西门子PLC在干燥/固相聚合生产控制中的应用

更新时间:2024-01-05 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:29390 浏览:133341

[摘 要]本文主要介绍了西门子S7-300系列PLC在河南平顶山神马集团塑料一厂2.3万顿间歇聚合控制系统改造中的应用,结合现场生产工艺要求,详细说明了该套控制系统的硬件配置、网络组态和软件设计.

[关 键 词 ]硬件配置、软件设计

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)35-0182-01

1.概述

2.3万顿间歇聚合生产线原来的控制系统是德国西门子公司生产的S5系列PLC,由于西门子公司的S5系列PLC目前已停产,现场没有备品备件,一旦出现故障势必造成停产,给神马集团造成严重的经济损失.2009年5月我们对此套控制系统进行了全面升级改造.对于干燥/固相聚合部分采用的是西门子公司的S7-300系列PLC,利用工业以太网进行网络通讯,并组态上位机画面显示.

2.系统配置

由于原来的控制系统采用的是西门子公司的S5系列PLC,从系统的稳定方面、程序编写和修改方面以及成本方面考虑,还是选择了西门子公司的S7-300系列PLC控制.西门子 S7-300 PLC具有模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好,循环周期短、处理速度、指令集功能强大(包含350多条指令),可用于复杂功能还具有操作简单,免风扇设计功能.硬件和操作系统具有的监视功能,通过编制相应的程序可以确保整个系统正确的运行,并能在发生故障时作出确定的响应,处理相应的故障.

通常一套S7-300 PLC系统有一个主机架,安装有CPU的机架称为主机架,当主机架上的I/O模块(最多8块)上的控制点数不够时,可以再增加1-3个扩展机架,每个扩展机架最多可安装8个I/O模块,装在4到11槽,3个扩展机架最多安装24个I/O模块.由于本系统采用的模板均是原来控制系统中聚合釜D釜的控制模板,原D釜的控制结构是采用扩展电缆连接主机架和扩展机架,为了利用其中的扩展模板和扩展电缆,改造后的07区PLC控制系统采用S7-300PLC作为主机架,通过接口模板和扩展电缆连接另外三个扩展机架.接口模板的作用就是将S7-300背板总线从一个机架扩展到下一个机架,扩展模板分为两种:主机架上需配置发送接口模板IM360,其他扩展机架上需配置接收接口模板IM361.主机架与扩展机架之间采用扩展电缆通讯,PLC系统与上位机WINCC画面之间采用工业以太网通讯.西门子的工业以太网的传输速率为10M /100M Bit /S,最多可以达到1024个网络节点,网络的最大范围为150Km,保证数据传输准确无误.为保证系统运行可靠,防止由于上位机电脑出现故障而影响生产操作,故配置了两台上位机,一台为工程师站、一台为操作员站.下图为控制系统的硬件配置图:

图1 系统硬件配置图

3.控制过程

07区干燥/固相聚合控制系统涉及到现场的设备主要为储仓、阀门、8个调节阀、干燥塔、气体热交换器、洗涤塔、鼓风机、过滤器.下图为干燥系统的上位机画面:

图2 干燥系统的上位机画面

干燥系统在自动控制状态下,当储仓 07-B-01A低液位信号出现时,CV06.20和CV06.21同时开阀,切片通过N2气动分批输送到储仓 07-B-01A内,当储仓 07-B-01A高液位信号出现时,CV06.20和CV06.21同时关阀;同时CV07.01开阀对储仓 07-B-01A进行抽真空处理,完成后,CV07.02开阀,向储罐内不断通氮气进行充氮气处理.抽真空和充氮气处理的次数由操作人员设定,达到设定次数后,CV07.03和CV07.19同时开阀,切片在重力的作用下连续不断进入干燥塔07-T-01A内,在塔内逆向流动, 与温度约为85-90度氮气接触,除去切片表面的水分,使切片含水率降至900-1100PPM,后经冷态氮气冷却至约40-45度,然后进入料仓储存.

这里需要采集07-T-01A干燥塔内上部、中部、下部共六个温度点,现场外部进线经端子进入PLC的温度模板,STEP7 程序调用功能块FC105采集这6个温度并输出显示在上位机画面上;同时还要通过数字量输入模板采集储仓 07-B-01A高液位和低液位报警信号,以及CV06.20、CV06.21、CV07.01、CV07.02、CV07.03、CV07.19这6个阀门的开关状态,参与程序控制并显示在上位机画面上;还要通过数字量输出模板以及继电器发出开阀、关阀指令给上述6个阀门.

下图为氮气循环系统的上位机画面:

图3 氮气循环系统的上位机画面

干燥系统所用的氮气来源于氮气循环系统.氮气循环系统为密闭循环系统,其循环氮气量约为3570Nm3/h,从干燥塔顶部出来的氮气温度约为70-80度,可能夹带其他粉末,故先经过过滤器07-F-01A过滤,再经气体热交换器07-W-01A用流出鼓风机的温度约为40度的冷氮气预冷至70度左右,进入洗涤塔07-K-01A内,在此氮气被低温水喷淋,除去夹带的粉尘、水分等小分子物质,且使温度降至10-12度,从洗涤塔顶部流出进入风机.此风机整体被封闭在容器中,防止吸入空气或氮气泄漏,为确保风机入口非负压,氮气压力也必须保持正压,以免空气进入系统中,在其入口处设置氮气补充部分,出口处设置一放空口,系统由调压阀PVC07.14控制,压力设定值由操作人员在上位机上设置.当吸入口压力低于设定值时,气动阀PCV07.15自动打开补充氮气至设定值后关闭,当出口压力高于设定值时,排空阀PCV07.08自动打开,将氮气排入大气,至压力低于设定值时关闭.

这里需要对4个调节阀进行控制,分别是TRC07.02、TRC07.05、TRC07.17和PIC07.14,其中PIC07.14调节两个阀门的开关,分别是PCV07.08和PCV07.15.现场原工艺要求PVC07.14采集的实际压力大于设定值时排空阀PCV07.08自动打开将氮气排入大气;实际压力小于设定值时气动阀PCV07.15自动打开补充氮气.但是在编程和调试过程中,考虑到现场若实际压力在设定值附近时,PVC07.14频繁调节,不利于达到稳定调节,而且排空阀PCV07.08和气动阀PCV07.15频繁开启和关闭,容易导致阀门故障.解决方法是在程序里定义一个设定值的上限和下限.通过PVC07.14实际采样值与设定值上限比较,大于或等于上限值则排空阀PCV07.08开启、气动阀PCV07.15关闭,即PCV07.08阀根据调节而输出,PCV07.15阀0%输出.再通过PVC07.14实际采样值与设定值下限比较,小于下限值则排空阀PCV07.08关闭、气动阀PCV07.15开启,即PCV07.15阀根据调节输出,PCV07.08阀应关闭即0%输出,但由于PCV07.08阀是个反向阀,所以100%输出.而其他三个调节阀根据采集来的实际温度值也通过PID模块进行调节,但都是对一个阀门进行控制输出.


4.结束语

自生产线停产改造以来,在短时间就内完成了控制柜S5模板的拆卸、S7模板的安装、柜内/外线的配线、打点、程序调试、热负荷试车.系统投入运行后,设备运行安全、可靠、稳定,在充分满足现场生产工艺要求的前提下,大大减轻了操作人员的工作强度,方便了电气、计算机和仪表人员的维护工作,更重要的是解决了系统备件缺乏的难题,为系统可靠运行提供了保障.