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| 配料系統(tǒng)在丙醇領域的觸摸屏稱重模塊通訊的應用 | 2020-01-14 |
| 摘要：隨著國家近年來對生產企業(yè)環(huán)境污染問題的重視，氣力輸送行業(yè)也得到了越來越廣泛的運用，在提高生產效率的同時對周圍環(huán)境也做到的保護。主要講述一個對稱重配料系統(tǒng)精度有較高要求的氣力輸送配料系統(tǒng)在生產中的成功工程案例：廣東廚邦丙醇有限公司的乙醇、潤滑液以及原料（助劑、溶劑、油脂）環(huán)節(jié)引入了氣力輸送工藝，為了使各環(huán)節(jié)能夠生產高效，使用了S7-200PLC、Proface觸摸屏、METTLERTOLEDO稱重模塊和ABB變頻器，實現(xiàn)自動化管理。 0前言 隨著國內經濟不斷增長，對生產效率及環(huán)境保護的要求也越來越高。氣力輸送是具有效率高、占地少、成本低和無污染的現(xiàn)代化輸送方式。它屬于流體管道輸送方式之一，并在物料輸送方式中占重要的地位。而且在丙醇行業(yè)中，不同于傳統(tǒng)的人工投料，氣力輸送配料系統(tǒng)的自動化特點大大減少了用人成本，并有效避免了讓工人直接接觸物料的機會，甚至還減小了菌落數(shù)，在極大得提升生產效率的同時還使得丙醇安全得到了更大的保證，受到用戶好評。此配料系統(tǒng)，不僅能夠對各個閥門、電機和開關進行精確控制，結合外部檢測設備和軟件程序的設計，而且還能實現(xiàn)實時監(jiān)控和故障診斷與自動處理。 1工藝描述 本配料系統(tǒng)是廣東廚邦丙醇有限公司基于原料（助劑、溶劑、油脂、淀粉）以及成品乙醇，成品潤滑液和半成品潤滑液配置工程的控制配料系統(tǒng)。氣力輸送線有多個環(huán)節(jié)，除了傳統(tǒng)的一送一模式外，還有三送四以及二送八等邏輯較為復雜的輸送線，在需要稱重的反應釜泵底部安裝模塊，通過電氣程序的精確控制以確保整個配料系統(tǒng)的正常運行。正壓脈沖料酸氣力輸送環(huán)節(jié)控制對象為反應釜泵中的排氣閥、進料閥、出料閥、脈沖氣刀氣閥和上進氣閥?？刂品绞接晌鏖T子可編程序稱重儀表作控制源，通過Proface觸摸屏的操作，接觸器，中間繼電器對各電磁閥以及電機進行控制，便于調試與維修。并由配料系統(tǒng)中的稱重模塊、壓力變送器、料位計、氣動閥上的位置開關、氣源壓力表等，對工作情況進行檢測和監(jiān)控，多收料反應釜輸送可以通過觸摸屏控制三通閥進行選反應釜判斷，在多反應釜泵對單一料反應釜進行輸送時，為了防止物料回流，需在收料反應釜上方安裝隔斷閥?？刂品绞椒譃槭謩幽Ｊ胶妥詣幽Ｊ?。由于各個環(huán)節(jié)工藝流程大致相同，故不多做贅述，下面主要介紹的是稱重以及送料環(huán)節(jié)。 首先介紹一下自動工藝流程：打開過渡料斗出料閥門，變頻螺條配料系統(tǒng)，再打開排氣閥，將反應釜泵內余壓全部排出，接著開進料閥，開始進料環(huán)節(jié)。待反應釜泵內物料重量離要求還差20kg時，為保證稱重準確，變頻螺條從50Hz降為10Hz，等物料稱重滿足條件后，關閉螺條配料系統(tǒng)，過渡料斗出料閥門，再關進料閥，排氣閥，進料環(huán)節(jié)結束，之后進入輸送環(huán)節(jié)，首先打開收料反應釜除塵器，再用脈沖氣刀閥吹掃輸送管道5秒，開出料閥和上進氣閥，反應釜泵壓力上升，開始輸送，為避免反應釜泵內物料下落不暢，設定氣錘每20秒敲擊一次，輸送過程中，如遇壓力上升，到達堵料趨勢，則立即關閉上進氣閥，待輸送回復正常，壓力下降至正常數(shù)值后，再將其開啟。物料輸送完畢后，反應釜泵壓力迅速下降，下降到70kpa此時關上進氣閥；繼續(xù)下降到10kpa，此時關脈沖氣刀閥；壓力下降到0時，關出料閥，輸送結束。重復以上步驟可循環(huán)輸送。觸摸屏上還可完成參數(shù)修改、報警查詢及壓力曲線的觀察。 本次配料系統(tǒng)中儲料反應釜底部安裝了活化料斗與氣化，出料時通過活化料斗不斷震動以及氣化的吹掃保證物料下落順暢，且可以用偏心震蕩模塊調節(jié)震動幅度提高效率以及氣化吹掃頻率。 在輸送物料時可以通過調整氣刀閥的氣時及料時來改變輸送量以及輸送效率，有助于滿足一些對破碎率有較高要求的環(huán)節(jié)。 除塵器脈沖控制儀也可以調整脈沖間隔以及脈沖寬度，以避免在輸送過程時收料反應釜粉塵外漏。 2自控配料系統(tǒng)硬件配置 2.1PLC 本次工程設計中所采用的PLC，均為SIEMENS公司提供的S7-200系列CPU226型的PLC，選型為6ES7216-2BD23-0XB0。該PLC屬于SIEMENS公司的小型PLC，可擴展數(shù)字量和模擬量的輸入輸出模塊。 2.2檢測元件 1）壓力變送器 4～20mA模擬量輸入信號，值1Mpa，顯示反應釜泵輸送配料系統(tǒng)的壓力。 2）稱重模塊 4～20mA模擬量輸入信號，值1.6T，顯示反應釜泵及內部物料的重量。 2.3稱重模塊 此次工程對稱重精度要求低于千分之五，所以我們選用了METTLERTOLEDO稱重模塊。由于三個稱重模塊均安裝與反應釜泵支撐點，所以可能會造成受重不均勻的情況。在調試時需在稱重模塊內插入鐵片，然后在每個點位放上砝碼進行精確校驗，之后為減少模擬量損耗而產生的誤差，還需精確校正模擬量輸出。 2.4觸摸屏 隨著自動化程度的提升，簡單而又便捷的觸摸屏受到越來越多的用戶的認可，本次工程中使用的是Proface系列7寸及10寸觸摸屏，在實現(xiàn)全自動化的同時也將各項數(shù)據(jù)反饋給了用戶，方便用戶日后進行檢修與維護。 3軟件配置 3.1編程軟件 STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯稱重儀表組態(tài)和編程的標準軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分，因其使用便捷。此次我們用的STEP7-Micro/WIN32V4.0是用于編輯SIMATICS7-200的程序，并且可在WIN7配料系統(tǒng)中使用的SP9版本。 本次編輯程序的過程中，為了程序更有條理性和針對性便于之后的改善，我們引入了SBR的子程序。其中包括了模擬量處理子程序、通訊信號子程序、堵料保護子程序和觸摸屏顯示子程序。 1）模擬量處理子程序：即將4～20mA的模擬量信號通過PLC的程序轉換成可以直接讀取的整型信號，再經過與觸摸屏的設定值進行比較處理之后，程序可以通過比較的結果辨別出輸送的情況。 2）通訊信號子程序：將觸摸屏的控制信號放入通訊寄存區(qū)，通過PLC通訊讀取下來之后，再執(zhí)行相應的操作。同時，PLC將觸摸屏所要采集的監(jiān)控信號移入通訊寄存區(qū)，而觸摸屏通過讀取其中的數(shù)據(jù)，則可在PC上進行監(jiān)控。 3）堵料保護子程序：參數(shù)設定中有上進氣高位保護和低位保護，反應釜泵在輸送中如發(fā)現(xiàn)堵料趨勢（即反應釜泵內壓力高于高位保護），此時程序會自動關閉上進氣閥，待壓力下降，低于低位保護后，上進氣重新打開繼續(xù)輸送，可以有效避免壓力過高造成的堵料情況。 4）觸摸屏顯示子程序：為了讓用戶更直觀得了解整個氣力輸送工藝流程的運行概況，PLC將每條輸送線以動畫的形式在觸摸屏上顯示，并且在壓力曲線畫面也可以讀出設備使用的大致情況，讓用戶在檢修時更加得心應手。 3.2與觸摸屏通訊 根據(jù)Proface觸摸屏與西門子PLC之間的通訊協(xié)議，通過一根miniUSB接口的數(shù)據(jù)線便能完成人機界面的連接，因此相當便利。 4工程中遇到的問題與總結 4.1物料輸送不暢時的解決方案 由于此次工程環(huán)節(jié)非常復雜，并且個別物料流動性較差，輸送難度較高，尤其是淀粉輸送環(huán)節(jié)，極易堵料，為此我們對氣刀閥上的調壓閥壓力進行精調，通過反復試驗，保證物料能夠輸送順暢。 在比較容易堵料的大角度彎管處增加氣錘，在輸送物料時每隔一段時間敲擊一次，亦可有效改善輸送情況。 4.2稱重精度不準的解決方案 相對于助劑、油脂、淀粉，溶劑的流動性則要好得多，但是也給稱重精度帶來一定的困難，通過ABB變頻器變換螺旋頻率，當離設定稱重目標還剩20kg時，螺旋從50Hz變化到10Hz，放慢落料速度以保稱重精確，但是物料良好的流動性仍然會導致稱重不精確，為此我們在進料螺旋下方增加閥門，并且在反應釜泵進料處增加軟連接，保證其隔離，從而提高稱重精準度。 4.3輸送完畢后物料在收料反應釜內分層的解決方案 微波干燥后的潤滑液由于非常粘稠，輸送完成后在收料反應釜很容易形成分層，為此我們將氣刀閥的氣時縮短，增加料時，在保證輸送量的前提下盡量將物料均勻得輸送至收料反應釜，有效地緩解了物料的分層情況。 5結束語 本次工程中，氣力輸送展現(xiàn)出了強大的潛力，以PLC自動化控制配料系統(tǒng)為核心，通過壓力元件以及稱重模塊等將整個配料系統(tǒng)串聯(lián)在一起，實現(xiàn)工業(yè)自動化。其設計結果表明：該配料系統(tǒng)可以保證乙醇、潤滑液以及原料（助劑、溶劑、油脂、淀粉）在管道內可以進行順暢輸送，并且在提升輸送效率的同時也有效地杜絕了粉塵外漏，給現(xiàn)場工人提供了良好的環(huán)境保護，在本配料系統(tǒng)過去運營的一年中，其安全穩(wěn)定的特點也使用戶對此贊不絕口。 | |
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