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1  項目背景分析

中海石油天野化工( 集團) 有限責(zé)任公司現(xiàn)有1 套年產(chǎn) 300kt 合成氨、 520kt 尿素生產(chǎn)裝置, 1 套年產(chǎn) 200kt 甲醇生產(chǎn)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(jīng)皮帶系統(tǒng)輸送到散料庫, 再經(jīng)皮帶系統(tǒng)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(tǒng)電路都是相當(dāng)復(fù)雜的老式繼電回路, 加上運行時間已達(dá)十多年, 故障發(fā)生率很高, 一旦發(fā)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(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛,PLC 技術(shù)也越來越成熟, 現(xiàn)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(tǒng)存在的問題。

2 系統(tǒng)改造的目標(biāo)

通過技改, 將 PLC 應(yīng)用于皮帶控制系統(tǒng), 取代那些原控制電路相當(dāng)復(fù)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(guān)和無觸點開關(guān)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(tǒng), 中海石油天野化工( 集團) 有限責(zé)任公司散料包裝皮帶系統(tǒng)見圖 1。

散料經(jīng)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(nèi)有分料器, 控制散料流向。輸送皮帶二路設(shè)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(shè)計有 PLC、 上位工控機及操作臺, 2 ^# 包裝樓控制柜設(shè)計有 PLC 及操作臺,3 # 散料庫控制柜設(shè)計有PLC。1 ^# 、 2 ^# 包裝樓操作臺設(shè)計有選擇開關(guān)和按鈕, 可以選擇皮帶輸送路線與啟停, 3 ^# 散料庫控制柜設(shè)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(yuǎn)程操作。

3 ^# 散料庫就地安裝有控制柜, 內(nèi)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(yuǎn)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(nèi)裝三菱 FX60MR PLC, 通過 FX485BD 通訊模塊與1 ^# 包裝樓上位工控機遠(yuǎn)程通訊。1 ^# 包裝樓操作間安裝有控制柜及上位工控機, 實現(xiàn)對 1 ^#包裝樓的皮帶機及計數(shù)器啟停及監(jiān)控, 對 2 ^# 包裝樓的皮帶機及計數(shù)器監(jiān)視, 對 3 ^# 散料庫的挖料機及皮帶機啟停及監(jiān)控。

4  散料輸送控制系統(tǒng)

4.1  散料輸送控制系統(tǒng)簡介

3 ^# 散料庫散料皮帶輸送往 1 ^# 、 2 ^# 包裝樓皮帶系統(tǒng)流程見圖 2。系統(tǒng)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(guān)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(qū)動, 由 MCC 電器控制柜控制。

4.2 散料輸送控制系統(tǒng) 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(cè)是安裝在 1 ^# 包裝樓控制柜操作臺上的 2 個遠(yuǎn)程操作按鈕, 3 個選擇開關(guān)。可選擇 8種輸送路經(jīng), 2 個遠(yuǎn)程操作按鈕啟動/ 停止選擇一條路經(jīng)。

虛線右側(cè)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(guān)量輸入卡,A1S18Y 為 16 點開關(guān)量輸出卡。J1、 J2、 J3、 J4、 J5為繼電器, 受遠(yuǎn)程控制, 為了增強可靠性, 采用220V AC 傳輸。

4.3  PLC 程序設(shè)計要求

1) 任何時候只選擇一條輸送路經(jīng), 例如( 見圖 2) , 選 6 ^# 、 7 ^# 、 5 ^# 。所選設(shè)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(yuǎn)程操作開關(guān)選擇。

2) 設(shè)備啟動后, 所選設(shè)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(jīng), 其前后皮帶及設(shè)備自動搭成聯(lián)鎖關(guān)系, 即: ① 按下啟動按鈕, 輸料末端皮帶及設(shè)備先啟動, 逐步啟動至輸料始端皮帶及設(shè)備; ② 按下停止按鈕, 延時后輸料始端皮帶及設(shè)備先停止, 逐步延時后停止皮帶及設(shè)備, 直至停止輸料末端皮帶及設(shè)備;③皮帶跑偏、 拉繩、 危急停止按鈕等開關(guān)安裝在現(xiàn)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(guān)動作, 控制電機的接觸器跳閘, 該設(shè)備停車, 反映到 PLC 輸入端是該設(shè)備運行信號動作。這時,該設(shè)備及輸料始端皮帶立即全部停車, 輸料末端皮帶及設(shè)備逐步延時后停車。這可以防止發(fā)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(guān)狀態(tài), 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(jīng)T3、 T21、 T26、Y13 輸出, 5 ^# 皮帶啟動。經(jīng) T3 延時 3s 后, 如 5 ^#皮帶運行信號 X0A 閉合, 則啟動繼續(xù)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(jīng) Y13, X0A 自鎖, 經(jīng)過 T13 10s 延時后, M32和M82 閉合, 啟動繼續(xù)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(jīng)由T6、 T25 使Y16 接通輸出, 發(fā)出 7 ^# 皮帶啟動信號。

6) 經(jīng)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(jīng)由 T6 觸點T16 啟動延時啟動, 10s 后, 經(jīng)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(jīng)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(jīng)由T6 觸點 T16 啟動延時啟動, 10s 后, 經(jīng)由 T16、X0D觸點使 M7 閉合, 6 ^# 皮帶啟動。

8) 在( 267 行) , X0、 M7 閉合, 經(jīng)由T5、 T30 觸點使 Y17接通輸出, 發(fā)出 6 ^# 挖料機啟動信號。經(jīng)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(jīng)由 T5 觸點 T15 啟動延時啟動,10s后, 經(jīng)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(jīng)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(shè)備全部啟動完成。

10) 正常停車時, 按下停車按鈕 X4, M60 斷開, 經(jīng)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(jīng)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(jié)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(guān)與各設(shè)備的運行狀態(tài)存D 寄存器( 0— 102 行圖在此省略) , 以便VB 程序調(diào)用。

5  結(jié)語

采用 PLC 來控制 3 段皮帶輸送機后, 使原控制電路的復(fù)雜連線和時間繼電器等元件在其內(nèi)部進行軟連接, 大大提高設(shè)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(xiàn)過問題, 控制回路沒有出現(xiàn)任何問題, 有效地減少了設(shè)備維修時間, 使生產(chǎn)有序進行, 取得良好的經(jīng)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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