摘 要：精細(xì)化工的自動配料監(jiān)控系統(tǒng)，采用DCS集散控制方式分析監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究其控制過程，實現(xiàn)人機對話自動控制、集中管理、實時記錄、顯示與報警等功能。

關(guān)鍵詞：自動配料；監(jiān)控系統(tǒng)；控制過程；人機界面

0 引言

在精細(xì)化工生產(chǎn)工藝中，自動配料系統(tǒng)是一道非常重要的工序，它由前、后配料兩個子系統(tǒng)組成。前配料系統(tǒng)在總控微機系統(tǒng)的控制下，將五鈉、芒硝、純堿等固體原料與燒堿、磺酸、泡花堿、水等液體原料在配料鍋里攪拌后形成料漿。料漿經(jīng)老化、暫存后被高壓泵打人噴粉塔內(nèi)，由熱風(fēng)干燥后形成基粉。前配料系統(tǒng)主要完成主料和各種配料的稱重、配比。后配料系統(tǒng)將前配料系統(tǒng)形成的基粉通過電子皮帶秤和傳送帶送人預(yù)混器，與泵人的香精、非離子等原料混合后，由傳送帶送人成品倉。后配料系統(tǒng)實現(xiàn)了對輸送物料流量的計量。自動配料系統(tǒng)采用DCS集散控制方式，選用西門子S7—300 PLC構(gòu)成數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，模塊化設(shè)計，經(jīng)濟(jì)實用。人機界面監(jiān)控軟件采用國內(nèi)工控領(lǐng)域頭牌組態(tài)軟件“組態(tài)王”，具有開放性好、便于用戶維護(hù)和二次開發(fā)的優(yōu)點。系統(tǒng)所有過程控制數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)可集中管理、實時記錄，隨時打印和查閱。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

自動配料監(jiān)控系統(tǒng)由計算機、機柜和外圍設(shè)備（前配料秤、后配料秤、料位機）組成。

1．1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

自動配料監(jiān)控系統(tǒng)由兩臺計算機作為整個系統(tǒng)的人機界面。其中一臺為主站，完成全部系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄；另一臺作為從站，以主站為依托，主管后配料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)設(shè)定、過程監(jiān)控。主站直接同西門子S7—300 PLC系統(tǒng)、前配料秤自動控制儀表和后配料秤相通信。圖l為前配料系統(tǒng)監(jiān)測控制框圖，圖2為后配料系統(tǒng)監(jiān)測控制框圖。

前配料監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場采用密封型接線盒，防塵、防潮，可確保信號傳輸可靠。前配料秤儀表采用專用工業(yè)過程控制儀，通過RS一485總線與中控室實現(xiàn)通信，既可獨立控制，又可實現(xiàn)PLC聯(lián)機控制。各閥位及卸料器位置信號檢測采用霍爾傳感器，具有無觸點、抗干擾、抗粉塵、耐潮濕的特點。料倉倉位采用重錘式料位計，可實現(xiàn)連續(xù)倉位檢測。后配料監(jiān)控系統(tǒng)主秤采用高精度配料皮帶秤，附料采用減量秤（失重秤），非離子泵、香精泵、流量檢測采用間接方式，即通過壓力變送器實時檢測管道壓力，由壓力變化判斷出料口、進(jìn)料口是否堵塞。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的功能

監(jiān)控系統(tǒng)具有人機交互、通訊、顯示及存儲、打印等功能，并具有數(shù)據(jù)、圖形顯示，狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)輸入、信息存儲等各種有關(guān)操作的功能畫面。系統(tǒng)可實現(xiàn)實時過程數(shù)據(jù)監(jiān)視、模擬顯示工藝流程、實時數(shù)據(jù)記錄查閱、系統(tǒng)操作員權(quán)限設(shè)定、工藝參數(shù)設(shè)定、設(shè)置運行過程事件報警及手動與自動控制切換。監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)場控制儀表實時顯示流量、載荷、累計值、溫度等。溫度指示通過現(xiàn)場溫度顯示儀表、壓力指示通過現(xiàn)場壓力顯示儀表及電機的電流經(jīng)現(xiàn)場顯示儀表遠(yuǎn)傳至中控室集中顯示。變頻器調(diào)節(jié)配備自動切換開關(guān)，與主控計算機通訊。 [b]2 監(jiān)控系統(tǒng)控制過程 2．1 前配料監(jiān)控系統(tǒng)的控制過程

2．1．1 自動稱料

自動稱料控制單元主要為l0臺稱重控制儀表，PLC作為輔助控制系統(tǒng)，計算機人機界面顯示配比參數(shù)（配方）及監(jiān)控記錄實時數(shù)據(jù)。在自動控制方式下，單擊前配工藝畫面中自動配料“啟動”按鈕，或前配控制柜“啟動”按鈕，稱重控制儀表就按設(shè)定好的配方打開10臺秤的稱料閥。如果系統(tǒng)檢測到某臺秤配料閥未關(guān)，會發(fā)生報警并進(jìn)入暫停狀態(tài)。每臺秤根據(jù)稱料快慢設(shè)有提前量，當(dāng)控制儀表檢測到秤稱料重量達(dá)到設(shè)定值時，會減去提前量，控制儀表則關(guān)閉進(jìn)料閥。提前量可人為修正或自動修正，使控制儀表控制配料秤每次配料精度達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值。

2．1．2 自動配料

自動配料是將已經(jīng)稱好的原料按一定的順序投放到攪拌鍋中，同時開啟攪拌和加熱。這一控制過程由溫控儀表與PLC共同完成。溫控儀表控制溫度上限，加熱由PLC控制完成。自動配料有固定順序和可編程序兩種控制方式。在固定順序方式下，各種原料的放料順序是固定的，不可改變。在可編程序方式下，各種原料的放料順序可根據(jù)配方在人機界面上人為沒定。

2．2 后配料監(jiān)控系統(tǒng)的控制過程

后配料控制以基粉秤的流量檢測為基礎(chǔ)?？刂浦鳈C通過RS一485通訊方式檢測到基粉秤的流量，并根據(jù)配比值給出香精泵、非離子泵的控制電流。PLC輸出4～20mA控制香精泵、非離子泵變頻器，使香精和非離子的出料苗隨基粉秤的流量變化，香精泵和非離子泵配比控制為PID調(diào)節(jié)控制。失重秤和輔料秤的流量通過RS一485通訊采集到控制主機。主機根據(jù)工藝要求配比，計算出相應(yīng)的跟蹤流量傳給PLC。PLC給出4-20mA控制電流，控制失重秤、輔料秤的變頻器，使相應(yīng)的配料流量控制在跟蹤流最范圍。預(yù)混器、輸送皮帶機、分配皮帶機及除傘風(fēng)機設(shè)有現(xiàn)場肩停按鈕，經(jīng)遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換，連接到中控室，可通過唇配柜卜的啟停按鈕實現(xiàn)設(shè)備的啟停控制，也可操縱人機界面后配工藝上的啟停按鈕．通過控制PLC實現(xiàn)啟停。

2．3 監(jiān)控系統(tǒng)報警控制過程

2．3．1 報警事件

自動稱料開始時，如果某個放料閥未關(guān)，或系統(tǒng)檢測不到放料閥關(guān)閉信號，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲響，暫停稱重儀表的稱料過程，并使運行指示燈閃爍。出現(xiàn)報警，自動放料不會進(jìn)行，待消除故障或認(rèn)為產(chǎn)生的報警原因不影響放料，按復(fù)位按鈕后，再按“放料”按鈕，則繼續(xù)放料。

2．3．2 切換報警

自動放料開始時，系統(tǒng)首先檢查每種原料切換是否到位，如果切換不到位或切換不一致，報警系統(tǒng)開始報警，自動放料就不能進(jìn)行。通過檢查，認(rèn)為可以放料，按復(fù)位按鈕后，再按“放料”按鈕，則開始放料。

2．3.3 配料鍋滿報警

如果配料鍋中已配原料漿未放出，仍往該鍋放料，產(chǎn)生報警信號，自動放料就不能啟動。待檢查確認(rèn)可以放料，按復(fù)位按鈕，再按“放料”按鈕，則開始進(jìn)行自動放料。

2.3．4 急停

稱料過程中，由于緊急情況需要停止稱料，按下自鎖“稱料急停”按鈕，各個秤的進(jìn)料閥就全部關(guān)閉，停止稱料。需要重新開始稱料時，旋起“急停”按鈕，再按“啟動”按鈕，則重新開始稱料。自動放料時，按一下“放料急停”按鈕，系統(tǒng)會關(guān)閉所有放料閥，停止放料、攪拌和輸送。

3 系統(tǒng)人機界面

主站和從站的人機界面采用組態(tài)王組態(tài)軟件加VB開發(fā)的通訊程序，由前配工藝、后配工藝、前配配方、參數(shù)設(shè)定、歷史曲線及報警信息等組成。系統(tǒng)主菜單由一系列按鈕組合而成（如圖3所示）。當(dāng)鼠標(biāo)停留在菜單按鈕上時，按鈕凸起，單擊不同的按鈕可進(jìn)入不同的畫面。操作的功能畫面主要有兩類，一類是顯示操作畫面，即顯示數(shù)據(jù)（顯示方式為數(shù)字、曲線、歷史趨勢等）、供操作人員進(jìn)行操作的功能軟開關(guān)和軟按鈕等；另一類是工藝流程畫面，顯示設(shè)備的工藝布置、工藝流程及相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。

3.1 前配工藝

前配工藝流程界面中可以實時顯示前配料秤的瞬時流量、配方比例、稱料配料狀態(tài)、料位以及閥門關(guān)閉信號、鍋的溫度、電機電流等。在界面上還有其他一些操作，如自動／手動控制按鈕、自動稱料的單次和連續(xù)切換按鈕、物料按鈕及復(fù)位按鈕等。

3．2 后配工藝

后配工藝流程界面可以實時顯示基粉秤、輔料秤、失重秤的流量、累積值、重量，顯示基粉秤的載荷、預(yù)混器電流、卸料器狀態(tài)、非離子瞬時流量、香精瞬時流量等。在界面上還可以進(jìn)行一些按鈕控制操作，如失重秤的運行與停止、頻率調(diào)節(jié)、手動與自動轉(zhuǎn)換，以及幾種物料的配比設(shè)定等。

3．3 其他人機界面

參數(shù)設(shè)定界面顯示前配料秤的瞬時重量、物料的料位、前配料秤使用狀態(tài)及各種物料的配料順序。前配料配方界面是對前配料配方的一些管理，既可以選擇已經(jīng)設(shè)定好的任一種配方，也可修改已擬好的配方，或者新擬配方。報表界面可完成成型車間配料工序生產(chǎn)記錄，包括各個班的前配報表和后配報表。前配報表記錄每種物料秤的重量、時間、鍋號，后配報表記錄每個班生產(chǎn)的正品量和次品量、每天生產(chǎn)的正品總量和次品總量，并且通過時間框可任意隨時查看每天3班的情況。從歷史曲線界面上可查看前配料秤的瞬時重量。報警界面可以顯示閥門關(guān)閉及下料超時、放料超時等報警信號。

4 結(jié)語

自動配料監(jiān)控系統(tǒng)具有運行可靠、功能齊全、投資低、升級方便等特點，采用全漢化操作界面，在線組態(tài)，形象直觀，易于操作。監(jiān)控系統(tǒng)提供了較完善的系統(tǒng)運行信息和產(chǎn)品信息，為現(xiàn)場操作人員創(chuàng)造了高效率的工作環(huán)境，實現(xiàn)了較為先進(jìn)的過程控制和管理技術(shù)水平，并減輕了系統(tǒng)維護(hù)的工作量。本系統(tǒng)投入運行以來，各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，并極大地改善了操作員的勞動強度，明顯地提高了生產(chǎn)效率

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