1 手動(dòng)發(fā)貨存在的問(wèn)題
青島海晶化工集團有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“青島海晶”）生產(chǎn)質(zhì)量分數為32%和48%的離子膜法燒堿，對外銷(xiāo)售。原來(lái)運輸堿的車(chē)要先通過(guò)汽車(chē)衡過(guò)磅得出皮質(zhì)量，然后到罐區裝堿，再到汽車(chē)衡過(guò)磅，計算出堿的凈質(zhì)量，zui后憑磅單出廠(chǎng)。其中堿發(fā)貨全部通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行，其操作方法如下：操作人員手動(dòng)打開(kāi)工藝發(fā)堿閥，然后按動(dòng)手動(dòng)按鈕開(kāi)泵，開(kāi)始發(fā)堿，堿管道上裝有高精度的質(zhì)量流量計，質(zhì)量流量計將流量信號送到無(wú)紙記錄儀，操作人員根據無(wú)紙記錄儀上顯示的流量累積值判斷是否達到需要的發(fā)貨量，當累積值接近發(fā)貨量時(shí)，迅速關(guān)閉工藝發(fā)堿閥，完成發(fā)堿操作。
該手動(dòng)操作存在以下問(wèn)題。①無(wú)法準確控制發(fā)堿量。裝少了，要進(jìn)行第2次發(fā)堿，影響工作效率；裝多了，堿會(huì )溢出，不但造成經(jīng)濟損失，而且可能威脅周?chē)ぷ魅藛T的安全。②操作人員工作量大，不僅要操作閥、泵，還要記錄無(wú)紙記錄儀的數據，用來(lái)計算下次的發(fā)堿量。③步驟繁瑣，發(fā)堿完成后，還要過(guò)磅得到準確的質(zhì)量，造成了重復勞動(dòng)。
2 自動(dòng)發(fā)貨的實(shí)施
基于手動(dòng)發(fā)貨存在的問(wèn)題，青島海晶采用了如下解決方案：利用現有的質(zhì)量流量計作為流量測量元件；在管道上增加氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥控制堿的流動(dòng)；在操作室增加小型PLC控制系統，將各儀表、閥門(mén)和泵的信號接入PLC系統，PLC負責集中處理質(zhì)量流量計等現場(chǎng)送來(lái)的各種信號，并根據累積值控制泵和閥門(mén)執行相應的操作，實(shí)現自動(dòng)控制，從而達到實(shí)現自動(dòng)發(fā)貨的目的。
2.1 質(zhì)量流量計與PLC系統
質(zhì)量流量計是較*的流量測量?jì)x表，主要依靠傳感器內U型流量管的振動(dòng)測量流量。質(zhì)量流量計對質(zhì)量的直接測量不受流體特性參數的影響，測量流體的在線(xiàn)密度不需通過(guò)其他技術(shù)進(jìn)行周期性采樣，而且具有計量準確度高、可靠性強、維護量小等優(yōu)點(diǎn)。
自動(dòng)發(fā)貨系統比較小，I/O總數在20個(gè)左右，數據運算量也不大，因此選用了西門(mén)子公司的S7200小型PLC系統。S7200是西門(mén)子專(zhuān)門(mén)針對各種小型控制系統設計的邏輯控制裝置。該系統硬件設計結構緊湊，功能繁多，可以處理電流、電壓、脈沖、數字量、熱電阻等信號；內含位邏輯、定時(shí)器、復雜數學(xué)運算和各種智能模塊通信指令，可以針對各種控制應用作出理想的解決方案。S7200支持上位機通信，可以在上位機上通過(guò)WinCC軟件顯示PLC內的變量、定時(shí)器、I/O狀態(tài)，或對變量、輸出進(jìn)行控制。
2.2 自動(dòng)發(fā)貨系統設計方案
控制系統設計思路如下。①質(zhì)量流量計負責測量管道中流過(guò)的燒堿質(zhì)量，并轉換成電流信號送給PLC。②在管道上加裝3個(gè)氣動(dòng)球閥，每個(gè)球閥的氣缸上都裝有電磁閥，電磁閥接收來(lái)自PLC的電信號，通過(guò)改變氣路控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制堿的流動(dòng)。每個(gè)球閥都帶有位置反饋遠傳裝置，可以將閥的狀態(tài)信號送給PLC用于邏輯判斷。③在堿泵啟動(dòng)回路中串入PLC開(kāi)關(guān)信號，使PLC能控制堿泵的啟停；同時(shí)，堿泵的運行狀態(tài)信號反饋到PLC系統，用于邏輯判斷。④為防止PLC系統出現故障，影響發(fā)貨，在機柜表面增加后備手動(dòng)開(kāi)關(guān)，操作人員在確認PLC故障時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行發(fā)貨控制。
系統結構示意圖如圖1所示。
2.3 自動(dòng)發(fā)貨流程
PLC自動(dòng)發(fā)貨界面如圖2所示。
以質(zhì)量分數32%燒堿為例，操作人員首先將機柜表面“手/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置，然后在“發(fā)貨參數”頁(yè)面的“設定質(zhì)量”一欄輸入發(fā)堿量，確認數值正確無(wú)誤后，點(diǎn)擊“開(kāi)始發(fā)貨”按鈕，PLC自動(dòng)發(fā)貨程序開(kāi)始運行，先打開(kāi)回流閥，PLC接收到回流閥開(kāi)反饋信號后，會(huì )發(fā)出開(kāi)泵指令，泵啟動(dòng)后，堿在堿儲罐、泵和回流閥之間循環(huán)，保證管道內充滿(mǎn)堿液，這樣可以減少質(zhì)量流量計的測量誤差，循環(huán)10s后，PLC發(fā)出指令打開(kāi)加料閥1，延時(shí)打開(kāi)加料閥2，并關(guān)閉回流閥，流量計開(kāi)始計量，質(zhì)量流量計將測得的流量轉換成4～20mA電流信號，送入PLC系統，PLC將電流信號轉換為數字信號，并進(jìn)行累加，同時(shí)比較累加值與發(fā)貨“設定質(zhì)量”，當“次累積量”達到與“設定質(zhì)量”相差600kg時(shí)，開(kāi)回流閥；當“次累積量”達到與“設定質(zhì)量”相差300kg時(shí)，關(guān)加料閥2；當“次累積量”達到“設定質(zhì)量”時(shí)，關(guān)加料閥1，停泵，回流閥延時(shí)關(guān)閉，發(fā)貨完成。
為防止管道劇烈震動(dòng)，影響質(zhì)量流量計的準確性，在啟動(dòng)泵時(shí)，PLC系統通過(guò)程序互鎖，確保提前打開(kāi)閥門(mén)；停泵時(shí)要延時(shí)關(guān)閉閥門(mén)；出現故障時(shí)，為防止設備損壞，增加了一些保護連鎖，如所有閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)反饋，禁止啟動(dòng)泵連鎖；“次累積量”與“設定質(zhì)量”差值設定，可以根據實(shí)際發(fā)貨所用的時(shí)間進(jìn)行修改，以減少發(fā)貨時(shí)間，降低能源消耗。以上都可以應用PLC系統修改和設置。
2.4 數據的存儲、打印
應用自動(dòng)發(fā)貨系統以前，罐車(chē)要2次去汽車(chē)衡過(guò)磅，得出皮質(zhì)量和毛質(zhì)量，然后由地衡配套的稱(chēng)重軟件算出堿的凈質(zhì)量，并與收貨廠(chǎng)家、車(chē)號等重要數據一起存儲，司磅員將存儲的數據打印成磅單，交給司機，司機憑磅單出門(mén)。
自動(dòng)發(fā)貨系統的數據存儲、打印是通過(guò)WinCC的OPC、SQL功能和VB實(shí)現的。OPC（OLEforProcessControll———用于過(guò)程控制的數據通信技術(shù)）是由世界的自動(dòng)化和軟、硬件公司與微軟公司共同制定的工業(yè)標準，簡(jiǎn)單地講，就是使用微軟操作平臺的用戶(hù)，可以將DCS、PLC等過(guò)程控制系統的數據通過(guò)第3方軟件讀取出來(lái)，進(jìn)行統計、查詢(xún)、處理等。
存儲、打印操作界面如圖3所示。
首先應用VB制作程序，將該程序引用西門(mén)子插件，可以從WinCC的OPC接口中讀取數據，為保證數據的準確性，所有數據設定為每0.5s更新1次，在程序中加入SQL數據庫插入、修改、讀取等命令，執行各種操作。
在WinCC監控畫(huà)面上制作單據，輸入數據時(shí)，質(zhì)量是由PLC根據質(zhì)量流量計的信號自動(dòng)累加的，無(wú)需人工輸入；車(chē)號、用堿單位名稱(chēng)、出庫單號等數據需要操作人員根據財務(wù)計劃單上的數據人工輸入。為方便操作，將用堿單位名稱(chēng)和車(chē)號編碼后，存入數據庫的表中，操作人員只要輸入編碼，VB程序會(huì )自動(dòng)從數據庫中讀出對應的單位名稱(chēng)和車(chē)號，進(jìn)行存儲或打印。
每次發(fā)貨停止后，操作人員須核對輸入的數據，確認無(wú)誤后存儲。此時(shí)，VB程序開(kāi)始從WinCC讀取操作人員輸入的數據，然后將數據存入數據庫的表中。存儲完成后，點(diǎn)擊打印按鈕，VB程序就從數據庫中讀出剛存儲的數據，并按的格式打印出來(lái)。
操作及打印流程如圖4所示。
經(jīng)過(guò)多次調試和修改，自動(dòng)發(fā)貨系統計算的質(zhì)量與地磅稱(chēng)得的質(zhì)量*相同，而且精度更高，可以到1kg（地磅到20kg），單據存儲和打印程序也能長(cháng)周期穩定運行，現在已經(jīng)*取代了手動(dòng)發(fā)堿、過(guò)磅、憑磅單出廠(chǎng)的操作流程。
自動(dòng)發(fā)貨系統投入運行后，操作人員勞動(dòng)強度大大降低；司機也不再擔心裝堿過(guò)量導致安全事故，而且不需要排隊過(guò)磅，節省了時(shí)間。根據實(shí)際使用情況和公司的需要，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接上位機數據庫與財務(wù)數據庫，實(shí)現了實(shí)時(shí)數據的遠傳，為青島海晶ERP網(wǎng)絡(luò )的建設提前做好了準備。
3 結語(yǔ)
該自動(dòng)發(fā)貨系統已穩定運行1年多，不但簡(jiǎn)化了燒堿的發(fā)貨流程，提高了工作效率，改善了工作環(huán)境，降低了操作人員的勞動(dòng)強度，提高了充裝液堿過(guò)程的安全性，而且杜絕了人為對液堿出廠(chǎng)數據的干預，提高了計量精度，減少了貿易摩擦，值得在氯堿行業(yè)推廣。
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