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中海石油某有限公司原尿素包裝系統(tǒng)只接皮帶及裝車機(jī)，因此皮帶及裝車機(jī)停機(jī)，前端設(shè)備不停機(jī)，導(dǎo)致包裝堵塞；為了滿足生產(chǎn)需要，提高包裝系統(tǒng)的自動化水平，降低操作人員的勞動強度，并自動集成包裝系統(tǒng)的所有設(shè)備，刮刀、包裝機(jī)、堆垛機(jī)和卸載小車的原有獨立設(shè)備均納入S7-400可編程控制器控制系統(tǒng)，用于皮帶控制。⑴對上位機(jī)的控制畫面進(jìn)行改進(jìn)，對刮板的PLC自動控制程序進(jìn)行改造，傳輸包裝機(jī)和堆垛機(jī)的慢停、故障和啟停信號，提高整套設(shè)備的自動化程度。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。
改造前控制系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)，CPU直接配備I/O點模塊，系統(tǒng)點相對較少，不需要通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。改造后的包裝控制系統(tǒng)仍采用原有的冗余結(jié)構(gòu)。刮刀PLC(S7-300)通過光纖通信與包裝PLC(S7-400)控制系統(tǒng)新增開關(guān)(υ)相連，采用以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)。包裝控制系統(tǒng)作為主站，刮板作為包裝控制系統(tǒng)的從站進(jìn)行信號處理。所有信息通過從站傳輸?shù)街髡具M(jìn)行聯(lián)鎖處理。利用備用點接入散儲卸料小車的運行控制信號和翻板信號，以及包裝機(jī)和堆垛機(jī)的啟停、慢停和故障信號進(jìn)行聯(lián)鎖處理。原帶式輸送機(jī)和裝載機(jī)信號不變，包裝系統(tǒng)聯(lián)鎖程序和上位機(jī)畫面重寫，滿足自動化集成。改造后的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
改造前只有皮帶與皮帶互鎖，后皮帶與裝載機(jī)互鎖。聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)如圖3所示。聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)比較簡單，程序比較少。改造后增加了許多新設(shè)備，聯(lián)鎖復(fù)雜，運行條件多樣。改造后的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改革后的系統(tǒng)包括以下功能:
1)如果前段任何一條皮帶出現(xiàn)故障，故障皮帶前的所有設(shè)備都會聯(lián)鎖停機(jī)，刮板自動停機(jī)，卸料小車翻板自動轉(zhuǎn)入散貨倉卸料。
2)如果鏟運機(jī)處于自動運行模式，上位機(jī)可以控制鏟運機(jī)的懸掛、啟動和停止，從而減少鏟運機(jī)操作人員的頻繁操作。
3)如果高級堆垛機(jī)、機(jī)器人堆垛機(jī)和裝載機(jī)出現(xiàn)故障或停止信號，聯(lián)鎖并停止后皮帶和包裝機(jī)，以防止袋子堆積。
2.改造后系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。
改造后的系統(tǒng)由原包裝系統(tǒng)S7-400、刮板S7-300系列PLC、包裝機(jī)、堆垛機(jī)等設(shè)備電氣控制系統(tǒng)組成。刮刀控制系統(tǒng)通過ProfibusDP與原包裝系統(tǒng)通訊至光纖模塊，上傳刮刀的所有信息。重新設(shè)計后，除刮刀外的設(shè)備通過電氣硬線與包裝系統(tǒng)連接，合理分配包裝系統(tǒng)的備用點。輸入和輸出信號連接到包裝系統(tǒng)，用于信號驗證和測試。
3.改革系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。
所有設(shè)備功能設(shè)計合理，通過自動集成改寫PLC程序和PC畫面。
3.1PLC程序。
在鏟運機(jī)的自動控制模式下，上位機(jī)控制啟停和暫停功能。在此模式下，鏟運機(jī)操作員提前選擇料堆，設(shè)置進(jìn)料深度和往返距離，所有保護(hù)功能自動啟用。然后刮板來回耙料，包裝系統(tǒng)上位機(jī)可以實時監(jiān)控刮板的工作情況。
PLC程序增加包裝主站調(diào)用刮板機(jī)的從站程序，操作人員根據(jù)刮板機(jī)的工況和包裝機(jī)倉的料位操作刮板機(jī)暫停、停止和啟動，有效減少了刮板機(jī)操作人員的實時監(jiān)控工作，操作人員可以對其他設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)工作。鏟運機(jī)從站主要負(fù)責(zé)鏟運機(jī)的所有信號處理、故障判斷和程序上傳功能。鏟運機(jī)自動控制流程如圖5所示。

尿素包裝系統(tǒng)有6臺包裝機(jī)、4臺碼垛機(jī)和5臺裝載機(jī)。包裝PLC通過選擇上位機(jī)中的聯(lián)鎖段，判斷設(shè)備是否在運行，是否有故障或停止信號，觸發(fā)相應(yīng)的聯(lián)鎖，停止相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)鎖操作段，對其他設(shè)備沒有任何影響。包裝PLC的聯(lián)鎖過程如圖6所示。

3.2上位機(jī)的配置。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控所有設(shè)備的運行狀態(tài)，工控機(jī)通過以太網(wǎng)與包裝PLC通信。在本次自動化集成中，主要增加了鏟運機(jī)、堆垛機(jī)、皮帶和裝載機(jī)的聯(lián)鎖畫面，操作人員可以通過畫面方便地操作現(xiàn)場設(shè)備，有效降低了現(xiàn)場工作人員的工作量。由于包裝系統(tǒng)環(huán)境惡劣，夏季散裝倉和棧橋溫度高，夾雜著刺激性氣味。通過實現(xiàn)自動化集成，降低了現(xiàn)場操作人員患職業(yè)病的風(fēng)險，許多環(huán)節(jié)不再需要人員實時監(jiān)護(hù)，降低了人工成本。
4結(jié)束語。
通過探索包裝系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的工作原理，在原有PLC設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化集成，提高了包裝系統(tǒng)的自動化程度，設(shè)備運行的可靠性，降低了現(xiàn)場操作人員的勞動強度，避免了長期在惡劣環(huán)境下工作的職業(yè)病風(fēng)險。經(jīng)過調(diào)試和實際運行，系統(tǒng)運行安全可靠，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，有效降低了人力成本。

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