”與“設(shè)定質(zhì)量”差值設(shè)定，可以根據(jù)實(shí)際發(fā)貨所用的時(shí)間進(jìn)行修改，以減少發(fā)貨時(shí)間，降低能源消耗。以上都可以應(yīng)用PLC系統(tǒng)修改和設(shè)置。
2.4 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印
應(yīng)用自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)以前，罐車(chē)要2次去汽車(chē)衡過(guò)磅，得出皮質(zhì)量和毛質(zhì)量，然后由地衡配套的稱(chēng)重軟件算出堿的凈質(zhì)量，并與收貨廠家、車(chē)號(hào)等重要數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)，司磅員將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)打印成磅單，交給司機(jī)，司機(jī)憑磅單出門(mén)。
自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印是通過(guò)WinCC的OPC、SQL功能和VB實(shí)現(xiàn)的。OPC（OLEforProcessControll———用于過(guò)程控制的數(shù)據(jù)通信技術(shù)）是由世界的自動(dòng)化和軟、硬件公司與微軟公司共同制定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單地講，就是使用微軟操作平臺(tái)的用戶(hù)，可以將DCS、PLC等過(guò)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)第3方軟件讀取出來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)、處理等。
存儲(chǔ)、打印操作界面如圖3所示。
首先應(yīng)用VB制作程序，將該程序引用西門(mén)子插件，可以從WinCC的OPC接口中讀取數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所有數(shù)據(jù)設(shè)定為每0.5s更新1次，在程序中加入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)插入、修改、讀取等命令，執(zhí)行各種操作。
在WinCC監(jiān)控畫(huà)面上制作單據(jù)，輸入數(shù)據(jù)時(shí)，質(zhì)量是由PLC根據(jù)質(zhì)量流量計(jì)的信號(hào)自動(dòng)累加的，無(wú)需人工輸入；車(chē)號(hào)、用堿單位名稱(chēng)、出庫(kù)單號(hào)等數(shù)據(jù)需要操作人員根據(jù)財(cái)務(wù)計(jì)劃單上的數(shù)據(jù)人工輸入。為方便操作，將用堿單位名稱(chēng)和車(chē)號(hào)編碼后，存入數(shù)據(jù)庫(kù)的表中，操作人員只要輸入編碼，VB程序會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出對(duì)應(yīng)的單位名稱(chēng)和車(chē)號(hào)，進(jìn)行存儲(chǔ)或打印。
每次發(fā)貨停止后，操作人員須核對(duì)輸入的數(shù)據(jù)，確認(rèn)無(wú)誤后存儲(chǔ)。此時(shí)，VB程序開(kāi)始從WinCC讀取操作人員輸入的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的表中。存儲(chǔ)完成后，點(diǎn)擊打印按鈕，VB程序就從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出剛存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并按的格式打印出來(lái)。
操作及打印流程如圖4所示。
經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和修改，自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)計(jì)算的質(zhì)量與地磅稱(chēng)得的質(zhì)量*相同，而且精度更高，可以到1kg（地磅到20kg），單據(jù)存儲(chǔ)和打印程序也能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)在已經(jīng)*取代了手動(dòng)發(fā)堿、過(guò)磅、憑磅單出廠的操作流程。
自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)投入運(yùn)行后，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低；司機(jī)也不再擔(dān)心裝堿過(guò)量導(dǎo)致安全事故，而且不需要排隊(duì)過(guò)磅，節(jié)省了時(shí)間。根據(jù)實(shí)際使用情況和公司的需要，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)與財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，為青島海晶ERP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提前做好了準(zhǔn)備。
該自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行1年多，不但簡(jiǎn)化了燒堿的發(fā)貨流程，提高了工作效率，改善了工作環(huán)境，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了充裝液堿過(guò)程的安全性，而且杜絕了人為對(duì)液堿出廠數(shù)據(jù)的干預(yù)，提高了計(jì)量精度，減少了貿(mào)易摩擦，值得在氯堿行業(yè)推廣。