S7-300 PLC在甲醇工程罐装控制系统中的应用

一 概述
　　在甲醇的加工制造和运输的生产与经营过程中,储运是一个不可缺少的环节,特别是甲醇的存储、计量、核算和管理优为重要。围绕储罐乃至整个灌区的监控与管理，是储运作业中最基本的工作内容。提高储运自动化及其水平，对企业减少损耗，降低成本，增加效益具有明显的作用。
　　
　　二　罐装控制系统概况与监控要求
　　罐装控制系统概况：
　　甲醇罐装控制系统分为：自动灌装控制管理系统和灌区监控管理系统两部分组成。
　　根据技术要求，整个系统构成如下所示：

10万吨/年灌装控制系统构成示意图
　　
　　1 自动定量灌装控制系统：4个 货位甲醇的定量装槽车， 所有灌装发料数据可以随时记录、 查询、 打印，并且瞬时和历史数据进入计算机管理数据库，可实现开票、发货、管理一体化工作。
　　2 罐区监控管理系统：采用3台雷达液位计进行液位测量，3个RTD热电阻进行罐温测量，
　　 4台质量流量计的流量计量监控，4台氮气的压力监控检测（4~20mA模拟量输入），4点可燃气体浓度的监测报警（4~20mA模拟量输入），7点阀位信号检测（4~20mA模拟量输入），7点阀门控制信号输出（4~20mA模拟量控制输出），以及若干开关量输入输出控制联锁，比值控制回路等组成整个灌区生产、监控、液位、阀位安全联锁监控等全过程。
　　
　　三 自动定量灌装控制系统方案及功能构成
　　 1 概述
　　由于甲醇的日常装车作业一般都十分繁忙，人工装车存在效率低、损耗大、以及甲醇灌装时的挥发对现场装车操作人员的身体健康损害等问题。甚至有时人工操作容易疏忽而出显冒罐事故；更有静电接地可能不牢固或忘记接静电夹等，灌装过程中随时存在静电聚集安全隐患。为了克服人工操作、管理带来的弊端，减少环境污染，提高储运管理作业的效率和化工企业的整体效益，以适应经济发展的需求，迫切需求自动化程度高、安全可靠性好，以便于操作维护的储运装车自动化系统。
　　
　　灌装系统构成图如下

（1） 系统组成：根据甲醇灌装的技术要求和物料特性情况，系统采用4套EL-5092BH防爆定值控制仪（自动装车控制仪）、高精度防爆质量流量计、防爆多功能电液阀以及1套PCS-06开票控制管理系统及配套件等组成。
　　（2） 系统主要功能：系统主要完成提单开票、换票、自动定量装车、静电监测及防溢保护，以及联锁控制等功能。为了加强物料发放管理和控制，选用1套PCS-06计算机控制管理软件实现开票、提货一体化工作。
　　（3） 由于现场为防爆区，为了保证发放的安全和方便现场管理，整个系统设计成集散型控制方式，并采用输入密码发放的控制管理模式，避免了人为造成的多发少发现象的发生，做到分散控制、集中管理的现代化货物发放管理模式。
　　2 一个台位自动定量装车管路构成如下图所示：
　　 单个灌装货位现场组成：质量流量计1台（脉冲输出+模拟量信号输出，防爆）、EL-5092B（H）隔爆定量控制仪1台（隔爆型，直接安装于灌装现场）、隔爆电液阀1台，静电接地溢出保护系统1套（包括防爆液位开关1只、静电接地开关1只、安全栅1只），ELS-01隔爆LCD大字符显示1台，以及其他专用配套设备和防爆管等附件组成。
　　3 灌装系统工作原理：
　　（1） 工作流程如下图所示：
　　（2） 自动定量装车控制系统控制 原理功能：自动化定量装车管理系统主要由安装在现场的EL092B（H）隔爆定值控制仪和现场仪表组成，用于对装车作业的计量、控制和管理。每一台定值控制仪可控制一个鹤位进行发料装车工作。控制仪根据设定的发料数量，自动打开和关闭相应的阀门和输送泵，同时对管道中的物料流量，以及对罐车的接地、高液位探头等现场仪表进行检测，实现自动定量装车、经典接地、溢出自动安全保护。


自动装车发货控制管理系统工作流程图
　　首先根据发料量，在现场隔爆定值控制仪上预设装车量（或者输入提单号码，发货量通过通讯线直接从计算机中调入），现场条件允许装车后启动定值控制仪，定值控制仪自动打开主线上的电动执行机构（电液阀和泵），进行装车；装车过程中定值控制仪实时采集流量信号并显示累积流量；当装车量达到预设装车量的提前量时，控制仪自动关闭阀门至一定开度，当装车达到预设装车量时，控制仪将自动将阀门和电机全部关闭，结束灌装，装车自动完成无需人工关泵阀、停泵。
　　在装车过程中，如果罐车不接静电夹阀门打不开，发不出料；如果装车过程中，静电夹接地不良或物料液面到达高液位探头时为安全起见，无论流量是否达到预订量，控制器都将自动关闭阀门，提醒现场操作人员。
　　控制仪通过自身所带的通讯接口和管理、上位机相连。和PLC系统的氮气保护阀门信号相联锁，当氮气安全保护PLC提供一个开关信号后。控制仪自动关闭当前正在进行的灌装工作并提示现场工作人员。直到安全保护解除，可接着发货，或者终止发货。
　　现场配备了隔爆大字符显示器，与控制仪同步显示实际装车量便于提货用户观看掌握装车进程，避免发生纠纷。
　　
　　四 罐区监控管理系统

罐区监控管理系统构成示意图
　　1 罐区监控管理系统控制站硬件
　　罐区监控使用了计算机控制和管理，仪表使用标准输出信号和智能通讯，液位计、罐温检测，可燃气体变送器和流量计、阀开度、阀门调节、采用标准4~20mA电流输出信号，阀门和电机状态检测和控制使用标准的干接点信号，整个信号采集和控制采用西门子S7-300型PLC来实现。
　　（1） 开关量控制
　　对于现场的电机控制信号、开关回讯信号、状态信号及报警信号检测，采用；PLC完成利用组态软件I/O驱动程序负责完成PLC数据读写。
　　（2）标准2~20mA等信号
　　 各种标准4~20mA信号的温度、流量、可燃气体浓度和RTD信号通过PLC模拟量卡件转换，再经过通信接口传送到操作站的监控软件中，实现实时数据监控、记录、报警等。
　　（3） 阀门控制调节
　　阀门的自动控制调节，基本是单回路PID控制利用PLC的指令进行，而无扰动的切换利用组态监控软件进行跟踪，PLC进行相关的逻辑处理。
　　2 罐区监控管理系统操作软件
　　在控制室内的两台计算机上，都安装了监控管理软件，如果一台计算机出现故障，系统可以立即转换到另一台计算机上继续监控，本系统采用1个操作站，操作系统采用windows2000，监控组态软件采用西门子wincc工业组态监控软件。操作站内增加PC通讯和PLC的通讯接口连接，方便数据通讯。根据工艺的生产要求，监控组态软件操作画面的设计采用主菜单的形式，，在每幅画面下分别有按钮进行切换。画面包括主菜单画面、动态流程画面、操作画面、报表画面、罐容量表、报警等。
　　（1） 动态流程显示
　　 根据各阀门和电机的开闭状态可以确定管道的流动状态和流向。用不同的颜色来表示。由于管道为各种介质的公用管道，当满足不同条件时管道显示不同颜色。
　　（2）报警处理
　　 除了在报警画面和实时数据库中组态过程变量的报警限制和报警图形对象外，还对各个报警状态使用了不同的颜色和闪动处理方式。
　　（3）报表的处理
　　报表是利用监控组态软件的历史报表工具来进行定制的，内部的核算是通过脚本函数实现的。
　　（4）容量的处理
　　 由于甲醇罐的计量是通过罐的液位查找罐表来求的罐内甲醇的体积和储量，一般的罐表都是每隔1毫米对应一个体积值，当组态软件得到罐的液位值后，将它换算成液位高度，然后就直接从容积表中读出与液位值对应的体积。
　　（5）流量的累积
　　 流量的累积在实时数据库中用累积点来实现的。
　　（6）氮气安全保护的PID控制
　　 氮气安全保护采用PID控制，其基本单回路PID控制利用PLC的PID指令进行，而无忧动的切换利用组态监控软件进行跟踪，PLC进行相关的逻辑处理。
　　
　　五 结束语
　　罐区运行一年多来，运行效果良好，基本上满足生产操作和管理，大大提高罐区 发货质量，系统维护量不大，大多是人为故障，基本上可简单处理即可解决。发货系统满足公司和客户的要求，为公司和客户创造和谐友好的关系作出了贡献。