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采用質(zhì)量流量計和PLC實現(xiàn)燒堿自動發(fā)貨
點擊次數(shù)：627 發(fā)布時間：2013-4-11
1 手動發(fā)貨存在的問題
青島海晶化工集團有限公司（以下簡稱“青島海晶”）生產(chǎn)質(zhì)量分數(shù)為32%和48%的離子膜法燒堿，對外銷售。原來運輸堿的車要先通過汽車衡過磅得出皮質(zhì)量，然后到罐區(qū)裝堿，再到汽車衡過磅，計算出堿的凈質(zhì)量，zui后憑磅單出廠。其中堿發(fā)貨全部通過手動進行，其操作方法如下：操作人員手動打開工藝發(fā)堿閥，然后按動手動按鈕開泵，開始發(fā)堿，堿管道上裝有高精度的質(zhì)量流量計，質(zhì)量流量計將流量信號送到無紙記錄儀，操作人員根據(jù)無紙記錄儀上顯示的流量累積值判斷是否達到需要的發(fā)貨量，當(dāng)累積值接近發(fā)貨量時，迅速關(guān)閉工藝發(fā)堿閥，完成發(fā)堿操作。
該手動操作存在以下問題。①無法準確控制發(fā)堿量。裝少了，要進行第2次發(fā)堿，影響工作效率；裝多了，堿會溢出，不但造成經(jīng)濟損失，而且可能威脅周圍工作人員的安全。②操作人員工作量大，不僅要操作閥、泵，還要記錄無紙記錄儀的數(shù)據(jù)，用來計算下次的發(fā)堿量。③步驟繁瑣，發(fā)堿完成后，還要過磅得到準確的質(zhì)量，造成了重復(fù)勞動。
2 自動發(fā)貨的實施
基于手動發(fā)貨存在的問題，青島海晶采用了如下解決方案：利用現(xiàn)有的質(zhì)量流量計作為流量測量元件；在管道上增加氣動開關(guān)閥控制堿的流動；在操作室增加小型PLC控制系統(tǒng)，將各儀表、閥門和泵的信號接入PLC系統(tǒng)，PLC負責(zé)集中處理質(zhì)量流量計等現(xiàn)場送來的各種信號，并根據(jù)累積值控制泵和閥門執(zhí)行相應(yīng)的操作，實現(xiàn)自動控制，從而達到實現(xiàn)自動發(fā)貨的目的。
2.1 質(zhì)量流量計與PLC系統(tǒng)
質(zhì)量流量計是較*的流量測量儀表，主要依靠傳感器內(nèi)U型流量管的振動測量流量。質(zhì)量流量計對質(zhì)量的直接測量不受流體特性參數(shù)的影響，測量流體的在線密度不需通過其他技術(shù)進行周期性采樣，而且具有計量準確度高、可靠性強、維護量小等優(yōu)點。
自動發(fā)貨系統(tǒng)比較小，I/O總數(shù)在20個左右，數(shù)據(jù)運算量也不大，因此選用了西門子公司的S7200小型PLC系統(tǒng)。S7200是西門子專門針對各種小型控制系統(tǒng)設(shè)計的邏輯控制裝置。該系統(tǒng)硬件設(shè)計結(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；內(nèi)含位邏輯、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算和各種智能模塊通信指令，可以針對各種控制應(yīng)用作出理想的解決方案。S7200支持上位機通信，可以在上位機上通過WinCC軟件顯示PLC內(nèi)的變量、定時器、I/O狀態(tài)，或?qū)ψ兞?、輸出進行控制。
2.2 自動發(fā)貨系統(tǒng)設(shè)計方案
控制系統(tǒng)設(shè)計思路如下。①質(zhì)量流量計負責(zé)測量管道中流過的燒堿質(zhì)量，并轉(zhuǎn)換成電流信號送給PLC。②在管道上加裝3個氣動球閥，每個球閥的氣缸上都裝有電磁閥，電磁閥接收來自PLC的電信號，通過改變氣路控制閥門的開關(guān)控制堿的流動。每個球閥都帶有位置反饋遠傳裝置，可以將閥的狀態(tài)信號送給PLC用于邏輯判斷。③在堿泵啟動回路中串入PLC開關(guān)信號，使PLC能控制堿泵的啟停；同時，堿泵的運行狀態(tài)信號反饋到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，在機柜表面增加后備手動開關(guān)，操作人員在確認PLC故障時，可以通過手動開關(guān)進行發(fā)貨控制。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2.3 自動發(fā)貨流程
PLC自動發(fā)貨界面如圖2所示。
以質(zhì)量分數(shù)32%燒堿為例，操作人員首先將機柜表面“手/自動”開關(guān)置于“自動”位置，然后在“發(fā)貨參數(shù)”頁面的“設(shè)定質(zhì)量”一欄輸入發(fā)堿量，確認數(shù)值正確無誤后，點擊“開始發(fā)貨”按鈕，PLC自動發(fā)貨程序開始運行，先打開回流閥，PLC接收到回流閥開反饋信號后，會發(fā)出開泵指令，泵啟動后，堿在堿儲罐、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)量流量計的測量誤差，循環(huán)10s后，PLC發(fā)出指令打開加料閥1，延時打開加料閥2，并關(guān)閉回流閥，流量計開始計量，質(zhì)量流量計將測得的流量轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號，送入PLC系統(tǒng)，PLC將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行累加，同時比較累加值與發(fā)貨“設(shè)定質(zhì)量”，當(dāng)“次累積量”達到與“設(shè)定質(zhì)量”相差600kg時，開回流閥；當(dāng)“次累積量”達到與“設(shè)定質(zhì)量”相差300kg時，關(guān)加料閥2；當(dāng)“次累積量”達到“設(shè)定質(zhì)量”時，關(guān)加料閥1，停泵，回流閥延時關(guān)閉，發(fā)貨完成。
為防止管道劇烈震動，影響質(zhì)量流量計的準確性，在啟動泵時，PLC系統(tǒng)通過程序互鎖，確保提前打開閥門；停泵時要延時關(guān)閉閥門；出現(xiàn)故障時，為防止設(shè)備損壞，增加了一些保護連鎖，如所有閥門沒有開反饋，禁止啟動泵連鎖；“次累積量”與“設(shè)定質(zhì)量”差值設(shè)定，可以根據(jù)實際發(fā)貨所用的時間進行修改，以減少發(fā)貨時間，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、打印
應(yīng)用自動發(fā)貨系統(tǒng)以前，罐車要2次去汽車衡過磅，得出皮質(zhì)量和毛質(zhì)量，然后由地衡配套的稱重軟件算出堿的凈質(zhì)量，并與收貨廠家、車號等重要數(shù)據(jù)一起存儲，司磅員將存儲的數(shù)據(jù)打印成磅單，交給司機，司機憑磅單出門。
自動發(fā)貨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、打印是通過WinCC的OPC、SQL功能和VB實現(xiàn)的。OPC（OLEforProcessControll———用于過程控制的數(shù)據(jù)通信技術(shù)）是由世界的自動化和軟、硬件公司與微軟公司共同制定的工業(yè)標(biāo)準，簡單地講，就是使用微軟操作平臺的用戶，可以將DCS、PLC等過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過第3方軟件讀取出來，進行統(tǒng)計、查詢、處理等。
存儲、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)庫插入、修改、讀取等命令，執(zhí)行各種操作。
在WinCC監(jiān)控畫面上制作單據(jù)，輸入數(shù)據(jù)時，質(zhì)量是由PLC根據(jù)質(zhì)量流量計的信號自動累加的，無需人工輸入；車號、用堿單位名稱、出庫單號等數(shù)據(jù)需要操作人員根據(jù)財務(wù)計劃單上的數(shù)據(jù)人工輸入。為方便操作，將用堿單位名稱和車號編碼后，存入數(shù)據(jù)庫的表中，操作人員只要輸入編碼，VB程序會自動從數(shù)據(jù)庫中讀出對應(yīng)的單位名稱和車號，進行存儲或打印。
每次發(fā)貨停止后，操作人員須核對輸入的數(shù)據(jù)，確認無誤后存儲。此時，VB程序開始從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)庫的表中。存儲完成后，點擊打印按鈕，VB程序就從數(shù)據(jù)庫中讀出剛存儲的數(shù)據(jù)，并按的格式打印出來。
操作及打印流程如圖4所示。
經(jīng)過多次調(diào)試和修改，自動發(fā)貨系統(tǒng)計算的質(zhì)量與地磅稱得的質(zhì)量*相同，而且精度更高，可以到1kg（地磅到20kg），單據(jù)存儲和打印程序也能長周期穩(wěn)定運行，現(xiàn)在已經(jīng)*取代了手動發(fā)堿、過磅、憑磅單出廠的操作流程。
自動發(fā)貨系統(tǒng)投入運行后，操作人員勞動強度大大降低；司機也不再擔(dān)心裝堿過量導(dǎo)致安全事故，而且不需要排隊過磅，節(jié)省了時間。根據(jù)實際使用情況和公司的需要，通過網(wǎng)絡(luò)連接上位機數(shù)據(jù)庫與財務(wù)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的遠傳，為青島海晶ERP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提前做好了準備。
3 結(jié)語
該自動發(fā)貨系統(tǒng)已穩(wěn)定運行1年多，不但簡化了燒堿的發(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強度，提高了充裝液堿過程的安全性，而且杜絕了人為對液堿出廠數(shù)據(jù)的干預(yù)，提高了計量精度，減少了貿(mào)易摩擦，值得在氯堿行業(yè)推廣。