運用S7-300和組態(tài)王的關于有機硅的氣力輸送系統(tǒng)應用

闕 斌

（上海麥克曼氣力輸送系統(tǒng)設備有限公司，上海 200030）

0 引言

氣力輸送工程是近20年來中國朝陽行業(yè)，隨著時間的推移，蓬勃發(fā)展，滿足了環(huán)保，減少大氣污染的迫切性。電控方面，常用PLC西門子中型機S7-300，配合中控機組態(tài)王軟件，實現(xiàn)了現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)控等一系列需求。

1 氣力輸送技術(shù)介紹

氣力輸送最早誕生在英國，隨著時代的發(fā)展，污染加劇，粉塵排放嚴重，大氣污染，變得越發(fā)重要。隨著我國的改革開放和工業(yè)發(fā)展，于1979年修訂了《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》（TJ36-1979），1991年修訂了《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》等，表現(xiàn)了我國對排放越發(fā)嚴格和對環(huán)境保護的重視。氣力輸送的重要性在21世紀浮出水面，它對生產(chǎn)、開銷、環(huán)保的幫助是的巨大的：

1）能改善車間的衛(wèi)生條件和生產(chǎn)條件，有效地解決車間內(nèi)細碎物料的自動捕集與分離收集問題，對防火、防止環(huán)境污染、提高勞動生產(chǎn)率和提高產(chǎn)品質(zhì)量等均有重要的作用。

2）密封的氣力輸送管道可防止輸送過程中的物料泄漏，從而防止引起外界環(huán)境污染且物料不會受到外界環(huán)境的影響[1]。

氣力輸送分類復雜，可以按照物料在管道內(nèi)的運動狀態(tài)、輸送方式、氣流壓力、氣流重量混合濃度等一系列指標分類。實際操作中，我司按照氣流方式分類，共有兩種方式：負壓吸送和正壓壓送。顧名思義，一個是利用負壓將物料吸到目的地，空氣消耗小，輸送少，另一個是利用發(fā)送罐憋壓輸送方式，此方法輸送量大，空氣消耗大。

現(xiàn)實生產(chǎn)中工廠生產(chǎn)需求旺盛，使用較多的是正壓壓送方式，正壓壓送方式對應料氣混合比，還可以細分為稀相<10，中相10～25，密相>25[2]。如今，最多的、較為成熟且被大眾熟悉的是“正壓密相輸送方式”。

2 項目介紹

2012年興發(fā)集團項目中，輸送的是有機硅粉，使用的正是正壓密相輸送方式。

氣力輸送線共有兩條，輸送形式分別為：第一條正壓密相一送三，第二條正壓密相三送四。第一條正壓密相氣力輸送環(huán)節(jié)控制對象為上游設備中的料斗除塵器和引風機，倉泵中的排氣閥、進料閥、預關閉閥、出料閥、下進氣閥和上進氣閥，以及下游設備中的補氣閥和除塵器。第二條正壓密相氣力輸送環(huán)節(jié)控制對象為上游設備中的除塵器，三臺倉泵中的排氣閥、進料閥、預關閉閥、出料閥、下進氣閥和上進氣閥，以及下游設備中的補氣閥。控制方式由西門子PLC作控制源，通過中控機電腦自動化操作及電控箱面板上的鍵鈕手動操作，中間繼電器對各電磁閥進行控制，便于調(diào)試與維修。并由系統(tǒng)中的壓力變送器、料位計、氣動閥上的位置開關、氣源壓力表等對工作情況進行檢測和監(jiān)控。系統(tǒng)所有按鈕、指示燈，均裝于控制箱的面板上。系統(tǒng)電源取自車間?？刂品绞椒譃槭謩雍妥詣?。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)圖

3 硬件設置

S7-300適用于中型控制系統(tǒng)，硬件由CPU中央處理器、PS電源模塊、SM信號模塊、FM功能模塊、CP通訊處理器和IM接口模塊組成，安裝于特定導軌。通訊方式常用以太網(wǎng)，它不是一種具體的網(wǎng)絡，是一種技術(shù)規(guī)范[3]。使用的是最普通的網(wǎng)線，特點是成本低，適用距離可達1000m以上，足夠滿足工廠需求。

在STP7 V5.5上建立硬件設置，仿真PLC硬件組合，如圖2所示。

圖2 PLC硬件組合仿真

S7-300模擬量模塊AI需要調(diào)節(jié)嵌入其中的量程卡，設為四個位置：“A”,“B”,“C”,“D”?！癆”為電壓（±1V）“B”為電壓（±5V、±10V、1～5V），“C”為四線制電流，“D”為二線制電流[4]。我們此次調(diào)試壓力變送器必須設置為“D”。

假如隨著工廠建設的擴展，設備增多，產(chǎn)線增加，放眼未來考慮，S7-300可以作為一個主站，連接很多單一小型系統(tǒng)，來組成一個龐大的生產(chǎn)總系統(tǒng)。利用以太網(wǎng)通訊，即簡單的成本低廉的網(wǎng)線接口，就可以達到通訊快捷，穩(wěn)定的目的。

圖3 組態(tài)王畫面

4 電控操作介紹

輸送方法，簡單而言，就是依靠發(fā)送倉泵，先打開倉泵上排氣閥、進料閥、預關閉閥，開始加料，料滿關閉以上閥門，然后再打開開倉泵上出料閥、下進氣閥和上進氣閥，開始送料至下游的收料倉。加料時依靠位于倉泵中上位置的音叉料位計準備加料。

送料是難度的體現(xiàn)，根據(jù)的是倉泵內(nèi)部壓力的變化（壓力變送器來測量）。開始輸送時壓力瞬時變大，達到一個穩(wěn)定值，然后長時間輸送，一旦倉泵內(nèi)物料減少到即將送完時，壓力瞬時下降。把握好這兩個基本點，分別關閉上進氣、下進氣閥門，輸送完畢，最后關閉出料閥。這兩個基本點我司稱之為空罐壓力和空管壓力，一般較低，根據(jù)經(jīng)驗和現(xiàn)場物料特性來判斷設置。

組態(tài)王支持1000多個廠家近4000種設備，包括主流PLC、變頻器、儀表、特殊模塊、板卡及電力、樓宇等協(xié)議[5]。它與S7-300兼容通訊，組態(tài)王畫面如圖3所示。

5 模擬量采集

壓力變送器是這個系統(tǒng)關鍵儀表，輸出4～20ma信號，連接至PLC的模擬量模塊。

根據(jù)EN61131標準，必須標明模板在25℃時的基本誤差和在整個工作溫度范圍內(nèi)的操作限制值。意味著模塊數(shù)據(jù)難免有一定的誤差：溫度、線性，最高±0.7%，可以忽略[6]。

假設模擬量的標準電信號是A 0-A m（如：4～20mA），A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0-Dm（如：6400～32000），設模擬量的標準電信號是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應數(shù)值為D，由于是線性關系，函數(shù)關系A＝f（D）可以表示為數(shù)學方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）/（Dm－D0）＋A0

AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際壓力值（單位為kPa）的計算公式為：

MD40的值＝（VW0的值－6400）（1000－0）/（32000－6400）＋0

以前在S7-200軟件中必須要逐條編寫程序。但在功能齊全的S7-300中，對模擬量轉(zhuǎn)換的程序不再需要編寫，而是僅僅使用程序自帶的模塊FC105即可實現(xiàn)原來一連串模擬量轉(zhuǎn)換程序。如圖4所示。

圖4 FC105模塊

圖5 壓力波形

6 波動彈性輸送

有機硅的物料特性：堆積密度1.43（t/m3），堆積密度較大，流動性尚好，有磨削性。

有機硅密度大，在管道中輸送狀態(tài)基本是沉降在管道下部分，所以務必將下進氣、上進氣調(diào)高，壓力較大才能將物料送至目的地，不然容易堵料，但是磨削性大，長時間高壓輸送導致的問題是管道容易被磨穿，面對這個矛盾的問題，只能在電控方面想出解決之道。

我司系統(tǒng)中下進氣運用的是文丘里專利技術(shù)，由下進氣吹送管道，上進氣壓出物料，因為物料特性密度大，重量重，剛開始調(diào)試輸送過程中常常容易堵料。堵料時，管道內(nèi)堆積物料，倉泵內(nèi)物料無法送出，導致壓力增大。于是調(diào)高下進氣、上進氣壓力即可。

將上下進氣壓力不斷調(diào)大，輸送時堵料情況減少，管道晃動變大，這將加速設備的老化和磨穿。

避免堵料的同時盡可能地減少硬件損耗的解決方 案是：

壓力不再調(diào)大，當即將堵料時，將上進氣暫時關閉，不再加力排出物料，避免堵料，等待壓力慢慢下降到安全值以后，再次打開上進氣，壓力慢慢上升，上至危險值時再關閉，如此循環(huán)，形成一個良性并且穩(wěn)定輸送的系統(tǒng)。經(jīng)過幾次嘗試，確定了上下危險值和安全值。危險值為280kPa，安全值為220kPa。對應組態(tài)王中壓力波形畫面如圖5所示。

輸送過程中平穩(wěn)，不再堵料。這個方式由這次我公司首次使用，命名為“波動彈性輸送”。

7 結(jié)論

氣力輸送系統(tǒng)物料多樣化，難點較多，有機硅是我司輸送的堆積密度最大的，常規(guī)手段不足以解決。得益于現(xiàn)代化設備的輔助，利用“波動彈性輸送”滿足了客戶的需求。以后面對類似的困難和較重的物料就有了很好的解決之道。

參考文獻：

[1]彭萬喜,吳義強.氣力輸送與廠內(nèi)運輸[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.18(18).

[2]陳宏勛.管道物料輸送與工程應用[M].北京:中國計量出版社,2009.11(11).

[3]以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)及PROFINET的區(qū)別[EB/OL].http://www.sieme.com.cn,2016,11.

[4]S7-300模塊數(shù)據(jù)[EB/OL].http://www.siemens.com.cn,2016,12.

[5]組態(tài)王—亞洲通用工業(yè)組態(tài)軟件[EB/OL].http://www.kingview.com,2016,12.

[6]模擬量輸入和輸出模塊的操作限制和基本誤差.[EB/OL].http://www.siemens.com.cn,2016,12.