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1、PLC在风送系统输送POM物料中的应用第11期夏威风等.PLC在风送系统输送POM物料中的应用PLC在风送系统输送POM物料中的应用夏威风王振辉(开封龙宇化工有限公司,河南开封475200)摘要介绍s7_414H在风送系统输送POM物料的应用实例,详述其系统结构,硬件构成和冗余设计方式.给出了硬件组态和软件梯形图.关键词风送系统PLC冗余容错硬件组态梯形图中图分类号TP273文献标识码B文章编号1000-3932(2011)11-1403-04风送系统在产品包装,物料输送和流水作业中应用广泛,如果在生产过程中频繁停机会带来巨大的经济损失.风送系统对系统的准确性,可靠性和自动化水平也有较高的要求
2、,但是目前只有冗余系统设计方式才能满足高可靠性的要求.开封龙宇化工有限公司40kt/a聚甲醛装置用来输送POM物料的风送系统就是基于冗余设计的$7-400H容错自动化系统,笔者对其工艺流程和硬件结构,组态和软件编程进行详述.1工艺流程简介开封龙宇化工有限公司40kt/a聚甲醛装置POM物料风送系统及其后处理系统包括14条输送系统,两套中央除尘系统和两条淘析系统,其中淘析系统从属于粒料V线输送系统,各系统的涵盖范围如下:a.粉料输送自粉料混合冷却器出口至挤出机定量输送器进口;b.真空上料自叉车运来的不合格品袋装料至POM粉槽;c.中央除尘自粉料线,真空上料系统,粒料IV线(其中粒料V线仅包括自掺
3、混线)的输送尾气至废气洗涤塔;d.粒料I线自挤出机出料旋转阀至POM粒储槽;e.粒料线自POM粒储槽至桶槽式干燥机的进料POM粒料斗;f.粒料线自桶槽式干燥机至POM粒储仓和POM粒储仓;g.粒料线自POM粒储仓至POM粒掺混仓和磨粉机进料斗;h.粒料V线自POM粒掺混仓至包装料仓和POM粒掺混仓.2PLC系统风送系统采用$7-414H冗余系统(CPU和通信接口冗余)参与控制及联锁等重要模块的冗余,系统的控制对象是旋转加料器,球阀,蝶阀,换向阀,脉冲阀,调节阀及料位开关等.PLC控制系统由中央控制单元,电源,I/O,通信模块,操作站及网络部件等构成,在控制室配一台工程师站.风送系统输送POM自
4、控系统的硬件和网络结构配置如图1所示.监控站打印机水泵,电机液位,压力流量,pH值级图l风送POM自控系统的硬件和网络结构配置2.1CPU冗余CPU选用PCS7$414-4H,它包括两个分立的中央控制器UR1/UR2,通过光纤连接的中央控制器分别有两个同步模板和一个CPU414-4H.中央控制器冗余配置,配有S7414I/O模板,容错UR1/UR2/ER1/ER2扩展单元和ET200M分布式I/O模板.热备模式$7-414H的运行采用主动冗收稿日期:2011-07-25(修改稿)化工自动化及仪表第38卷余原理,即在发生故障时无扰自动切换,无故障时两个子单元都处于运行状态;如果发生故障,正常工作
5、的子单元也会独立完成整个过程的控制.为了保证无扰自动切换,中央控制器链路之间能快速,可靠地交换数据,自动接收相同的用户程序,数据块过程映像内容和内部数据.2.2I/OI/O选用的是6ES7321-1BL00-0AA0型32点输入卡件SM321,用于旋转阀启/停状态,蝶阀开/关,换向阀直通/旁通信号的采集;6ES73221BLO0-0AA0型32点输出卡件SM322采用中间继电器隔离方式送至现场控制器,8输出通道的6ES7332.5HFO0.0AB0用于旋转阀和换向阀状态的远程控制;8输入通道的6ES7331-7KF0243AB0主要用于气控单元FCU上/下游压力,风机入口压力和氮气输送压力信号
6、的采集,它采用AI冗余信号模块SMPRYO103实现输入模板的冗余,这也是开封龙宇化工有限公司采用冗余I/O模板切换型配置的创新设计.切换型I/O冗余用两个相同的模板,每个都可分配给两个子单元中的任何一个子单元,在切换型配置中I/O为单通道设计,两个中央控制器都可以通过冗余PROFIBUSDP网络访问I/O.切换式I/O模板能插入ET200M远程I/O站,通过PROFIBUSDP连接到中央控制器和可切换ET.200M的两个子单元中.在切换型配置中,读到的信息同时提供给两个中央控制器,使访问I/O的操作正确地运行.2.3s7-400H的高可用性通信SIMATIC的高可用性通信为用户提供了一种新型
7、通信类型,发生故障时,通过冗余连接(最多达4个)使通信仍能继续进行.该系统的通信模板选用CP1613,基于PROFIBUS,通过WINCC的第三方控制软件对控制器进行通信,实现生产监控和数据采集.采用冗余CP卡实现PC机做主站,支持PROFIBUS的子站作从站,结合SIMATIC软件进行生产控制.CP卡自带微处理器,通信由CP卡自己处理,其协议工作都在自己的微处理器上运行,所以Pc机仅处理程序,保证了通信的稳定性.冗余配置的CP卡可插到分立的ET200M中,实现可切换冗余功能.2.4操作站与工程师站工程师站有操作属性,能实现操作站的一切功能.PLC系统具有事件记录功能,在操作站上能查阅,打印和
8、导出这些记录,包括过程报警,警告信息,系统故障信息,开关量动作信号,开关量状态信号(引起跳车的模拟量原因信号取与比较值比较后的中间变量)及操作记录等.其中与安全联锁相关的信息单独编组,显示并记录在工程师站,无须拖动滚动条就能看到全部画面的列信息.重要的AI/AO有实时和历史趋势,可通过键人时间段来显示这段趋势.事件记录和历史趋势的长度按硬盘容量来定,一般为一个月.长度满后,新记录和趋势自动取代最老的记录和趋势.工程师站还用于实现对PLC系统进行组态,编程,故障诊断,状态监测,在线方案调整,程序开发,系统诊断,控制系统组态,数据库和画面的组态,编辑以及修改功能.流程图画面包括所有输入和输出装置的
9、状态,全部开车开关状态,全部仪表维护旁路开关状态,联锁设定值,工艺操作旁路开关状态,停车信号和全部工艺操作旁路开关记时器设定.2.5冗余供电PLC系统主机架采用一路UPS电源220VAC供电.ET200M接口模板供电与外供电均采用冗余24VDC6EP1334.2BA01型SITOP电源,并配有6EP1961.3BA20电源冗余模块.特殊情况现场220VAC电源由PLC系统机柜内的UPS220VAC电源提供.系统配有电源监视设备,任何电源故障都有相应的报警和保护,所有电源单元带报警的触点输出到PLC系统的标准DI模件上,进入PLC系统报警.内部电源带有熔断丝作为短路保护,并带有过载自动断电保护(
10、限流保护和过电压保护电路).电源故障除有系统报警外还有就地指示.电源单元或电源模块可在线不中断维护.3PLC程序设计实例物料输送系统PLC程序设计是整个控制系统的核心,包括PLC硬件组态(图2),梯形图编程和WINCC画面组态(图3).笔者采用先进行硬件组态再设计软件的步骤进行控制程序的设计,具体步骤如下:a.在STEP7中建立一个用于存储该控制方案而生成数据和程序的新项目;b.在STEP7中进行硬件组态;c.在项目中插入所需要的程序块并编制程序;d.为可编程模块生成软件;e.将s7下载到PLC并调试.第ll期夏威风等.PLC在风送系统输送POM物料中的应用证蛾麟潮镬一麟lIl删臻t一_!鲴鲴
11、|鞫蓟r一超l曲捌i创鹚隧_*il!曼l-#4ts棒一-图2PLC硬件组态图3粉料A线流程组态现以工艺控制系统中的氮气置换自控系统举例说明梯形图编程步骤.图4所示为氮气保护逻辑图,其程序设计用梯形图编程(图5).基于PLC智能控制的粉料输送部分通过压力调节系统保证整个系统处于氮气微正压状态;料仓出料部分通过料仓下料旋转阀的泄漏和夹带气量保证系统处于氮气微正压状态.将POM粉储槽T.431下部的气动滑板阀关闭,自进气点PV-43lA.1的旁路,PO/VI粉储槽T-43l下部助流用转子流量计组FG-431的旁路处通入氮气,手动调节PICA-431A相关阀门控制系统压力在8kPa(G),启动输送风机
12、B-431A/B(两台风机不能同时启动),并将PICA-431A给定5kPa(G).系统在PICA-431A的控制下维持风机入口压力处于正压状态,当PICA-431A的压力低于5kPa(G)时,通过调节阀PV-431A.1向系统内补氮;当PICA_431A的压力超过5kPa(G)时,则通过调节阀PV-431A一2泄压.图4氮气保护逻辑DjVRDfVRENENONEN0DB103.DBD4一INl#sp1一DB1O1.#spl一OUT.percenlDBD16INl0UT一percent1.500000e+OOl一IN21.500000e+0O1一IN2a.输送风机B-431A/B补氮压力调节l
13、406化工自动化及仪表第38卷触0藿磁繁整麓缸赫睦簪墙噎镰DIVRDIVRNIcN0ENE0DBl04.I)B1)4lN1#sp2一l】B101.#pv1一0IJT一percen!I)I)16一INl()UT一peroen11.500000e+OOl一IN21.500000e+0011N2ADI)RSUBRNEN0ENEN0DBl04.DBD4一IN1Or一#sp2一inc1DB104.DBD4fNl()IT1.O00000e+1O00000e+000一IN2000一IN2b.输送风机B-431A/B放空压力调节图5氮气保护程序4结束语开封龙宇化工有限公司风送系统输送POM物料采用冗错$7-4
14、00PLC设计,于2010年11月安装调试成功后投入使用,实现了POM物料输送系统的自动控制,能准确无误地监测现场设备的运行情况,并且运行效果良好,系统操作方便,故障率低,可靠性高,性能稳定,整个系统易于维护,大大提高了生产效率.壳牌指定艾默生为其重大过程自动化技术的全球战略供应商艾默生集团旗下的业务艾默生过程管理与壳牌公司签订了一份为期5年的框架协议,成为壳牌公司在工厂和炼油自动化中使用的现场仪表,开关阀门执行机构和关键技术的全球战略供应商.之前,艾默生曾经是壳牌新投资项目的主要自动化项目承包商,新签订的框架协议进一步巩固了双方的合作关系.根据新的框架协议,艾默生将为壳牌公司在全球的机构独家提供开关阀门执行机构(包括Bettis和ElM产品线以及相关的支持).艾默生还将成为壳牌公司的全球战略供应商,提供测量压力,温度和流量的现场仪表,帮助壳牌公司实现更安全高效的生产和现场运行.艾默生现场仪表的品牌包括Rosemount和MicroMorion一
