運用S7-300和組態王的關于有機硅的氣力輸送系統應用

闕 斌

（上海麥克曼氣力輸送系統設備有限公司，上海 200030）

0 引言

氣力輸送工程是近20年來中國朝陽行業，隨著時間的推移，蓬勃發展，滿足了環保，減少大氣污染的迫切性。電控方面，常用PLC西門子中型機S7-300，配合中控機組態王軟件，實現了現代化工業生產、監控等一系列需求。

1 氣力輸送技術介紹

氣力輸送最早誕生在英國，隨著時代的發展，污染加劇，粉塵排放嚴重，大氣污染，變得越發重要。隨著我國的改革開放和工業發展，于1979年修訂了《工業企業設計衛生標準》（TJ36-1979），1991年修訂了《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》等，表現了我國對排放越發嚴格和對環境保護的重視。氣力輸送的重要性在21世紀浮出水面，它對生產、開銷、環保的幫助是的巨大的：

1）能改善車間的衛生條件和生產條件，有效地解決車間內細碎物料的自動捕集與分離收集問題，對防火、防止環境污染、提高勞動生產率和提高產品質量等均有重要的作用。

2）密封的氣力輸送管道可防止輸送過程中的物料泄漏，從而防止引起外界環境污染且物料不會受到外界環境的影響[1]。

氣力輸送分類復雜，可以按照物料在管道內的運動狀態、輸送方式、氣流壓力、氣流重量混合濃度等一系列指標分類。實際操作中，我司按照氣流方式分類，共有兩種方式：負壓吸送和正壓壓送。顧名思義，一個是利用負壓將物料吸到目的地，空氣消耗小，輸送少，另一個是利用發送罐憋壓輸送方式，此方法輸送量大，空氣消耗大。

現實生產中工廠生產需求旺盛，使用較多的是正壓壓送方式，正壓壓送方式對應料氣混合比，還可以細分為稀相<10，中相10～25，密相>25[2]。如今，最多的、較為成熟且被大眾熟悉的是“正壓密相輸送方式”。

2 項目介紹

2012年興發集團項目中，輸送的是有機硅粉，使用的正是正壓密相輸送方式。

氣力輸送線共有兩條，輸送形式分別為：第一條正壓密相一送三，第二條正壓密相三送四。第一條正壓密相氣力輸送環節控制對象為上游設備中的料斗除塵器和引風機，倉泵中的排氣閥、進料閥、預關閉閥、出料閥、下進氣閥和上進氣閥，以及下游設備中的補氣閥和除塵器。第二條正壓密相氣力輸送環節控制對象為上游設備中的除塵器，三臺倉泵中的排氣閥、進料閥、預關閉閥、出料閥、下進氣閥和上進氣閥，以及下游設備中的補氣閥。控制方式由西門子PLC作控制源，通過中控機電腦自動化操作及電控箱面板上的鍵鈕手動操作，中間繼電器對各電磁閥進行控制，便于調試與維修。并由系統中的壓力變送器、料位計、氣動閥上的位置開關、氣源壓力表等對工作情況進行檢測和監控。系統所有按鈕、指示燈，均裝于控制箱的面板上。系統電源取自車間。控制方式分為手動和自動。系統圖如圖1所示。

圖1 控制系統圖

3 硬件設置

S7-300適用于中型控制系統，硬件由CPU中央處理器、PS電源模塊、SM信號模塊、FM功能模塊、CP通訊處理器和IM接口模塊組成，安裝于特定導軌。通訊方式常用以太網，它不是一種具體的網絡，是一種技術規范[3]。使用的是最普通的網線，特點是成本低，適用距離可達1000m以上，足夠滿足工廠需求。

在STP7 V5.5上建立硬件設置，仿真PLC硬件組合，如圖2所示。

圖2 PLC硬件組合仿真

S7-300模擬量模塊AI需要調節嵌入其中的量程卡，設為四個位置：“A”,“B”,“C”,“D”。“A”為電壓（±1V）“B”為電壓（±5V、±10V、1～5V），“C”為四線制電流，“D”為二線制電流[4]。我們此次調試壓力變送器必須設置為“D”。

假如隨著工廠建設的擴展，設備增多，產線增加，放眼未來考慮，S7-300可以作為一個主站，連接很多單一小型系統，來組成一個龐大的生產總系統。利用以太網通訊，即簡單的成本低廉的網線接口，就可以達到通訊快捷，穩定的目的。

圖3 組態王畫面

4 電控操作介紹

輸送方法，簡單而言，就是依靠發送倉泵，先打開倉泵上排氣閥、進料閥、預關閉閥，開始加料，料滿關閉以上閥門，然后再打開開倉泵上出料閥、下進氣閥和上進氣閥，開始送料至下游的收料倉。加料時依靠位于倉泵中上位置的音叉料位計準備加料。

送料是難度的體現，根據的是倉泵內部壓力的變化（壓力變送器來測量）。開始輸送時壓力瞬時變大，達到一個穩定值，然后長時間輸送，一旦倉泵內物料減少到即將送完時，壓力瞬時下降。把握好這兩個基本點，分別關閉上進氣、下進氣閥門，輸送完畢，最后關閉出料閥。這兩個基本點我司稱之為空罐壓力和空管壓力，一般較低，根據經驗和現場物料特性來判斷設置。

組態王支持1000多個廠家近4000種設備，包括主流PLC、變頻器、儀表、特殊模塊、板卡及電力、樓宇等協議[5]。它與S7-300兼容通訊，組態王畫面如圖3所示。

5 模擬量采集

壓力變送器是這個系統關鍵儀表，輸出4～20ma信號，連接至PLC的模擬量模塊。

根據EN61131標準，必須標明模板在25℃時的基本誤差和在整個工作溫度范圍內的操作限制值。意味著模塊數據難免有一定的誤差：溫度、線性，最高±0.7%，可以忽略[6]。

假設模擬量的標準電信號是A 0-A m（如：4～20mA），A/D轉換后數值為D0-Dm（如：6400～32000），設模擬量的標準電信號是A，A/D轉換后的相應數值為D，由于是線性關系，函數關系A＝f（D）可以表示為數學方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）/（Dm－D0）＋A0

AIW0的數值轉換為實際壓力值（單位為kPa）的計算公式為：

MD40的值＝（VW0的值－6400）（1000－0）/（32000－6400）＋0

以前在S7-200軟件中必須要逐條編寫程序。但在功能齊全的S7-300中，對模擬量轉換的程序不再需要編寫，而是僅僅使用程序自帶的模塊FC105即可實現原來一連串模擬量轉換程序。如圖4所示。

圖4 FC105模塊

圖5 壓力波形

6 波動彈性輸送

有機硅的物料特性：堆積密度1.43（t/m3），堆積密度較大，流動性尚好，有磨削性。

有機硅密度大，在管道中輸送狀態基本是沉降在管道下部分，所以務必將下進氣、上進氣調高，壓力較大才能將物料送至目的地，不然容易堵料，但是磨削性大，長時間高壓輸送導致的問題是管道容易被磨穿，面對這個矛盾的問題，只能在電控方面想出解決之道。

我司系統中下進氣運用的是文丘里專利技術，由下進氣吹送管道，上進氣壓出物料，因為物料特性密度大，重量重，剛開始調試輸送過程中常常容易堵料。堵料時，管道內堆積物料，倉泵內物料無法送出，導致壓力增大。于是調高下進氣、上進氣壓力即可。

將上下進氣壓力不斷調大，輸送時堵料情況減少，管道晃動變大，這將加速設備的老化和磨穿。

避免堵料的同時盡可能地減少硬件損耗的解決方 案是：

壓力不再調大，當即將堵料時，將上進氣暫時關閉，不再加力排出物料，避免堵料，等待壓力慢慢下降到安全值以后，再次打開上進氣，壓力慢慢上升，上至危險值時再關閉，如此循環，形成一個良性并且穩定輸送的系統。經過幾次嘗試，確定了上下危險值和安全值。危險值為280kPa，安全值為220kPa。對應組態王中壓力波形畫面如圖5所示。

輸送過程中平穩，不再堵料。這個方式由這次我公司首次使用，命名為“波動彈性輸送”。

7 結論

氣力輸送系統物料多樣化，難點較多，有機硅是我司輸送的堆積密度最大的，常規手段不足以解決。得益于現代化設備的輔助，利用“波動彈性輸送”滿足了客戶的需求。以后面對類似的困難和較重的物料就有了很好的解決之道。

參考文獻：

[1]彭萬喜,吳義強.氣力輸送與廠內運輸[M].北京:化學工業出版社,2003.18(18).

[2]陳宏勛.管道物料輸送與工程應用[M].北京:中國計量出版社,2009.11(11).

[3]以太網、工業以太網及PROFINET的區別[EB/OL].http://www.sieme.com.cn,2016,11.

[4]S7-300模塊數據[EB/OL].http://www.siemens.com.cn,2016,12.

[5]組態王—亞洲通用工業組態軟件[EB/OL].http://www.kingview.com,2016,12.

[6]模擬量輸入和輸出模塊的操作限制和基本誤差.[EB/OL].http://www.siemens.com.cn,2016,12.