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摘 要:设备不断更新与功能完善是满足市场与安全生产的主要任务之一。因为设备不稳定因素很容易造成产品产量、质量问题和人身伤亡事故。随着市场的拓展、对生产工期的追求,以及对生产设备的安全性和可靠性、易操作性等技术的要求,对现有配重生产线某些老化落伍的設备,并解决相关的问题,以满足涂敷生产的要求。本文对现有搅拌站系统的工控主机、PLC可编程控制器的改进升级以及升级的意义进行了论述。
关键词:搅拌站工控主机PLC可编程控制器
中图分类号:TE97 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0033-01
1 引言
1.1 设备改进的背景和意义
海底输油、气配重管线的应用越来越广泛,混凝土配重管的市场需求随之增加,这就要求混凝土配重管涂敷商必须不断提升涂敷设备能力、提高设备利用率及完好率。
混凝土搅拌站系统是配重涂敷生产线的重要组成部分,它与普通混凝土搅拌站有着较大区别,有着自身独特的特点。配重管在涂敷过程中所需的混凝土由搅拌站系统负责完成熟料搅拌与输送,即配重管所需的主要原材料由搅拌站系统提供,搅拌站系统工况程度直接关系到配重管的产量与质量。
1.2 涂敷生产线组成及生产流程
涂敷系统是美国生产的喷涂式混凝土配重涂敷设备。主要设备包括:大、小控制台、喷射鼓单元及驱动马达、鼓间距调节装置、过渡皮带、续料皮带、上料斗振动器、喷涂车、混凝土回收系统、钢网导向装置、管端预留装置、上料皮带。
混凝土涂敷的工作原理:由上料传输皮带将混凝土传输到送料皮带上,送料皮带再以一定的速度送入由步进电机控制的高速旋转的一对鼓轮间隙中,混凝土以较大的速度(大于25m/s)喷射到已经做好防腐的钢管表面,同时缠绕加固用的钢丝网,形成满足技术要求的混凝土配重层,最后由刮刀修整喷涂表面,使配重层外观平整。
2 配重混凝土涂敷搅拌站设备改进
现有的搅拌站为“双机双控”,主机采用WINDOWS NT4.0操作系统,正常情况下一台为生产主控机,另一台为数据处理及故障分析(兼做主控备份),当主控机出现故障时,能启动另一台备份主控机,此时这台备份机取代主控机投入生产,不影响正常的生产。但由于使用时间太长,这两台计算机已经严重老化,其中备份机已经完全损坏不能正常使用,生产主控机也经常出现蓝屏、死机等现象,造成生产中断、混凝土闷罐等问题,严重影响正常生产！为了避免上述现象的发生,需对现有的控制系统进行升级。
2.1 目前控制模式
目前采用工控机全控方式,即以工控机为核心,主要通过输入输出卡,通讯板片等与配料仪表、中间继电器等相连,工控机程序控制中间继电器的动作,再由中间继电器的动作来控制动力配电盘/柜中的接触器以及各个阀门的电磁线圈等,完成投料、放料等各个生产环节,处理各项生产管理数据及远程联网等功能。
软件系统从各种数据采集卡实时采集数据,发出命令并监控系统运行:控制参数处理,控制配料过程,控制投料过程,控制搅拌生产。工控机程序基于Windows98平台,充分利用了Windows强大的图形编辑功能,以动画方式显示设备的运行状态,方便地构成监控画面和实现控制功能,并可生成报表、历史数据库等。
2.2 控制系统改进升级后的控制模式
“工控机+PLC”结构,即硬件采用工控机,软件采用独特的控制模式,发挥专有搅拌设备生产工艺以及机械性能。其硬件主要含:配料控制器、PLC可编程控制器及工控机。整个控制程序包括两部份:工控机程序和PLC程序。工控机程序为主控程序,包括控制参数修改、实时监控、通信处理、级配登录和数据管理等;PLC程序包括实时处理输入输出、开关信号输入输出、AD模拟处理和响应工控机通信命令等。
2.3 控制系统升级后的控制原理与选型
工控机系统采用“双机双控”形式,配置有两套微机控制系统,其中的“主机”有控制权,控制生产,“从机”与“主机”连接后监控“主机”的工作(所谓的“主机”和“从机”没有严格意义上的差别,先进入控制程序的那台微机作“主机”,“从机”没有控制权)。当“从机”检测到“主机”发生故障时,“从机”自动切换成为“主机”继续控制生产,完成“无缝切换”,保证生产正常进行。
配料控制器选用PLY600型称重仪表,其称量精度高、可靠性好、操作方便,适用于环境恶劣、系统复杂、电磁干扰及振动干扰大的场合。
PLC选用西门子公司的S7-200,它指令丰富,执行速度快,调试和故障诊断方便,具有灵活的中断及强大的通信功能。根据整个搅拌站的工艺流程及实际需求,整个系统共有23个输入点,21个输出点,考虑到系统的扩展留有少量冗余,因此选用西门子S7-226PLC CPU模块1块、EM221扩展模块1块、EM222扩展模块1块、PLY600型配料控制器3块。
接口采用与S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32编程软件,采用与电气控制电路图相呼应的梯形图语言编写控制程序,信号流清晰明了,便于阅读。在设计过程中,对于输入输出点采用集中管理,大大简化了程序,也有利于软件的后续升级和维护。
3 控制系统改进升级的意义
通过对搅拌站的控制系统的改进,大大提高了计量精度、生产效率和系统的稳定性。
改进前:设备老化严重、故障率较高,造成生产中断频繁,配料称量误差较大,造成配料不符合质量工艺卡的要求,影响生产进度和配重管的质量。
改进后:更换了老化受损的设备,系统稳定性有了较大提高,故障发生率降低了,配料更加精确。完全可以为涂敷区连续输送配比精确的混凝土,保证配重管的质量。
升级后的系统为了增加程序可读性、方便修改,采用了模块化的编程思想,这样的控制模式具备了如下优点:
(1)实现了手动/自动方式的自由切换,使施工人员能够根据现场实际情况机动灵活地进行操作,既降低了劳动强度,又保证了系统的安全运行。
(2)混凝土的配料更加准确,原材料控制实现数据化、精确化。
(3)PLC系统电源的输入端增加屏蔽隔离稳压器;控制系统的电源线、输入/输出线、动力线和接地线布线更为合理;PLC采用了专用的单点接地。这些措施保证了控制系统更加适用于恶劣的运行环境
(4)采用“工控机+PLC”结构控制的混凝土搅拌站,既简化了线路,降低了系统的故障率,又提高了工作的可靠性。
4 结语
随着公司的不断发展壮大,工程项目数量会越来越多,对生产速度的要求越来越快,对产品质量的要求也越来越高,因此对搅拌站的配料速度和配料精度要求也是越来越高。如何实现设备能力的不断提升与工作效率的提高,就需要工程技术人员不断的去学习、开拓、创新和完善。
关键词:搅拌站工控主机PLC可编程控制器
中图分类号:TE97 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(c)-0033-01
1 引言
1.1 设备改进的背景和意义
海底输油、气配重管线的应用越来越广泛,混凝土配重管的市场需求随之增加,这就要求混凝土配重管涂敷商必须不断提升涂敷设备能力、提高设备利用率及完好率。
混凝土搅拌站系统是配重涂敷生产线的重要组成部分,它与普通混凝土搅拌站有着较大区别,有着自身独特的特点。配重管在涂敷过程中所需的混凝土由搅拌站系统负责完成熟料搅拌与输送,即配重管所需的主要原材料由搅拌站系统提供,搅拌站系统工况程度直接关系到配重管的产量与质量。
1.2 涂敷生产线组成及生产流程
涂敷系统是美国生产的喷涂式混凝土配重涂敷设备。主要设备包括:大、小控制台、喷射鼓单元及驱动马达、鼓间距调节装置、过渡皮带、续料皮带、上料斗振动器、喷涂车、混凝土回收系统、钢网导向装置、管端预留装置、上料皮带。
混凝土涂敷的工作原理:由上料传输皮带将混凝土传输到送料皮带上,送料皮带再以一定的速度送入由步进电机控制的高速旋转的一对鼓轮间隙中,混凝土以较大的速度(大于25m/s)喷射到已经做好防腐的钢管表面,同时缠绕加固用的钢丝网,形成满足技术要求的混凝土配重层,最后由刮刀修整喷涂表面,使配重层外观平整。
2 配重混凝土涂敷搅拌站设备改进
现有的搅拌站为“双机双控”,主机采用WINDOWS NT4.0操作系统,正常情况下一台为生产主控机,另一台为数据处理及故障分析(兼做主控备份),当主控机出现故障时,能启动另一台备份主控机,此时这台备份机取代主控机投入生产,不影响正常的生产。但由于使用时间太长,这两台计算机已经严重老化,其中备份机已经完全损坏不能正常使用,生产主控机也经常出现蓝屏、死机等现象,造成生产中断、混凝土闷罐等问题,严重影响正常生产！为了避免上述现象的发生,需对现有的控制系统进行升级。
2.1 目前控制模式
目前采用工控机全控方式,即以工控机为核心,主要通过输入输出卡,通讯板片等与配料仪表、中间继电器等相连,工控机程序控制中间继电器的动作,再由中间继电器的动作来控制动力配电盘/柜中的接触器以及各个阀门的电磁线圈等,完成投料、放料等各个生产环节,处理各项生产管理数据及远程联网等功能。
软件系统从各种数据采集卡实时采集数据,发出命令并监控系统运行:控制参数处理,控制配料过程,控制投料过程,控制搅拌生产。工控机程序基于Windows98平台,充分利用了Windows强大的图形编辑功能,以动画方式显示设备的运行状态,方便地构成监控画面和实现控制功能,并可生成报表、历史数据库等。
2.2 控制系统改进升级后的控制模式
“工控机+PLC”结构,即硬件采用工控机,软件采用独特的控制模式,发挥专有搅拌设备生产工艺以及机械性能。其硬件主要含:配料控制器、PLC可编程控制器及工控机。整个控制程序包括两部份:工控机程序和PLC程序。工控机程序为主控程序,包括控制参数修改、实时监控、通信处理、级配登录和数据管理等;PLC程序包括实时处理输入输出、开关信号输入输出、AD模拟处理和响应工控机通信命令等。
2.3 控制系统升级后的控制原理与选型
工控机系统采用“双机双控”形式,配置有两套微机控制系统,其中的“主机”有控制权,控制生产,“从机”与“主机”连接后监控“主机”的工作(所谓的“主机”和“从机”没有严格意义上的差别,先进入控制程序的那台微机作“主机”,“从机”没有控制权)。当“从机”检测到“主机”发生故障时,“从机”自动切换成为“主机”继续控制生产,完成“无缝切换”,保证生产正常进行。
配料控制器选用PLY600型称重仪表,其称量精度高、可靠性好、操作方便,适用于环境恶劣、系统复杂、电磁干扰及振动干扰大的场合。
PLC选用西门子公司的S7-200,它指令丰富,执行速度快,调试和故障诊断方便,具有灵活的中断及强大的通信功能。根据整个搅拌站的工艺流程及实际需求,整个系统共有23个输入点,21个输出点,考虑到系统的扩展留有少量冗余,因此选用西门子S7-226PLC CPU模块1块、EM221扩展模块1块、EM222扩展模块1块、PLY600型配料控制器3块。
接口采用与S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32编程软件,采用与电气控制电路图相呼应的梯形图语言编写控制程序,信号流清晰明了,便于阅读。在设计过程中,对于输入输出点采用集中管理,大大简化了程序,也有利于软件的后续升级和维护。
3 控制系统改进升级的意义
通过对搅拌站的控制系统的改进,大大提高了计量精度、生产效率和系统的稳定性。
改进前:设备老化严重、故障率较高,造成生产中断频繁,配料称量误差较大,造成配料不符合质量工艺卡的要求,影响生产进度和配重管的质量。
改进后:更换了老化受损的设备,系统稳定性有了较大提高,故障发生率降低了,配料更加精确。完全可以为涂敷区连续输送配比精确的混凝土,保证配重管的质量。
升级后的系统为了增加程序可读性、方便修改,采用了模块化的编程思想,这样的控制模式具备了如下优点:
(1)实现了手动/自动方式的自由切换,使施工人员能够根据现场实际情况机动灵活地进行操作,既降低了劳动强度,又保证了系统的安全运行。
(2)混凝土的配料更加准确,原材料控制实现数据化、精确化。
(3)PLC系统电源的输入端增加屏蔽隔离稳压器;控制系统的电源线、输入/输出线、动力线和接地线布线更为合理;PLC采用了专用的单点接地。这些措施保证了控制系统更加适用于恶劣的运行环境
(4)采用“工控机+PLC”结构控制的混凝土搅拌站,既简化了线路,降低了系统的故障率,又提高了工作的可靠性。
4 结语
随着公司的不断发展壮大,工程项目数量会越来越多,对生产速度的要求越来越快,对产品质量的要求也越来越高,因此对搅拌站的配料速度和配料精度要求也是越来越高。如何实现设备能力的不断提升与工作效率的提高,就需要工程技术人员不断的去学习、开拓、创新和完善。