路麗娟，周紅燕（天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

液氯智能包裝系統(tǒng)運行小結(jié)

路麗娟，周紅燕
（天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

基于西門子 PLC S7-300 和觸摸屏設(shè)計的包裝控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了液氯包裝操作過程的全自動化程序及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，解決了系統(tǒng)中出現(xiàn)的操作與安全問題。

液氯；智能包裝；運行；小結(jié)

氯氣是氯堿生產(chǎn)中重要的產(chǎn)品之一，為了方便氯氣運輸及有效控制外泄，減少環(huán)境污染，對氯氣生產(chǎn)工藝方式進行了有效的改進及控制。離子膜電解產(chǎn)生的氯氣純度約為 96%， 在一定工藝條件下，氯氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)氯，并將其中的雜質(zhì)部分分離、脫除，從而制成純度較高的氯產(chǎn)品。在壓縮為液態(tài)氯過程時，可以減少氯氣的體積，便于運輸、貯存，并在生產(chǎn)失衡時，可以通過貯存方式達到產(chǎn)能平衡。液氯智能包裝系統(tǒng)是將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用于液氯包裝生產(chǎn)中，其目的就是采用現(xiàn)代的先進控制技術(shù)，通過控制系統(tǒng)強大的軟、硬件功能組態(tài)來實液氯自動灌裝線的實時監(jiān)測和控制，對實際的生產(chǎn)有很大益處，此套液氯自動包裝線控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用對減少事故、提高經(jīng)濟效益、改善工作環(huán)境、提高綜合管理水平 方面有著極為 重要的作用[1]。

1 液氯包裝生產(chǎn)線工藝流程概述

來自電解崗位的氣態(tài)氯，經(jīng)過一定處理進入液氯貯槽，再經(jīng)貯槽下部的閥門、管道、管道過濾器，進入液氯包裝中間罐，中間罐底部比液氯貯槽底部低約 900 mm。 中間罐上部的氣相空間有氯氣平衡管與液氯貯槽相通，液氯充裝泵密封依靠機械密封及氮氣作為密封。 在包裝過程中，需要關(guān)閉氮氣瓶，并打開排空閥泄壓，否則將磨壞密封氣囊。包裝泵通過 4個葉輪的四級增壓，達到包裝壓力，裝入鋼瓶。 包裝系統(tǒng)用氯氣泵抽真空，抽出的氯氣送到廢氯分配臺，去堿站臺或去除害生產(chǎn)次氯酸鈉。在生產(chǎn)過程中由于氯氣是劇毒物質(zhì)，也因此必須保證生產(chǎn)、貯存、運輸?shù)耐耆煽啃?。從液氯包裝生產(chǎn)系統(tǒng)工藝而言，液氯包裝包括：包裝前的操作準(zhǔn)備、包裝流水線作業(yè)和包裝的輔助工作系統(tǒng)。現(xiàn)代化的液氯包裝生產(chǎn)線大都采用循環(huán)回轉(zhuǎn)式布置，見圖 1。

2 液氯智能包裝控制方案架構(gòu)總體設(shè)計

天業(yè)化工有限責(zé)任公司此套液氯智能包裝控制系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用是基于西門子 PLC S7-300 實現(xiàn)的。液氯包裝控制的設(shè)計流程大致為明確相關(guān)項目目標(biāo)任務(wù)、設(shè)計總體實施方案、由工藝控制點數(shù)確定控制點數(shù)、匹配系統(tǒng)軟硬件、按控制需求軟硬件界面規(guī)范及組態(tài)、軟硬件分調(diào)、軟硬件聯(lián)調(diào)、直到達到設(shè)計目標(biāo)任務(wù)為止。軟硬件的整體匹配及設(shè)計時的實時性、變更的靈活性也是非常重要的。 因此，在設(shè)計之前，合理選擇及匹配性價比較高的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。

圖1 液氯包裝生產(chǎn)線工藝示意框圖

西門子 PLC S7-300 系列的應(yīng)用范圍非常廣泛，從簡單到復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)，可以滿足各種工藝要求，其性能強大，運行速度快且穩(wěn)定、體積小、通訊功能強、性價比高，這些特點決定了其在自動化控制系統(tǒng)始終占據(jù)極為重要的地位。 西門子 PLC S7-300 系列為用戶提供了多種自動化控制系統(tǒng)解決方案，用戶可以根據(jù)實際的自動化控制系統(tǒng)需求來進行選擇。此套液氯包裝生產(chǎn)線控制采用了2套具有總線通訊功能控制器， 軟件平臺通過 SQL+WINCC軟件開發(fā)了包裝控制管理系統(tǒng)。利用工業(yè)控制計算機實現(xiàn)監(jiān)視控制功能、通過編程軟件實現(xiàn)工藝及設(shè)備控制信號如有毒有害氣體探頭信號、液位、壓力、溫度、電流信號；泵類等設(shè)施的狀態(tài)、啟停等設(shè)備數(shù)據(jù)等與充裝系統(tǒng)過程形成因果條件，實現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖控制，并對整個控制系統(tǒng)配備了匹配的 UPS 電源裝置，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

3 液氯智能包裝控制方案實施

液氯智能包裝控制系統(tǒng)及設(shè)備硬件均采用智能化設(shè)計。此套控制系統(tǒng)共分為 3 部分：液氯貯槽監(jiān)控及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、槽車灌裝系統(tǒng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)和液氯自動充裝系統(tǒng)。所有現(xiàn)場使用中的稱重計量部分由 2 套總線通訊功能及獨立 PLC 系統(tǒng)進行管理。 液氯智能包裝采用專用鋼瓶秤充裝控制系統(tǒng)及1臺具備相同功能的復(fù)檢秤系統(tǒng)共同組成，充分保證了稱重計量的準(zhǔn)確及穩(wěn)定性。每一套稱量系統(tǒng)均包含有信息通訊和智能輸入系統(tǒng)， 現(xiàn)場共有 3 套獨立 PLC和人機界面系統(tǒng)的現(xiàn)場控制機柜、并配備有3套包裝鋼瓶秤灌裝過量報警信息及指示警報裝置，可以通過無線數(shù)據(jù)采集器接收裝置和電子標(biāo)簽無線數(shù)據(jù)采集控制器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集工作。同時，控制站外部配備有打印機、掃描設(shè)施等，充分達到控制工藝要求、實現(xiàn)全系統(tǒng)的自動聯(lián)鎖控制及采樣控制，實際設(shè)計與操作完全相符，且在一定基礎(chǔ)上進行了較大的改進，取得了較好的控制效果。

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個控制系統(tǒng)分類為 3 條分裝包裝線、1 套PLC 系統(tǒng)和相關(guān)軟硬件系統(tǒng)組成， 并在每 1 條生產(chǎn)線配置了觸摸屏裝置，從而實現(xiàn)了各控制環(huán)節(jié)的單元控制，并實現(xiàn)對現(xiàn)場工作狀態(tài)分別顯示的功能及工作狀態(tài)進行適時追溯。液氯現(xiàn)場充裝控制柜結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 液氯現(xiàn)場充裝控制柜結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 控制系統(tǒng)方案簡介

液氯智能包裝系統(tǒng)因液氯特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)，使得其操作難度大、控制系統(tǒng)復(fù)雜，因此，液氯智能包裝系統(tǒng)控制方案也成了生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。液氯智能包裝控制系統(tǒng)采用西門子 PLC S7-300 系統(tǒng)。 由 PLC 系統(tǒng)、觸摸屏、報警系統(tǒng)、現(xiàn)場壓變、電磁閥等構(gòu)件組成。操作站采用 DELL 工控機 WINXP 操作系統(tǒng)。并用可編程控制器設(shè)計了充裝掃描、充裝管理等過程控制。在相關(guān)數(shù)據(jù)庫信息服務(wù)基礎(chǔ)上安裝了基于組態(tài)王軟件（KingView6.55 版本）液氯自動灌裝生產(chǎn)線的監(jiān)控界面，用組態(tài)王內(nèi)部提供的仿真PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)與現(xiàn)場控制的連接。 采用可靠性較高的西門子 PLC S7-300 控制系統(tǒng)作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制操作和運算的主要自動化設(shè)施，實現(xiàn)了包裝系統(tǒng)運行診斷、實時監(jiān)控、自動控制等，滿足了系統(tǒng)實時性、穩(wěn)定性和可靠性的要求。觸摸屏配置采用了智能化的多功能面版，人機操作界面簡捷適用、組態(tài)適用、修改方便、實現(xiàn)了完全人機對話狀態(tài)。 PLC 控制系統(tǒng)與操作站可以通過 RS-422/485接口可進行快速通訊與設(shè)置。整個控制系統(tǒng)外入的輸入模擬量信號（AI）有各項氣體探頭的報警信號、壓力、重量、液位、溫度等；還有所有按鈕開關(guān)量和氣缸性開關(guān)開關(guān)量信號（DI、DO）等信號。 如對包裝稱重量的控制指標(biāo)主要是判斷是否初稱與復(fù)檢稱的相關(guān)指標(biāo)是否滿足稱重要求；包裝過程中對貯槽及中間槽內(nèi)液位的自動調(diào)節(jié)、外設(shè)手持式掃碼器的控制設(shè)計也是控制部分的一個重要環(huán)節(jié)。其硬件配置和外部接線部分包括1臺能擴充模擬量輸入輸出模塊，具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能的可編程控制器、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出，可以利用 PLC 自帶基本控制單元設(shè)計其啟動與停止。

液氯智能包裝控制系統(tǒng)中鋼瓶充裝包括灌裝前檢查、灌裝、復(fù)檢稱、灌裝后復(fù)核、銷售與回收等部分。首先，登陸操作人員工號確認(rèn)界面并下達執(zhí)行程序，通過手持式鋼瓶掃碼器對已經(jīng)上稱的鋼瓶進行電子標(biāo)簽掃描，并自動對信息和計算機已經(jīng)輸入的信息比對，程序判定準(zhǔn)確無誤后，啟動抽空及充裝程序，當(dāng)充裝量到達充裝設(shè)定值時，檢測無誤后進行自動復(fù)稱，并可進行抽空控制確保管路中無殘液以達到液氯充裝全過程安全性。并對整個過程全程監(jiān)控及干預(yù)，并可對空瓶、滿瓶數(shù)量、在裝數(shù)量進行遠(yuǎn)程核實，方便管理及銷售人員及時了解鋼瓶的銷售與回收。

整個操作界面快捷合理且更加人性化。主界面主要分為液氯貯槽監(jiān)控及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)與液氯槽車自動灌裝系統(tǒng)2個遠(yuǎn)程控制與實時監(jiān)測，包括整個系統(tǒng)的啟動與停止控制；有毒有害氣體濃度的檢測；系統(tǒng)運行過程中各控制工藝及設(shè)備運行況如開關(guān)量的狀況顯示，這些都形象地表征出系統(tǒng)運行過程。當(dāng)貯槽液位值小于某一設(shè)定值或者氣體濃度指標(biāo)超過限定值時，系統(tǒng)會立即產(chǎn)生聲光閃爍報警，提醒操作人員故障中，并且必須將故障完全排除后，報警才可解除，全系統(tǒng)才可恢復(fù)運行。操作界面中還可以進入趨勢曲線分析界面、數(shù)據(jù)報表管理界面和報警監(jiān)控界面。操作及管理人員可以通過查看實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線，了解整個系統(tǒng)的運行狀況；尤其是鋼瓶 的管理數(shù)據(jù)是以EXCEL 文件的格式保存數(shù)據(jù)，可方便操作人員了解、查看各重要參數(shù)的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行情況，為管理人員分析原因和排除故障提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與管理依據(jù)。

4 投用后效果分析

液氯智能包裝控制系統(tǒng)自應(yīng)用以來，也出現(xiàn)過一些問題。如空瓶掃碼異常，無法啟動等情況。對此，需要對手持掃碼器進行檢查、網(wǎng)線及通訊檢查、重新啟動或?qū)芈愤M行檢查及調(diào)節(jié)；如現(xiàn)場充裝過程異常，氣動閥不動作，主要是由于聯(lián)鎖過程某一部分異常，可據(jù)此判斷檢測是否氣缸行程異常、光電開關(guān)異常、是否負(fù)載過大、參數(shù)設(shè)置問題等；由 PLC 根據(jù)各運行檢測狀態(tài)反饋的信號進行邏輯判斷來檢測故障原因及設(shè)計解決方案、措施。 目前，操作與維修人員對此控制系統(tǒng)的熟悉與摸索，研制出一整套適應(yīng)現(xiàn)有操作的模式與方法，保證此智能包裝生產(chǎn)系統(tǒng)的正常、安全、穩(wěn)定的運行。

5 結(jié)語

此套西門 子 PLC 自動控制系統(tǒng) 在液氯包裝生產(chǎn)線的應(yīng)用，其優(yōu)點在于軟硬件具備極高的可靠性、極豐富的指令集使得用戶易于掌握，并且操作便捷、具有豐富的內(nèi)置集成功能和實時特性、具有豐富的擴展模塊功能。通過采用此套智能包裝控制系統(tǒng)、程序和操作面板系統(tǒng)的總體設(shè)計，解決了一系列原來系統(tǒng)中出現(xiàn)的操作與安全問題，使得液氯包裝生產(chǎn)的實現(xiàn)有了較為完善的技術(shù)依據(jù)及采集管理依據(jù)。投用后運行效果良好，也使該公司液氯智能包裝控制系統(tǒng)向企業(yè)信息化技術(shù)前沿又邁進了一大步。

［1］茍丹丹．啤酒包裝生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)的探討與研究．工程技術(shù)，2013（14）：110．

Summary on operation of liquid chlorine intelligent packaging system

LU Li-juan，ZHOU Hong-yan
（Tianye Chemical Co.,Ltd.,VShihezi 833000 ，China）

Packaging control system based on SIEMENS PLC S7-300 and touch screen design，Realize the safety and stability of the automatic procedure and the system operation process of liquid chlorine packaging，solve the operation and a series of security problems in the original system.

liquid chlorine； intelligent packaging； operation； summary

TQ486+3

：B

：1009－1785(2017)02-0044-03

2016-08-31