引言

    耙料機是化肥生產包裝的重要設備，是大型化肥廠最大的移動設備。一般大型化肥廠都設有一座大型化肥散裝庫，在無包裝條件時由膠帶輸送機將化肥均勻撒入散裝庫中，當需要包裝時再由耙料機將化肥耙到膠帶輸送機上。中國石化股份公司安慶分公司化肥廠上世紀70年代從法國引進一套耙料機設備，長期處于惡劣的環境中經過幾十年的運行，各電器元件老化嚴重，已進入故障高發期。由于早期的繼電器控制系統線路結構復雜，若發生故障，故障原因難以查找，特別是一些進口元件早已停產，備件來源無法保證，一旦損壞有脹庫的危險。為保證設備的長期安全運行，提高維修保養效率，降低一線工人勞動強度，提高工廠自動化水平，實現管理網絡化，控制無人化。設計一種基于可編程控制器(PLC)自動控制系統，改造原先的繼電器控制系統，是耙料機技術改造的可行方案。下面以中國石化股份公司安慶分公司化肥廠耙料機升級改造項目為例介紹一種以西門子S7-300PLC為基礎的控制系統升級方案。

1 系統的結構及功能

    改造后的耙料機自動監控系統由控制主站和控制從站組成，主從站之間采用無線通訊與PROFIBUS-DP通訊兩種通訊方式，互為熱備。控制主站設在散裝庫監控室內有兩臺工控機一用一備，控制從站設在耙料機上的行車內。主站和從站均為可編程控制器。從站直接控制現場電氣設備的啟停、運行，并接受現場設備信號，進行簡單的信號處理，再將信號傳遞給主站；主站接收從站信息，將有關參數分析保存并顯示故障報警。系統可在遠程和本地兩種工作狀態下控制耙料機。監控系統的結構如圖1所示。

圖1 監控系統的結構

系統包括以下功能：

1)故障監測保護：耙料機跑偏，電機綜合保護器信號，耙臂運行到極限位置，堵料，拉線開關松弛。

2)設備啟動預警，耙料機啟動與要料信號互鎖。

3)通過主站可修改耙料機耙料與膠帶輸送機下料之間的延時參數。

4)主站組態界面動態顯示耙料機運行情況及故障發生點。

5)主站可選擇遠程或本地控方式。系統運行時不可更換。

2 系統硬件的結構

本系統由西門子S7-300系列PLC，工控機，電機綜合保護器，語音系統，視頻監控系統，各類傳感器的組成。采用PROFIBUS DP網絡將各部分與監控系統連接起來。

2.1 PLC的選擇

PLC中央單元處理器選擇CPU 315-2DP它集成有一個MPI口(多點通信接口)和一個DP(PROFIBUS-DP)接口。它具有大容量程序存儲器，用于分布式和集中式I/O控制中。由于耙料機必須在車間內來回移動，主站與從站間信號傳輸距離較長，采用DP通訊時必須在主從站之間使用信號中繼器增加傳輸距離。主站與工控機通過CP343-1工業以太網模塊連接。為了給日后升級留出可用的空間，一般在設計時按實際需要輸入、輸出點數的120％確定輸入、輸出點數。因此主站選擇8點數字量輸入模塊與16點數字量輸入模塊。從站4個機架共選用14塊8點數字量輸入模塊，5塊8點數字量輸出模塊，一個12通道模擬量輸入模塊。

2.2 電機綜合保護系統

電機綜合保護系統為行走電機，旋轉電機等裝置提供電源，并對其進行控制和保護。它可進行過載，接地漏電，短路，缺相和欠壓等保護。并可將故障信號輸入從站PLC輸入模塊中，PLC控制器運算后發出指令控制電機，并將故障信號輸出給主站PLC。

3 系統軟件的設計

軟件設計由兩部分組成，PLC程序設計與上位機組態界面設計。

3.1 PLC程序

監控系統有兩種工作方式，遠程控制方式與本地控制方式。遠程控制方式又可分為自動控制與手動控制。在遠程自動控制方式下耙料機根據事先存儲在PLC內的程序自動控制啟停，各種保護均投入；遠程手動控制方式下，監控室內的操作員從上位機發出啟停指令，各種保護均投入。在本地控制方式下，操作員在耙料機行車操作臺上手動按下啟停和動作按鈕，僅通過從站PLC控制耙料機。此時監控室上位機僅顯示工作狀況。

PLC程序設計主要包括主站程序和從站程序兩部分，主站程序僅負責與從站的通訊調用從站程序。子站程序包括各種工作方式下的啟停控制程序，模擬量采集程序，數字開關量的采集、處理程序。故障診斷處理程序，與上位機通訊程序。

從站PLC自動控制程序流程圖如圖2所示。

圖2 從站PLC自動控制流程圖

3.2 上位機組態

上位機監控系統用于對耙料機的運行狀況進行集中監控，工業控制計算機通過工業以太網與主站PLC相連。上位機操作系統選用Windows XP，上位機監控軟件選用WinCC 6.1組態軟件。上位機的主要功能是對耙料機的控制參數進行設置，監控耙料機的運行，繪制并保存重要參數變化曲線。上位機組態的使用大大方便了現場操作人員對設備的操作，由于化肥散裝庫必須全封閉，夏天的高溫和刺激性氣味使生產環境異常惡劣，系統改造后操作人員不必在現場行車內操作，只需在監控室內工控機上即可完成所有操作。同時維護人員的工作量也大大簡化，以前耙料機的維護主要依靠維護人員經驗，改造后通過組態實現故障的診斷可視化，所有重要數據曲線保存。上位機組態界面圖如圖3所示。

圖3 上位機組態界面圖

4 結束語

本文采用PLC對耙料原有的繼電器控制系統進行升級改造，延長了耙料機的使用壽命，提高控制系統的可靠性，降低現場操作工人的勞動強度，方便故障診斷維修，實現了生產管理的可視化、網絡化。經過調試和運行，本控制系統達到預期的控制要求，具有較高的可靠性，為企業節省了大量的人力物力，降低了生產成本。