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中海石油某有限公司原尿素包裝系統(tǒng)只接皮帶及裝車機(jī)，因此皮帶及裝車機(jī)停機(jī)，前端設(shè)備不停機(jī)，導(dǎo)致包裝堵塞；為了滿足生產(chǎn)需要，提高包裝系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并自動(dòng)集成包裝系統(tǒng)的所有設(shè)備，刮刀、包裝機(jī)、堆垛機(jī)和卸載小車的原有獨(dú)立設(shè)備均納入S7-400可編程控制器控制系統(tǒng)，用于皮帶控制。⑴對(duì)上位機(jī)的控制畫面進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)刮板的PLC自動(dòng)控制程序進(jìn)行改造，傳輸包裝機(jī)和堆垛機(jī)的慢停、故障和啟停信號(hào)，提高整套設(shè)備的自動(dòng)化程度。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。
改造前控制系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)，CPU直接配備I/O點(diǎn)模塊，系統(tǒng)點(diǎn)相對(duì)較少，不需要通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。改造后的包裝控制系統(tǒng)仍采用原有的冗余結(jié)構(gòu)。刮刀PLC(S7-300)通過(guò)光纖通信與包裝PLC(S7-400)控制系統(tǒng)新增開(kāi)關(guān)(υ)相連，采用以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)。包裝控制系統(tǒng)作為主站，刮板作為包裝控制系統(tǒng)的從站進(jìn)行信號(hào)處理。所有信息通過(guò)從站傳輸?shù)街髡具M(jìn)行聯(lián)鎖處理。利用備用點(diǎn)接入散儲(chǔ)卸料小車的運(yùn)行控制信號(hào)和翻板信號(hào)，以及包裝機(jī)和堆垛機(jī)的啟停、慢停和故障信號(hào)進(jìn)行聯(lián)鎖處理。原帶式輸送機(jī)和裝載機(jī)信號(hào)不變，包裝系統(tǒng)聯(lián)鎖程序和上位機(jī)畫面重寫，滿足自動(dòng)化集成。改造后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
改造前只有皮帶與皮帶互鎖，后皮帶與裝載機(jī)互鎖。聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)如圖3所示。聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，程序比較少。改造后增加了許多新設(shè)備，聯(lián)鎖復(fù)雜，運(yùn)行條件多樣。改造后的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改革后的系統(tǒng)包括以下功能:
1)如果前段任何一條皮帶出現(xiàn)故障，故障皮帶前的所有設(shè)備都會(huì)聯(lián)鎖停機(jī)，刮板自動(dòng)停機(jī)，卸料小車翻板自動(dòng)轉(zhuǎn)入散貨倉(cāng)卸料。
2)如果鏟運(yùn)機(jī)處于自動(dòng)運(yùn)行模式，上位機(jī)可以控制鏟運(yùn)機(jī)的懸掛、啟動(dòng)和停止，從而減少鏟運(yùn)機(jī)操作人員的頻繁操作。
3)如果高級(jí)堆垛機(jī)、機(jī)器人堆垛機(jī)和裝載機(jī)出現(xiàn)故障或停止信號(hào)，聯(lián)鎖并停止后皮帶和包裝機(jī)，以防止袋子堆積。
2.改造后系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。
改造后的系統(tǒng)由原包裝系統(tǒng)S7-400、刮板S7-300系列PLC、包裝機(jī)、堆垛機(jī)等設(shè)備電氣控制系統(tǒng)組成。刮刀控制系統(tǒng)通過(guò)ProfibusDP與原包裝系統(tǒng)通訊至光纖模塊，上傳刮刀的所有信息。重新設(shè)計(jì)后，除刮刀外的設(shè)備通過(guò)電氣硬線與包裝系統(tǒng)連接，合理分配包裝系統(tǒng)的備用點(diǎn)。輸入和輸出信號(hào)連接到包裝系統(tǒng)，用于信號(hào)驗(yàn)證和測(cè)試。
3.改革系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。
所有設(shè)備功能設(shè)計(jì)合理，通過(guò)自動(dòng)集成改寫PLC程序和PC畫面。
3.1PLC程序。
在鏟運(yùn)機(jī)的自動(dòng)控制模式下，上位機(jī)控制啟停和暫停功能。在此模式下，鏟運(yùn)機(jī)操作員提前選擇料堆，設(shè)置進(jìn)料深度和往返距離，所有保護(hù)功能自動(dòng)啟用。然后刮板來(lái)回耙料，包裝系統(tǒng)上位機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控刮板的工作情況。
PLC程序增加包裝主站調(diào)用刮板機(jī)的從站程序，操作人員根據(jù)刮板機(jī)的工況和包裝機(jī)倉(cāng)的料位操作刮板機(jī)暫停、停止和啟動(dòng)，有效減少了刮板機(jī)操作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控工作，操作人員可以對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)工作。鏟運(yùn)機(jī)從站主要負(fù)責(zé)鏟運(yùn)機(jī)的所有信號(hào)處理、故障判斷和程序上傳功能。鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)控制流程如圖5所示。

尿素包裝系統(tǒng)有6臺(tái)包裝機(jī)、4臺(tái)碼垛機(jī)和5臺(tái)裝載機(jī)。包裝PLC通過(guò)選擇上位機(jī)中的聯(lián)鎖段，判斷設(shè)備是否在運(yùn)行，是否有故障或停止信號(hào)，觸發(fā)相應(yīng)的聯(lián)鎖，停止相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)鎖操作段，對(duì)其他設(shè)備沒(méi)有任何影響。包裝PLC的聯(lián)鎖過(guò)程如圖6所示。

3.2上位機(jī)的配置。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，工控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與包裝PLC通信。在本次自動(dòng)化集成中，主要增加了鏟運(yùn)機(jī)、堆垛機(jī)、皮帶和裝載機(jī)的聯(lián)鎖畫面，操作人員可以通過(guò)畫面方便地操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作量。由于包裝系統(tǒng)環(huán)境惡劣，夏季散裝倉(cāng)和棧橋溫度高，夾雜著刺激性氣味。通過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集成，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)，許多環(huán)節(jié)不再需要人員實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，降低了人工成本。
4結(jié)束語(yǔ)。
通過(guò)探索包裝系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的工作原理，在原有PLC設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化集成，提高了包裝系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下工作的職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，有效降低了人力成本。

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