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1  項目背景分析

中海石油天野化工( 集團) 有限責任公司現有1 套年產 300kt 合成氨、 520kt 尿素生產裝置, 1 套年產 200kt 甲醇生產裝置。其中, 尿素裝置尿素溶液從造粒塔冷卻后形成的尿素顆粒經皮帶系統輸送到散料庫, 再經皮帶系統輸送到包裝樓進行包裝, 通過輸送皮帶送往站臺裝車。

原有的皮帶控制系統電路都是相當復雜的老式繼電回路, 加上運行時間已達十多年, 故障發生率很高, 一旦發生故障需用很長時間來查找和排除故障點, 給檢修和維護帶來很大不便。

隨著 PLC 在工業控制中的應用越來越廣泛,PLC 技術也越來越成熟, 現已將原有的控制電路改造成由 PLC 可編程控制的電路, 來改變目前輸送系統存在的問題。

2 系統改造的目標

通過技改, 將 PLC 應用于皮帶控制系統, 取代那些原控制電路相當復雜的老式繼電回路, 并且使安裝和維修更為方便。只要把提供輸入信號的按鈕、 限位開關和無觸點開關等元件與 PLC 的輸入接口相連, 把功率輸出元件電磁鐵和接觸器等與 PLC 的輸出口相連, 即安裝完畢。檢修也一目了然, 只要觀察 PLC 的輸入、 輸出口的指示燈就能正確判斷故障所在。

3  工藝過程概述

輸送皮帶控制一般用于散料到成品袋包裝系統, 中海石油天野化工( 集團) 有限責任公司散料包裝皮帶系統見圖 1。

散料經輸送皮帶一路送往 1 ^# 包裝樓料倉, 另一路送往 2 ^# 包裝樓料倉。篩分樓內有分料器, 控制散料流向。輸送皮帶二路設計, 一開一備。1 ^# 、 2 ^# 包裝樓共有 6 臺包裝機將散料包裝成袋,通過輸送皮帶送往站臺裝車。

1 ^# 包裝樓控制柜設計有 PLC、 上位工控機及操作臺, 2 ^# 包裝樓控制柜設計有 PLC 及操作臺,3 # 散料庫控制柜設計有PLC。1 ^# 、 2 ^# 包裝樓操作臺設計有選擇開關和按鈕, 可以選擇皮帶輸送路線與啟停, 3 ^# 散料庫控制柜設計無人操作崗位,由1^# 包裝樓控制柜上位工控機顯示及操作臺遠程操作。

3 ^# 散料庫就地安裝有控制柜, 內裝三菱 A1S(S1) PLC, 通過A1SJ71UC24 RS485 通訊模塊與 1 ^#包裝樓上位工控機遠程通訊。2 ^# 包裝樓操作間安裝有控制柜, 可以啟停 2 ^# 包裝庫的包裝機及皮帶機, 內裝三菱 FX60MR PLC, 通過 FX485BD 通訊模塊與1 ^# 包裝樓上位工控機遠程通訊。1 ^# 包裝樓操作間安裝有控制柜及上位工控機, 實現對 1 ^#包裝樓的皮帶機及計數器啟停及監控, 對 2 ^# 包裝樓的皮帶機及計數器監視, 對 3 ^# 散料庫的挖料機及皮帶機啟停及監控。

4  散料輸送控制系統

4.1  散料輸送控制系統簡介

3 ^# 散料庫散料皮帶輸送往 1 ^# 、 2 ^# 包裝樓皮帶系統流程見圖 2。系統有 1 ^# 、 6 ^# 挖料機 2 臺;2 ^# 、 3 ^# 、 4 ^# 、 5 ^# 、 7 ^# 、 8 ^# 輸送皮帶 6 條; 9 ^# 、 10 ^# 、11 ^# 、 12 ^# 分料器 4臺。工作時, 3 個選擇開關每次只選擇一條路徑, 分料器自動切換。8 種路徑是:

0 0 0  1 ^# →2 ^# →3 ^#  送往 2 ^# 包裝樓料倉

0 0 1  1 ^#→2 ^#→4 ^#  送往 2 ^# 包裝樓料倉

0 1 0  1 ^# → 2 ^#→ 5 ^#  送往 1 ^# 包裝樓料倉

0 1 1  1 ^# → 2 ^# →8 ^#  送往 1 ^# 包裝樓料倉

1 0 0  6 ^# → 7 ^# →3 ^#  送往 2 ^# 包裝樓料倉

1 0 1  6 ^# → 7 ^# →4 ^#  送往 2 ^# 包裝樓料倉

1 0 1  6 ^# → 7 ^# →5 ^#  送往 1 ^# 包裝樓料倉

1 1 1  6 ^# → 7 ^# →8 ^#  送往 1 ^# 包裝樓料倉

一條輸送線一般在 15min 左右加滿 2 ^# 包裝樓的所有料倉, 一般在 30min 左右加滿 1 ^# 包裝樓的所有料倉, 可以滿足 4h 左右的包裝量。所以,散料輸送皮帶是間隙運行的。

皮帶機、 挖料機都由電機驅動, 由 MCC 電器控制柜控制。

4.2 散料輸送控制系統 PLC 硬件配置

PLC 卡件配置見圖 3, PLC 外部硬接線見圖4。


 

虛線左側是安裝在 1 ^# 包裝樓控制柜操作臺上的 2 個遠程操作按鈕, 3 個選擇開關。可選擇 8種輸送路經, 2 個遠程操作按鈕啟動/ 停止選擇一條路經。

虛線右側是安裝在 3 ^# 散料庫控制柜的 PLC外部硬接線圖。A1SX40 為 16 點開關量輸入卡,A1S18Y 為 16 點開關量輸出卡。J1、 J2、 J3、 J4、 J5為繼電器, 受遠程控制, 為了增強可靠性, 采用220V AC 傳輸。

4.3  PLC 程序設計要求

1) 任何時候只選擇一條輸送路經, 例如( 見圖 2) , 選 6 ^# 、 7 ^# 、 5 ^# 。所選設備由白色變綠色, 分料器 9 ^# 、 12 ^# 自動變紅色。由安裝在 1 ^# 包裝樓控制柜操作臺上的遠程操作開關選擇。

2) 設備啟動后, 所選設備按啟動順序由綠色變紅色, 6 ^# 、 7 ^# 、 5 ^# 變紅色。分料器 9 ^# 、 12 ^# 自動隨所選路徑切換。

3) 選擇好一條輸送路經, 其前后皮帶及設備自動搭成聯鎖關系, 即: ① 按下啟動按鈕, 輸料末端皮帶及設備先啟動, 逐步啟動至輸料始端皮帶及設備; ② 按下停止按鈕, 延時后輸料始端皮帶及設備先停止, 逐步延時后停止皮帶及設備, 直至停止輸料末端皮帶及設備;③皮帶跑偏、 拉繩、 危急停止按鈕等開關安裝在現場機旁, 信號進 MCC 電器柜( 有控制電機的接觸器、 繼電器等) , 任何一開關動作, 控制電機的接觸器跳閘, 該設備停車, 反映到 PLC 輸入端是該設備運行信號動作。這時,該設備及輸料始端皮帶立即全部停車, 輸料末端皮帶及設備逐步延時后停車。這可以防止發生堆料事故。

4.4  PLC 梯形圖程序說明

梯形圖編輯軟件是三菱公司提供的 GX DeveloperV7?8 中文編輯軟件, 散料皮帶控制梯形圖程序以圖 5 為例說明如下
 

1) X0、 X1、 X2 選擇開關狀態, 選 1 1 0。

2) 按下啟動按鈕 X3( 132 行) , M2、 M6、 M5、M9 閉合,M2自鎖。

3) ( 215 行) X1、 X2、 M5 閉合, 經T3、 T21、 T26、Y13 輸出, 5 ^# 皮帶啟動。經 T3 延時 3s 后, 如 5 ^#皮帶運行信號 X0A 閉合, 則啟動繼續進行, 否則Y13 輸出斷開, 啟動失敗。

4) 如5 ^# 皮帶運行信號 X0A 正常, 則( 215 行)回路經 Y13, X0A 自鎖, 經過 T13 10s 延時后, M32和M82 閉合, 啟動繼續進行。

5) M32 閉合使得 M2( 2 ^# 皮帶啟動) 閉合, 但是2 ^# 皮帶控制回路( 172 行) 未選中, 不起作用。M82 閉合使得M8 閉合, 在 267 行, X0 閉合, M8 閉合, 經由T6、 T25 使Y16 接通輸出, 發出 7 ^# 皮帶啟動信號。

6) 經過T63s 延時檢測, 如果 7 ^# 皮帶不能正常啟動, X0D信號未返回, 則Y16輸出回路不能自鎖,Y16 輸出斷開, 經由 T6 觸點T16 啟動延時啟動, 10s 后, 經由T16、 X0D觸點使T26 7 ^# 皮帶停車延時接通, 延時 15s 后, 使( 215 行) Y135 ^# 皮帶輸出斷開停車, 啟動終止。

7) 經過T63s 延時檢測, 如果 7 ^# 皮帶正常啟動, X0D 信號返回閉合, 則 Y16 輸出回路自鎖, 經由T6 觸點 T16 啟動延時啟動, 10s 后, 經由 T16、X0D觸點使 M7 閉合, 6 ^# 皮帶啟動。

8) 在( 267 行) , X0、 M7 閉合, 經由T5、 T30 觸點使 Y17接通輸出, 發出 6 ^# 挖料機啟動信號。經過T5 3s 延時檢測, 如果 6 # 挖料機不能正常啟動, X0C 信號未返回, 則 Y17 輸出回路不能自鎖,Y17輸出斷開, 經由 T5 觸點 T15 啟動延時啟動,10s后, 經由T15、 X0C 觸點使T25 6 ^# 皮帶停車延時接通, 延時 15s 后, 使下一行的 Y16 7 ^# 皮帶輸出斷開停車, 7 # 皮帶再推動 5 ^# 皮帶停車, 啟動終止。

9) 經過T5 3s 延時檢測, 如果 6 ^# 挖料機正常啟動,X0C 信號返回閉合, 則 Y17 輸出回路自鎖,設備全部啟動完成。

10) 正常停車時, 按下停車按鈕 X4, M60 斷開, 經由 M60 觸點T30 延時接通, 15s 后, 在( 267行) , Y17 輸出斷開, 6 # 皮帶停車。X0C 斷開, 經由T15、 X0C 觸點T25 停車延時接通, 15s 后在下一行T25觸點斷開Y16, 7 ^# 皮帶輸出斷開停車, 7^#皮帶再以同樣方式推動5 ^# 皮帶停車, 正常停車結束。

其他路徑的啟動/ 停車與此原理一樣, 在此不一一說明。0—102 行是將選擇開關與各設備的運行狀態存D 寄存器( 0— 102 行圖在此省略) , 以便VB 程序調用。

5  結語

采用 PLC 來控制 3 段皮帶輸送機后, 使原控制電路的復雜連線和時間繼電器等元件在其內部進行軟連接, 大大提高設備的可靠性, 有效地減少故障率。該皮帶機技改后投用一年多來, 只有主電路出現過問題, 控制回路沒有出現任何問題, 有效地減少了設備維修時間, 使生產有序進行, 取得良好的經濟效益。一年多的使用情況說明該項技改取得成功。

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