液氯智能包裝系統(tǒng)運(yùn)行小結(jié)

路麗娟，周紅燕（天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

液氯智能包裝系統(tǒng)運(yùn)行小結(jié)

路麗娟，周紅燕
（天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

基于西門子 PLC S7-300 和觸摸屏設(shè)計(jì)的包裝控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了液氯包裝操作過程的全自動(dòng)化程序及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，解決了系統(tǒng)中出現(xiàn)的操作與安全問題。

液氯；智能包裝；運(yùn)行；小結(jié)

氯氣是氯堿生產(chǎn)中重要的產(chǎn)品之一，為了方便氯氣運(yùn)輸及有效控制外泄，減少環(huán)境污染，對(duì)氯氣生產(chǎn)工藝方式進(jìn)行了有效的改進(jìn)及控制。離子膜電解產(chǎn)生的氯氣純度約為 96%， 在一定工藝條件下，氯氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)氯，并將其中的雜質(zhì)部分分離、脫除，從而制成純度較高的氯產(chǎn)品。在壓縮為液態(tài)氯過程時(shí)，可以減少氯氣的體積，便于運(yùn)輸、貯存，并在生產(chǎn)失衡時(shí)，可以通過貯存方式達(dá)到產(chǎn)能平衡。液氯智能包裝系統(tǒng)是將自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用于液氯包裝生產(chǎn)中，其目的就是采用現(xiàn)代的先進(jìn)控制技術(shù)，通過控制系統(tǒng)強(qiáng)大的軟、硬件功能組態(tài)來實(shí)液氯自動(dòng)灌裝線的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)有很大益處，此套液氯自動(dòng)包裝線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)減少事故、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善工作環(huán)境、提高綜合管理水平 方面有著極為 重要的作用[1]。

1 液氯包裝生產(chǎn)線工藝流程概述

來自電解崗位的氣態(tài)氯，經(jīng)過一定處理進(jìn)入液氯貯槽，再經(jīng)貯槽下部的閥門、管道、管道過濾器，進(jìn)入液氯包裝中間罐，中間罐底部比液氯貯槽底部低約 900 mm。 中間罐上部的氣相空間有氯氣平衡管與液氯貯槽相通，液氯充裝泵密封依靠機(jī)械密封及氮?dú)庾鳛槊芊狻?在包裝過程中，需要關(guān)閉氮?dú)馄?，并打開排空閥泄壓，否則將磨壞密封氣囊。包裝泵通過 4個(gè)葉輪的四級(jí)增壓，達(dá)到包裝壓力，裝入鋼瓶。 包裝系統(tǒng)用氯氣泵抽真空，抽出的氯氣送到廢氯分配臺(tái)，去堿站臺(tái)或去除害生產(chǎn)次氯酸鈉。在生產(chǎn)過程中由于氯氣是劇毒物質(zhì)，也因此必須保證生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸?shù)耐耆煽啃?。從液氯包裝生產(chǎn)系統(tǒng)工藝而言，液氯包裝包括：包裝前的操作準(zhǔn)備、包裝流水線作業(yè)和包裝的輔助工作系統(tǒng)?，F(xiàn)代化的液氯包裝生產(chǎn)線大都采用循環(huán)回轉(zhuǎn)式布置，見圖 1。

2 液氯智能包裝控制方案架構(gòu)總體設(shè)計(jì)

天業(yè)化工有限責(zé)任公司此套液氯智能包裝控制系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用是基于西門子 PLC S7-300 實(shí)現(xiàn)的。液氯包裝控制的設(shè)計(jì)流程大致為明確相關(guān)項(xiàng)目目標(biāo)任務(wù)、設(shè)計(jì)總體實(shí)施方案、由工藝控制點(diǎn)數(shù)確定控制點(diǎn)數(shù)、匹配系統(tǒng)軟硬件、按控制需求軟硬件界面規(guī)范及組態(tài)、軟硬件分調(diào)、軟硬件聯(lián)調(diào)、直到達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)為止。軟硬件的整體匹配及設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)時(shí)性、變更的靈活性也是非常重要的。 因此，在設(shè)計(jì)之前，合理選擇及匹配性價(jià)比較高的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。

圖1 液氯包裝生產(chǎn)線工藝示意框圖

西門子 PLC S7-300 系列的應(yīng)用范圍非常廣泛，從簡單到復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以滿足各種工藝要求，其性能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快且穩(wěn)定、體積小、通訊功能強(qiáng)、性價(jià)比高，這些特點(diǎn)決定了其在自動(dòng)化控制系統(tǒng)始終占據(jù)極為重要的地位。 西門子 PLC S7-300 系列為用戶提供了多種自動(dòng)化控制系統(tǒng)解決方案，用戶可以根據(jù)實(shí)際的自動(dòng)化控制系統(tǒng)需求來進(jìn)行選擇。此套液氯包裝生產(chǎn)線控制采用了2套具有總線通訊功能控制器， 軟件平臺(tái)通過 SQL+WINCC軟件開發(fā)了包裝控制管理系統(tǒng)。利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視控制功能、通過編程軟件實(shí)現(xiàn)工藝及設(shè)備控制信號(hào)如有毒有害氣體探頭信號(hào)、液位、壓力、溫度、電流信號(hào)；泵類等設(shè)施的狀態(tài)、啟停等設(shè)備數(shù)據(jù)等與充裝系統(tǒng)過程形成因果條件，實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖控制，并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)配備了匹配的 UPS 電源裝置，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

3 液氯智能包裝控制方案實(shí)施

液氯智能包裝控制系統(tǒng)及設(shè)備硬件均采用智能化設(shè)計(jì)。此套控制系統(tǒng)共分為 3 部分：液氯貯槽監(jiān)控及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、槽車灌裝系統(tǒng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)和液氯自動(dòng)充裝系統(tǒng)。所有現(xiàn)場使用中的稱重計(jì)量部分由 2 套總線通訊功能及獨(dú)立 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行管理。 液氯智能包裝采用專用鋼瓶秤充裝控制系統(tǒng)及1臺(tái)具備相同功能的復(fù)檢秤系統(tǒng)共同組成，充分保證了稱重計(jì)量的準(zhǔn)確及穩(wěn)定性。每一套稱量系統(tǒng)均包含有信息通訊和智能輸入系統(tǒng)， 現(xiàn)場共有 3 套獨(dú)立 PLC和人機(jī)界面系統(tǒng)的現(xiàn)場控制機(jī)柜、并配備有3套包裝鋼瓶秤灌裝過量報(bào)警信息及指示警報(bào)裝置，可以通過無線數(shù)據(jù)采集器接收裝置和電子標(biāo)簽無線數(shù)據(jù)采集控制器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集工作。同時(shí)，控制站外部配備有打印機(jī)、掃描設(shè)施等，充分達(dá)到控制工藝要求、實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動(dòng)聯(lián)鎖控制及采樣控制，實(shí)際設(shè)計(jì)與操作完全相符，且在一定基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大的改進(jìn)，取得了較好的控制效果。

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)分類為 3 條分裝包裝線、1 套PLC 系統(tǒng)和相關(guān)軟硬件系統(tǒng)組成， 并在每 1 條生產(chǎn)線配置了觸摸屏裝置，從而實(shí)現(xiàn)了各控制環(huán)節(jié)的單元控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場工作狀態(tài)分別顯示的功能及工作狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)追溯。液氯現(xiàn)場充裝控制柜結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 液氯現(xiàn)場充裝控制柜結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 控制系統(tǒng)方案簡介

液氯智能包裝系統(tǒng)因液氯特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)，使得其操作難度大、控制系統(tǒng)復(fù)雜，因此，液氯智能包裝系統(tǒng)控制方案也成了生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。液氯智能包裝控制系統(tǒng)采用西門子 PLC S7-300 系統(tǒng)。 由 PLC 系統(tǒng)、觸摸屏、報(bào)警系統(tǒng)、現(xiàn)場壓變、電磁閥等構(gòu)件組成。操作站采用 DELL 工控機(jī) WINXP 操作系統(tǒng)。并用可編程控制器設(shè)計(jì)了充裝掃描、充裝管理等過程控制。在相關(guān)數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)基礎(chǔ)上安裝了基于組態(tài)王軟件（KingView6.55 版本）液氯自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線的監(jiān)控界面，用組態(tài)王內(nèi)部提供的仿真PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場控制的連接。 采用可靠性較高的西門子 PLC S7-300 控制系統(tǒng)作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制操作和運(yùn)算的主要自動(dòng)化設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了包裝系統(tǒng)運(yùn)行診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制等，滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性的要求。觸摸屏配置采用了智能化的多功能面版，人機(jī)操作界面簡捷適用、組態(tài)適用、修改方便、實(shí)現(xiàn)了完全人機(jī)對(duì)話狀態(tài)。 PLC 控制系統(tǒng)與操作站可以通過 RS-422/485接口可進(jìn)行快速通訊與設(shè)置。整個(gè)控制系統(tǒng)外入的輸入模擬量信號(hào)（AI）有各項(xiàng)氣體探頭的報(bào)警信號(hào)、壓力、重量、液位、溫度等；還有所有按鈕開關(guān)量和氣缸性開關(guān)開關(guān)量信號(hào)（DI、DO）等信號(hào)。 如對(duì)包裝稱重量的控制指標(biāo)主要是判斷是否初稱與復(fù)檢稱的相關(guān)指標(biāo)是否滿足稱重要求；包裝過程中對(duì)貯槽及中間槽內(nèi)液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)、外設(shè)手持式掃碼器的控制設(shè)計(jì)也是控制部分的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其硬件配置和外部接線部分包括1臺(tái)能擴(kuò)充模擬量輸入輸出模塊，具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能的可編程控制器、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出，可以利用 PLC 自帶基本控制單元設(shè)計(jì)其啟動(dòng)與停止。

液氯智能包裝控制系統(tǒng)中鋼瓶充裝包括灌裝前檢查、灌裝、復(fù)檢稱、灌裝后復(fù)核、銷售與回收等部分。首先，登陸操作人員工號(hào)確認(rèn)界面并下達(dá)執(zhí)行程序，通過手持式鋼瓶掃碼器對(duì)已經(jīng)上稱的鋼瓶進(jìn)行電子標(biāo)簽掃描，并自動(dòng)對(duì)信息和計(jì)算機(jī)已經(jīng)輸入的信息比對(duì)，程序判定準(zhǔn)確無誤后，啟動(dòng)抽空及充裝程序，當(dāng)充裝量到達(dá)充裝設(shè)定值時(shí)，檢測無誤后進(jìn)行自動(dòng)復(fù)稱，并可進(jìn)行抽空控制確保管路中無殘液以達(dá)到液氯充裝全過程安全性。并對(duì)整個(gè)過程全程監(jiān)控及干預(yù)，并可對(duì)空瓶、滿瓶數(shù)量、在裝數(shù)量進(jìn)行遠(yuǎn)程核實(shí)，方便管理及銷售人員及時(shí)了解鋼瓶的銷售與回收。

整個(gè)操作界面快捷合理且更加人性化。主界面主要分為液氯貯槽監(jiān)控及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)與液氯槽車自動(dòng)灌裝系統(tǒng)2個(gè)遠(yuǎn)程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止控制；有毒有害氣體濃度的檢測；系統(tǒng)運(yùn)行過程中各控制工藝及設(shè)備運(yùn)行況如開關(guān)量的狀況顯示，這些都形象地表征出系統(tǒng)運(yùn)行過程。當(dāng)貯槽液位值小于某一設(shè)定值或者氣體濃度指標(biāo)超過限定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即產(chǎn)生聲光閃爍報(bào)警，提醒操作人員故障中，并且必須將故障完全排除后，報(bào)警才可解除，全系統(tǒng)才可恢復(fù)運(yùn)行。操作界面中還可以進(jìn)入趨勢(shì)曲線分析界面、數(shù)據(jù)報(bào)表管理界面和報(bào)警監(jiān)控界面。操作及管理人員可以通過查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線，了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；尤其是鋼瓶 的管理數(shù)據(jù)是以EXCEL 文件的格式保存數(shù)據(jù)，可方便操作人員了解、查看各重要參數(shù)的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行情況，為管理人員分析原因和排除故障提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與管理依據(jù)。

4 投用后效果分析

液氯智能包裝控制系統(tǒng)自應(yīng)用以來，也出現(xiàn)過一些問題。如空瓶掃碼異常，無法啟動(dòng)等情況。對(duì)此，需要對(duì)手持掃碼器進(jìn)行檢查、網(wǎng)線及通訊檢查、重新啟動(dòng)或?qū)芈愤M(jìn)行檢查及調(diào)節(jié)；如現(xiàn)場充裝過程異常，氣動(dòng)閥不動(dòng)作，主要是由于聯(lián)鎖過程某一部分異常，可據(jù)此判斷檢測是否氣缸行程異常、光電開關(guān)異常、是否負(fù)載過大、參數(shù)設(shè)置問題等；由 PLC 根據(jù)各運(yùn)行檢測狀態(tài)反饋的信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷來檢測故障原因及設(shè)計(jì)解決方案、措施。 目前，操作與維修人員對(duì)此控制系統(tǒng)的熟悉與摸索，研制出一整套適應(yīng)現(xiàn)有操作的模式與方法，保證此智能包裝生產(chǎn)系統(tǒng)的正常、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

5 結(jié)語

此套西門 子 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng) 在液氯包裝生產(chǎn)線的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于軟硬件具備極高的可靠性、極豐富的指令集使得用戶易于掌握，并且操作便捷、具有豐富的內(nèi)置集成功能和實(shí)時(shí)特性、具有豐富的擴(kuò)展模塊功能。通過采用此套智能包裝控制系統(tǒng)、程序和操作面板系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，解決了一系列原來系統(tǒng)中出現(xiàn)的操作與安全問題，使得液氯包裝生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)有了較為完善的技術(shù)依據(jù)及采集管理依據(jù)。投用后運(yùn)行效果良好，也使該公司液氯智能包裝控制系統(tǒng)向企業(yè)信息化技術(shù)前沿又邁進(jìn)了一大步。

［1］茍丹丹．啤酒包裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的探討與研究．工程技術(shù)，2013（14）：110．

Summary on operation of liquid chlorine intelligent packaging system

LU Li-juan，ZHOU Hong-yan
（Tianye Chemical Co.,Ltd.,VShihezi 833000 ，China）

Packaging control system based on SIEMENS PLC S7-300 and touch screen design，Realize the safety and stability of the automatic procedure and the system operation process of liquid chlorine packaging，solve the operation and a series of security problems in the original system.

liquid chlorine； intelligent packaging； operation； summary

TQ486+3

：B

：1009－1785(2017)02-0044-03

2016-08-31