[摘要]本文主要论述了使用SIEMENS公司SIMATIC控制系统在合肥利华洗涤剂生产线上进行集散控制的实践与应用,并利用 STEP 7 完成了批量控制及配方管 理,使用Wincc实现了三维人机界面,并实现了与管理网的连接.
---- 本文所论述的洗涤剂生产线集散控制系统是我们近年来主要针对高塔喷粉工艺生产线设计实施的以SIMATIC控制系统为基础的集散控制系统,系统主机采用SIEMENS公司SIMATIC S7 414-2DP作为控制站主机,并采用PROFIBUS DP分 布式I/O将现场I/O站与控制站连接起来,HMI系统采用SIMATIC WINCC V4.01, 并利用3DS等三维图形制作工具绘制出三维动态工艺流程图.系统采用客户机/服务器模式,使得现场操作站既完成现场操作功能,同时又作为服务器供管理人员查看现场生产状况.该系统在合肥利华10万吨洗衣粉扩产改造工程中得到应用,并于1999年3月17日正式投运,系统一直稳定运行,配料精度高,设备联锁保护合理,受到厂方的一致好评,本文主要以合肥利华为例,介绍SIMATIC控制系统在洗涤剂生产线上的实践与应用.
一 系统设计
---- 高塔喷粉生产线包括如下几个工艺过程:
---- 原料输送、固体配料、液体配料、料浆制备、喷雾干燥、后配料、成品计量等工序.系统设置两个控制室,一个为中控室,负责整条生产线的监控;另一个为后配料控制室,负责对后配料部分进行监控,后配料的实时数据通过PROFIBUS DP分布式I/O将瞬时流量等数据传送至中控室,同时接受中控室的给定流量.系统结构图如下:
---- 控制站主机采用 SIMATIC S7 414-2DP, 并采用 ET200M 将现场I/O站通过 PROFIBUS DP连接到中控室,后配料电子皮带秤及流量计控制采用两台SIMATIC S7-214, 并通过CP 242-8 PROFIBUS DP处理器模板与S7 414-2DP通讯.
---- 操作站采用台湾艾讯工控机,并安装MPI卡,系统采用 SIMATIC WINCC 组 态软件,并在其中一台操作站安装了 WINCC SERVER 软件,以实现与管理系统 的连接.
---- 合肥利华在厂区已安装有粗缆等网络线路,由于中控室一台操作站兼用做服务器,因此,我们为其总经理(GM)、副总经理(DGM)等管理部门已予留了网络接口.
二 系统功能
---- 洗衣粉控制系统的主要功能包括:
原料输送联锁:
由于原料输送采用气力输送方式,我们在输送管连接部分安装有位置开关,只有当位置开关到位时,才可进行物料输送.
固体称量
固体部分称量包括沸石、五钠、芒硝、纯碱、增白剂及胶粉等六种物料.其中, 沸石与五钠共用一个称量斗, 芒硝与纯碱共用一个称量斗, 增白剂 与胶粉共用一个称量斗,供料采用双速电机(即快、慢供电机)实现.传统的称量控制方式采用称量控制仪(如PHILIPS公司的PR1615)实现,而在本系统中,称量控制是由S7 414完成的.
称量控制原理如下:
若检测重量大于快供值,则快供电机启动,慢供电机停止;若检测重量大于慢供值且小于快供值,则慢供电机启动,快供电机停止; 若检测重量大于提前值且小于慢供值,则慢供电机停止,快供电机停止.
液体称量
液体部分称量包括烧碱、泡花碱、水、磺酸、非离子A及非离子B等六种物料.其中, 烧碱、泡花碱和水共用一个称量斗, 磺酸用一个称量斗, 非离子A与非离子B共用一个称量斗,供料采用气动球阀实现.传统的称量控制方式采用称量控制仪(如PHILIPS公司的PR1615)实现,而在本系统中,称量控制是由S7 414完成的.
称量控制原理如下:
若检测重量大于快供值,则球阀开;若检测重量大于慢供值且小于快供值,则球阀点动开关; 若检测重量大于提前值且小于慢供值,则球阀关闭.
料浆制备
配料锅分为A锅及B锅两个,可进行单锅或双锅交替配料,制备完成的料浆经过滤锅及暂存锅送至高压泵,然后喷入塔内干燥.在制备过程中,若发生断料或堵料等异常状况,配料周期自动暂停,恢复正常后,周期自动恢复运行.
前配料部分(包括固体称量、液体称量及料浆制备部分)可通过在配方编辑表填入相应数据,然后启动配料周期自动进行配料.
喷雾干燥
包括尾气温度控制、沉降室压力控制、进塔料浆回流控制、脱气罐料位控制等PID控制回路,所有PID控制参数均有相应的操作面板,可对有关参数进行修改.
后配料
后配料包括蓝粒子、纯碱、基粉、酶制剂四台电子调速皮带秤及香精、非离子两台计量泵.在中控室可通过设定总产量及各物料配比实现自动定量给料.
安全联锁在系统中,考虑对关键工艺过程实现安全联锁,例如,后配料系统中,有如下联锁控制:
斗提机->混合器->运输带->皮带秤及计量泵
若下游设备发生故障,自动联锁停上游设备,并发出声光报警.
控制站软件采用SIEMENS公司 SIMATIC STEP 7软件编制实现, STEP 7软 件具备硬件组态、梯形图编程、语句表编程、SCL高级语言编程、CFC功能块等多种编程方式.其中,SCL高级语言编程功能可实现复杂算法的编制及"Know How"保护措施等实用技术,本系统的自动配料功能即采用SCL语言编制,并利用PLC仿真功能在编程器上进行模拟运行,以保证系统的可靠性.
操作站采用 SIMATIC WINCC 组态软件编制,我们将操作权限分为一般人 员、操作员、维修工、工艺员、车间主管及系统工程师等不同级别,以保证系统的安全性.
由于Wincc本身未提供声音报警功能,但其内嵌的C编译器可调用动态链接库函数,我们通过调用在winmm.dll库中的sndPlaySoundA函数实现了多媒体声音报警功能.
由于Wincc数据库系统采用Sybase公司的SQLanywhere数据库,并支持ODBC存取方法,通过对其运行数据库数据结构的分析,我们利用 Visual Basic 实现了对 历史 数据记录的网络查询及打印等功能,为管理人员分析数据提供了帮助. 由于采用两台操作站,因此,操作站可以相互冗余,提高了系统的可靠性.
三 结语
---- 通过在合肥利华洗衣粉生产线上SIMATIC控制产品的成功应用,为洗涤剂集散控制开辟了新途径,在传统的控制模式,无论国内或国外的系统,只是采用PLC作为联锁控制使用,配料控制仍沿用配料控制器,给管理及维护带来难度.本系统由于采用SIEMENS公司新型控制器SIMATIC S7-400,使得系统同时具备完成复杂 程序控制及常规联锁控制能力,使得系统具有较强的技术优势及竞争力,已引起洗涤剂生产厂商的广泛关注,与此同时,我们正结合表面活性剂工艺特点及液体洗涤剂工艺特点,继续使用SIMATIC控制系统研制新的生产过程控制系统.