1 引言

　　氣力輸送是化工行業(yè)中最常用的固體散料輸送方式。高效穩(wěn)定的輸送系統(tǒng)是保證生產(chǎn)裝置連續(xù)運(yùn)行的必要條件，德國(guó)科倍隆公司是全球首屈一指的專業(yè)氣力輸送廠家，其高性能的輸送系統(tǒng)運(yùn)行在全球的各個(gè)角落。遼寧錦西石化的15萬(wàn)噸/年的聚丙烯項(xiàng)目中的輸送部分經(jīng)各方考察、比較后最終確定采用科倍隆系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)采用稀相輸送工藝，共有送料、摻混、打包三條輸送線。送料線部分負(fù)責(zé)將擠出機(jī)擠出的粒料送到預(yù)先選定的目標(biāo)料倉(cāng)中;摻混線的功能是將粒料均化，以保證產(chǎn)品的品質(zhì);打包線將摻混后粒料送到打包料倉(cāng)中儲(chǔ)存。料倉(cāng)共6個(gè)，兼儲(chǔ)存、摻混用途，三條線共用，因此涉及的如蝶閥、旋轉(zhuǎn)閥、過(guò)濾器等共用設(shè)備眾多，聯(lián)鎖繁雜。料倉(cāng)工程現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

　　2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　項(xiàng)目使用siemens公司s7-300/400系列plc構(gòu)建控制系統(tǒng)。為了滿足客戶的cpu和上位機(jī)冗余安全性要求，并且所有數(shù)據(jù)要和dcs交換，考慮到現(xiàn)場(chǎng)io點(diǎn)數(shù)多、公用設(shè)備多、聯(lián)鎖復(fù)雜等因素，cpu采用s7414-4h，通過(guò)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)掛接et200站組成分布式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

　　2.1 硬件配置

　　(1)s7 414-4h：“熱備”模式的s7-400h

　　的運(yùn)行是根據(jù)主動(dòng)冗余原理，在發(fā)生故障時(shí)，無(wú)擾動(dòng)地自動(dòng)切換。因此無(wú)故障時(shí)兩個(gè)子單元都在運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)生故障，正常工作的子單元能獨(dú)立地完成整個(gè)過(guò)程的控制。高可靠的冗余系統(tǒng)確保了系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　(2)et200m：是一種適合和冗余系統(tǒng)配合使用的高性能分布式io系統(tǒng)，配備有源底板，所有模塊可帶電熱插拔。

　　(3)cp341：用于和dcs交換數(shù)據(jù)不占用cpu資源，在et200站上配備了cp341，采用modbus協(xié)議通信。

　　(4)hmi：共兩臺(tái)工控機(jī)，一臺(tái)工程師站和一臺(tái)操作員站，兩臺(tái)hmi組態(tài)為冗余模式。

　　2.2 軟件配置

　　(1)wincc6.2：符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高可靠性、良好開(kāi)放性的新一代hmi系統(tǒng);

　　(2)wincc/redundancy：可并行運(yùn)行兩個(gè)鏈接的wincc單用戶系統(tǒng)或服務(wù)器pc，這二臺(tái)pc彼此監(jiān)視對(duì)方，當(dāng)服務(wù)器中有一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，第二個(gè)服務(wù)器承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的控制任務(wù)。當(dāng)故障的服務(wù)器恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，所有消息內(nèi)容和過(guò)程值歸檔都會(huì)被復(fù)制回恢復(fù)的服務(wù)器。

　　3 動(dòng)態(tài)切倉(cāng)解決方案及實(shí)現(xiàn)

　　3.1 功能設(shè)計(jì)

　　化工行業(yè)的生產(chǎn)具有連續(xù)性特點(diǎn)，送料線是氣力輸送系統(tǒng)和擠出系統(tǒng)的聯(lián)接部分，其能否穩(wěn)定、可靠的長(zhǎng)期運(yùn)行將關(guān)系到整個(gè)聚丙烯裝置的生產(chǎn)效益。在該線的關(guān)鍵工藝-換倉(cāng)處理上，目前國(guó)內(nèi)基本上采用操作員手動(dòng)切倉(cāng)或單倉(cāng)輸送模式，這兩種方式均不夠靈活、自動(dòng)化程度較低，為提高輸送線生產(chǎn)效率、更好的體現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)決定采用軟件實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)切倉(cāng)功能。

　　3.2 技術(shù)路線

　　為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切倉(cāng)，需要plc產(chǎn)生并記錄以下信息：

　　(1)選中的料倉(cāng)數(shù)量;

　　(2)料倉(cāng)順序號(hào);

　　(3)當(dāng)前加料的料倉(cāng)編號(hào);

　　(4)當(dāng)前料倉(cāng)狀態(tài)，空閑、滿倉(cāng)、區(qū)域等信息。

　　當(dāng)操作員在hmi上點(diǎn)擊相應(yīng)的料倉(cāng)選擇按鈕時(shí)，plc程序計(jì)算當(dāng)前的料倉(cāng)順序號(hào)，同時(shí)在相應(yīng)的按鈕上顯示該料倉(cāng)的順序號(hào)，在加料時(shí)根據(jù)生成的順序號(hào)自動(dòng)切換;當(dāng)送料線程序自動(dòng)切換到預(yù)先選擇的最后一個(gè)料倉(cāng)(一般送料線占用三個(gè)或四個(gè)料倉(cāng))加料時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出提示信息告知操作員可以重新選倉(cāng)，操作員點(diǎn)擊“動(dòng)態(tài)選倉(cāng)”按鈕，彈出《運(yùn)行時(shí)選倉(cāng)畫面》，若料倉(cāng)目前為空閑

　　(未被摻混線或打包線使用，也不在沖洗模式)狀態(tài)，則畫面上的選擇按鈕為可操作狀態(tài)，plc程序根據(jù)操作員的點(diǎn)擊順序重新生成順序號(hào)，再根據(jù)順序號(hào)對(duì)選擇的料倉(cāng)逐個(gè)加料。如果操作員不重新選倉(cāng)的話，程序進(jìn)入循環(huán)切倉(cāng)模式，即切換到預(yù)先選擇的第一個(gè)料倉(cāng)進(jìn)行加料。運(yùn)行時(shí)選倉(cāng)窗口界面如圖3所示。

　　3.3 實(shí)現(xiàn)方法

　　在編程時(shí)為料倉(cāng)建立一個(gè)結(jié)構(gòu)變量以儲(chǔ)存料倉(cāng)信息，包含順序號(hào)、當(dāng)前料位等數(shù)據(jù)，圖4、圖5分別是在db塊中的料倉(cāng)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)原型。

　　動(dòng)態(tài)切倉(cāng)功能有效的保證了送料線可以長(zhǎng)期的連續(xù)不間斷運(yùn)行，較大的提高了生產(chǎn)效率，為聚丙烯裝置連續(xù)生產(chǎn)提供了必要條件。

　　4 完善的信息提示功能

　　一個(gè)優(yōu)秀的控制系統(tǒng)首先給人的第一感覺(jué)應(yīng)該具備良好的人機(jī)交互能力，科倍隆一直不主張讓業(yè)主的維護(hù)人員自主進(jìn)入s7程序查看信息數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@樣在查找故障時(shí)效率低下且有可能會(huì)導(dǎo)致不必要的錯(cuò)誤，因此要求在hmi上向操作人員以及維護(hù)人員提供全面的系統(tǒng)信息。

　　按照控制工藝，每條線的主畫面上方顯示該線的啟動(dòng)條件、當(dāng)前流程信息、停機(jī)原因等，操作員進(jìn)入該線完成設(shè)備預(yù)選后，“il”(啟動(dòng)聯(lián)鎖)欄會(huì)以文本方式提示未滿足的條件，操作員或維護(hù)人員根據(jù)提示操作相應(yīng)設(shè)備或排除故障，當(dāng)所有啟動(dòng)條件滿足后，啟動(dòng)聯(lián)鎖欄顯示“ok”，操作員點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，該線即進(jìn)入啟動(dòng)流程，“pm”(過(guò)程信息)欄顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的程序流程，讓操作員實(shí)時(shí)掌握程序運(yùn)行狀況，當(dāng)啟動(dòng)流程完成進(jìn)入輸送狀態(tài)后該欄顯示“lineis on”。

　　輸送線停止方式有兩種，分別為正常停車和快速停車，正常停車即程序按照停車流程逐步停止該線所有相關(guān)設(shè)備，此時(shí)“pm”欄會(huì)顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的停車流程;快速停車則省略了停車時(shí)的吹掃過(guò)程，適用于一些比較緊急的狀況，停車時(shí)“sr”欄會(huì)顯示本次停車原因，該信息一直保存到輸送線下一次運(yùn)行時(shí)才被清除。輸送線實(shí)時(shí)信息如圖6所示。

　　5 結(jié)構(gòu)化編程

　　由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多，為提高編程效率與開(kāi)發(fā)速度，一般均采用結(jié)構(gòu)化編程模式，這也是西門子推薦的編程方式。具體實(shí)現(xiàn)方法如下。

　　5.1 plc側(cè)

　　scl是西門子step7專業(yè)版提供的一種可以使用類似高級(jí)語(yǔ)言編程的開(kāi)發(fā)工具，由于使用類pascal語(yǔ)言，對(duì)于熟悉高級(jí)語(yǔ)言編程的人來(lái)說(shuō)可以極大的提供程序開(kāi)發(fā)效率。

　　根據(jù)工藝要求為每個(gè)設(shè)備對(duì)象編制fb或fc，包括電機(jī)控制塊、蝶閥控制塊、三通閥控制塊、模擬量處理塊、氣量計(jì)算模塊等。

　　在使用scl編寫fb/fc時(shí)，一律采用局部地址，控制邏輯在fb/fc內(nèi)部完成，對(duì)外僅提供調(diào)用接口。例如：按照科倍隆要求，hmi上的設(shè)備圖標(biāo)在故障到來(lái)而操作員未應(yīng)答時(shí)閃爍，應(yīng)答而故障未離開(kāi)則紅色不閃爍，因此定義了如7圖所示的輸出接口。

　　在wincc中僅讀取“qstate”的值，其它輸出接口用于plc內(nèi)部程序邏輯，這樣既可以在hmi實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)又節(jié)約了外部變量點(diǎn)數(shù)。限于篇幅，其它接口及具體內(nèi)部邏輯不再貼出了。

　　5.2 wincc側(cè)

　　根據(jù)操作員的操作習(xí)慣及一些人性化考慮，為每個(gè)設(shè)備對(duì)象編制畫面模板，每個(gè)畫面模板對(duì)應(yīng)一個(gè)fb，pcs7中的faceplate就是這種方式，只是功能多了很多，如圖8所示。

　　在wincc中建立結(jié)構(gòu)變量，其結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的fb背景數(shù)據(jù)塊，在調(diào)用畫面模板時(shí)賦予其相應(yīng)的變量前綴即可;為提高組態(tài)速度，采用腳本自動(dòng)解析方式，在連接結(jié)構(gòu)變量至udo原型時(shí)vb腳本自動(dòng)賦予畫面模板的變量名前綴以及在畫面窗口標(biāo)題欄上自動(dòng)填寫設(shè)備名稱。解析變量名前綴的vbs代碼。如圖9所示。

　　結(jié)構(gòu)化編程極大的提高了編程效率與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)速度，也是plc編程的一種趨勢(shì)，在我所接觸的所有plc中，西門子的編程方法最為靈活與強(qiáng)大。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　該項(xiàng)目于2009年四月試運(yùn)行，七月正式交付使用，至今已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，用戶對(duì)系統(tǒng)完善的信息提示及人性化的操作非常滿意。尤其信息提示功能極大的方便了操作人員，對(duì)系統(tǒng)維護(hù)人員也有很大的幫助，維護(hù)人員無(wú)需進(jìn)入step7即可診斷、排除大部分故障，極大的提高了工作效率及生產(chǎn)效益。

　　在使用西門子產(chǎn)品的過(guò)程中，對(duì)其結(jié)構(gòu)化的編程理念極為欣賞，基于這種編程方式，我們完全可以建立一套自己的s7功能塊庫(kù)、hmi界面庫(kù)，這樣的好處是可以避免重復(fù)勞動(dòng)，減少程序出錯(cuò)率及調(diào)試時(shí)間，極大的提高了工作效率。