PLC在原盐储运系统的设计和应用

【摘要】通过对PLC技术在原盐仓储、转运系统的设计应用实例的介绍，使人们对PLC在生产工艺及自动化领域所发挥的重要作用，有了进一步的认识和深刻的了解。

【关键词】PLC、原盐储运、桶仓、控制系统、自动化、集中控制

1 引言
在化工生产中，尤其是烧碱的制造过程中，原盐是基本的生产原料，要保证生产系统高效可靠的运转，必须有安全、稳定的原料保证。过去锦化化工集团一直采用原盐露天堆放、铲车堆码、行车抓斗上盐的传统方式，这样，即浪费了大量的人力和物力，又造成了原料的巨大浪费，特别是在雨季，根本无法保证按时上盐，同时流失的原盐也给厂区周围的生态环境造成严重的污染和破坏。为适应现代化生产的需求，节约有限的土地资源，我们在12万吨离子膜烧碱工程的建设中大胆地采用了新型的立体式桶仓结构设计，对原有露天盐场进行了现代化改建和扩建。
改造后，运盐列车可直接驶入全封闭式车库，物料经先进的螺旋卸车机卸入地槽式栈桥后、沿皮带廊上行、进入大型立式桶仓储存、需要时再由皮带机下盐，传送至各生产工序。如此庞大复杂系统的电气控制和生产管理，依靠传统的手工操作和继电器控制即不可靠也不经济。因此，为有效提高系统的生产效率，保证化工生产的稳定、连续，我们选用了PLC可编程序控制技术来完成整个原盐储运工序的生产运行和操作监控任务。

2 工艺流程
整个原盐储运工序主要是由叶轮给料机、皮带机、犁式卸料器和圆盘给料机等关键设备，以及12个高30米、储盐量均为1700吨的大型桶仓和总长度为3km的封闭皮带廊构成。其工艺流程如图1所式：
原盐卸入长300m的A、B地槽后，分别经由其底部的叶轮给料机传送至1A、1B皮带机，然后经2#、3#、4#皮带机传送至桶仓顶部，再经由犁式卸料器La、Lb分别配送至5A、5B、5C，并最终到达指定仓位，完成整个上盐过程。
下盐过程则通过控制1-12号桶仓底部的圆盘给料机，向6A、6B、6C送盐，通过各自的盐斗汇流至7#皮带机、经7#皮带震动器震动后，在8#皮带机上由犁式卸料器控制，按工艺要求向4万吨生产工序和12万吨生产工序的化盐桶输送原盐，从而完成整个生产过程。


3 设计分析
通过对工艺过程的介绍，不难看出这是一个典型的顺序控制工程。我们完全可以通过对控制对象—各运转设备电动机的依次起动、停车和正反转控制，以及各种报警指示和开关变位信号的采集和编程处理来实现对工艺过程的自动化控制。
根据盐场的实际情况，低压配电室（即MCC电动机控制中心）和中央控制室集中建在桶仓的底部，工序内所有设备的动力均由MCC供电配出，现场采集到的各种报警信号和开关变位也统一传送到中控室内装设的集中控制屏内，经DI模块输入PLC系统进行处理，再按预定的保护程序，经DO模块输出，驱动相应电气设备的起、停及现场预警音响系统的动作，从而完成所有的工艺控制功能。同时，为方便现场观察、生产管理和系统监控在中控屏上设置了触摸屏。
各设备的运行状态和报警信号等为DI输入量，PLC系统根据电气控制回路中交流接触器的常开触点及采样开关的通断变化来获取控制信息；之后系统发出的动作指令，由DO的输出节点通过控制直流中间继电器的主触点吸合，并送回设备的电气主回路，实现设备的状态改变、或直接驱动中控屏上相应的闪光报警光示盘，给出相应的故障信息。针对控制对象的不同，具体分析如下：
（1）叶轮给料机和圆盘给料机均为普通电机的循环起动和停止控制，只须采集和控制设备的运行状态，没有报警和其他控制信号输入。
（2）1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#、4万吨、12万吨皮带机的电机均为单向运转、但由于皮带较长，都装设有皮带打滑和轻跑偏（均为报警信号）、重跑偏和拉绳（均为停车信号）信号的控制开关，因此DI输入量较多。
（3）通过对犁式卸料器La、Lb、Lc的上升位和下降位的采集分析，就可以控制档板的升降，从而实现阻断物流，改变流向的控制目的。
（4）桶仓顶部的行走皮带机控制较为复杂，它由两台可双向转动的电机即大车行走电机和皮带电机构成，且要满足向4个仓位轮流卸盐的要求。为方便控制和编程，允许大车有两个工作位置，以5A行走皮带机为例，在1#位置，皮带机正转，则向1号桶仓卸盐，皮带机反转，则向3号桶仓卸盐；行走电机正转则前进到2#位置，此时行程开关动作，大车停止，这样借助控制皮带机的正反转就可以达到向2、4号仓卸盐的目的。三台行走皮带机的控制原理相同，为防止行程开关失效，在大车导轨两侧均设置了双重行程保护和终端机械止档，以防止意外。行走皮带机的皮带装有轻、重跑偏开关。
因此，按DI、DO点的不同类型，确定原盐系统所需的设备控制点数如下表所示：


此外，由于皮带廊很长，系统的自动化水平很高，为保证人身安全和设备的正常维修，每台设备均设有专用的现场操作柱，且内置大功率的声光报警器，并在皮带廊沿线装设警笛，巡检人员可方便的通过转换开关改变皮带机的自动、手动和停用状态，并由声光报警信号获取开车信息。

4 系统配置
SIMATIC S7-300是德国西门子公司生产的用于快速处理工艺过程或增强处理数据功能的自动化产品，是面向中大型应用的控制系统，具有丰富的功能、完善的指令集、强大的通讯功能和全面的诊断能力；西门子组态软件则基于Windows 集成开发环境，简单易学、可进行高效率的软件开发，同时内置多种图库，支持多种图形格式，可模拟用户应用程序进行离线调试。因而非常适合在本系统应用。
整个控制系统由编程器（笔记本电脑）、人机对话单元HMI（触摸屏）和S7-300PLC构成。编程器负责HMI设备的组态和PLC系统的软件编程工作，人机对话设备则通过与PLC的通讯完成系统的各项控制功能。系统的硬件配置如下图所示：


（1）软件构成：
人机界面、显示屏及触摸屏组态软件     PROTOOL，1套
SIMATIC S7-300编程软件              STEP7 BASIS ，1套
（2）主要的硬件配置
编程器                 TOSHIBA SATELLITE 1710，14寸笔记本电脑，1台
TP27触摸屏            6AV3627-1QL00，10寸彩屏，1台
PS307负载电源         6ES7321-1EA00，1个
中央处理器CPU        6ES7314-1AE04，24K RAM，1个
SM321数字输入模板    6ES7321-1BL00，32点输入，24VDC，5个
SM322数字输出模板    6ES7322-1HH00，16点继电器输出，4个
                      6ES7322-1BL00，32点输出，24VDC，2个
IM365扩展模板              6ES7365-3CA01 ，一对

5系统功能及控制特点
（1） 完善的工艺控制功能
手动控制：各运转设备可现场通过转换开关实现手动；远控时，手动操作可由值班员根据原盐系统的储盐状况、或按照工艺要求，通过触摸屏的配置画面或设备控制画面中相应的软件键，对现场设备进行远程手动控制，实现切换各储盐仓位及进行各设备的单机远程调试等目的。
自动控制：上盐时，首先由操作员在触摸屏上选择自动轮仓的起始仓位、或修改工艺控制参数后，按动起动按钮，PLC系统按预定程序，在报警30秒后，依次间隔10秒钟起动相应的行走皮带机、5#、4#、3#、2#、1#皮带机和叶轮给料机，五分钟后行走皮带机前进到下一仓位，依次循环从而完成上盐过程；下盐时，选择出盐起始仓位的圆盘给料机并设置受盐单位后，在报警30秒后，依次间隔10秒钟起动4万吨或12万吨生产装置的受盐皮带机、7#、6A#、6B#或6C#皮带机和圆盘给料机，五分钟后切换至下一仓位的给料机，依次循环从而完成下盐过程。
（2）分组方式灵活
上盐时，可设置任意组仓位作为起始位，或某一组仓位的设备故障时，将该组设备置为停位，此时自控程序将保证相关设备不被起动，只在其他仓位间实现轮仓储盐。
下盐时，可设置任意仓位作为起始位，或某些仓位的圆盘给料机故障时，将该组设备置为停位，此时自控程序将跳过相关设备，在其他给料机间实现自动切换出盐。
（3）参数配置简单、方便
PLC系统可按工艺要求或生产实际配置开车报警延时、皮带机起动间隔时间及各仓位的轮仓间隔时间，而且只须在开车前由操作员在触摸屏的配置菜单上手动设置即可，无需编程技术人员的参与。通过设定多级密码，也确保了操作人员在中控室只能对许可的工艺参数进行修改，增加了系统的安全性。
（4）丰富的画面显示及故障诊断、报警管理功能
自动控制时，触摸屏依靠图线颜色的变化,动态显示原盐系统的工艺流程图，操作人员可随时察看系统的配置画面和报警记录；手动时，系统会在操作画面上列出设备的起停控制按钮，并由设备颜色的变化来反映上电状况；系统故障或报警时，设备急停或在触摸屏上显示故障标签名称、报警信息、故障时间等、并对历史报警资料进行管理和保存。
（5）可实现远程控制功能
各种数据采集后在中控室集中进行显示并保存，系统随时监控工艺参数的变化、设备运行状态、故障等。通过控制画面的变化，工作人员可对生产过程的各个部位充分了解，及时掌握各个环节发生的各种情况。
（6）现场抗干扰措施
因为整个原盐储运工序的控制线路很长，且现场控制信号较多，为有效避免电磁干扰对PLC系统的影响，所有通往中控室的信号线均采用了专用的阻燃屏蔽电缆，并在单独的电缆桥架内敷设，有效的保障了系统的安全运行。

6 结束语
原盐储运工序由于采用了计算机控制技术和PLC控制技术相结合的方法，大大提高了输盐系统的生产效率，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的自动化管理水平。自2000年在我公司投入使用以来，一直工作稳定、运行良好，对各种故障进行了准确的报警显示，有效的防止了人身意外的发生，为公司节约了大量的资金。因此，广泛的采用这一先进技术，不但可以提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平和发展国民经济，也必将起到积极的推动作用，值得在化工厂、发电厂等行业的物料输送系统中广泛推广和使用。