廊坊西门子模块代理

　伴随着我国经济的飞速发展，各种产业对能源需求的急剧增长，天然气作为一种新型、环保、廉价的能源越来越为众多用户所青睐。逐渐出现了一种供不应求的紧张局面。天然气的高效输送因此也成为了各大生产运行单位科研部门主要研究的方向及目标。
　　目前我国天然气输送行业主要以管道输送为主，同时存在气瓶输送、固态输送等多种形式。在长输天然气管道中，为增加输气效率，一般都建有中间压气站，即利用压缩机将其他形式的能量，如电能、机械能等，转化为压力能，从而达到增加单位时间输送量和输送速度的目的。
　　而离心式压缩机因为其效率高、维护量低、故障率低等诸多特点，渐渐在各类压缩机中脱颖而出，成为新建压气站的机型。离心式压缩机用于压缩气体的主要工作部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器。简而言之，离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能。
　　1．工艺简介
　　本文系统主要由4台压缩机组组成，由SIEMENS公司的变频调速电机驱动的MAN TURBO公司的RV050/04型离心式天然气压缩机组。机组进气气源设计有中、低压两种气源。
　　2.控制系统配置及说明
　　2．1 系统硬件结构；
　　系统以西门子S7－400 系列PLC为核心控制部件，通过光纤以太网实现与现场下位机的通讯，上位机采用西门子WINCC工控软件，通过人机界面HMI监控运行参数、下发启停机、工艺调整等命令。
　　下位机，即单台机组控制单元，同样以西门子S7－400 PLC为核心控制元件，通过PROFIBUS专用网路与之相连的分布式I/O机架ET200M现场数据采集模块，完成数据采集，下发启停机、工艺调整等控制命令。通过硬接线的方式完成变频器的监控。同时还设置有如下相对独立的检测控制系统：
　　2．1.1 Bently震动检测系统，通过modbus协议与之实现通讯。
　　2．1.2 HIMA ESD系统，通过PROFIBUS专用网络与之实现通讯。系统采用了安全等级高的故障安全型控制系统Planar 4，第四代固态逻辑硬接线系统。通过TüV的严格认证，系统达到目前国际上高安全等级SIL4/ AK7。它被广泛地用于高风险生产过程的安全保护，如高压聚乙烯、加氢裂化、海上采油平台的HIPPS等。具有自诊断和集中通讯功能，数据采集时间小于4ms。
　　2．1.3 MCC 马达控制中心，通过PROFIBUS专用网络与之实现通讯，完成机组冷却风扇，润滑油泵等的控制。
　　2．2 系统软件实现；
　　本系统PLC软件采用STEP 7软件，程序语言使用连续功能图CFC,使程序条理清晰，易于理解。上位机HMI采用工控软件WINCC。震动检测系统和HMIA ESD 系统分别有各自专用的组态软件。
　　2．2.1 PLC下位机软件
　　STEP 7是西门子公司PLC产品专用编程组态软件，具有FDB、CFC、SFC、梯形图等多种编程方式。根据工艺要求及压缩机组控制特点，本工程采用CFC顺序功能图进行编程控制。程序主要分为一下几部分：
　　2．2.1.1 压缩机组单机控制程序：①数据采集；②阀门控制；③启、停机顺序控制；④油系统控制；⑤防喘控制；⑥第三方通讯；
　　2．2.1.2 压缩机组联合控制：①进、出口压力控制；②流量控制；③第三方通讯；
　　2．2.2 上位机软件
　　本系统上位机由互为冗余的两台服务器和一台客户端组成。硬件为主流配置的工控计算机，软件采用西门子公司的WINCC工控软件，WINCC是西门子公司与微软公司联合开发的产物，在bbbbbbs 98或NT4．0以及基于NT 核心的 bbbbbbs2000/ xp/2003 操作系统下运行。
　　WinCC是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术系统。它提供了适用于工业的图形显示、信息归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。
　　HMI人机界面主要由以下几部分组成：
　　2．2.2.1 总揽图：三台机组的总揽图，包括机组运行状态，当前工艺流程状态及重要的运行参数。
　　2．2.2.2 单机总揽图：单击的总揽图，包括机组的各监测点实时运行数值，当前工作状态等。
　　2．2.2.3 防喘控制：运行机组的防喘控制界面，操作人员可通过此界面查看当前机组的运行工况是否稳定，并及时进行调整。界面中给出了防喘控制线、安全线和安全线，三条临界曲线，便于操作者直观了解当前运行工况。
　　2．2.2.4 报警查看：查看机组实时报警和历史报警，便于机组故障分析。
　　2．2.2.5 联合控制：对3台机组进行联合运行控制，包括进出口压力控制和流量控制。
　　2．2.2.6 逻辑图：机组启停机逻辑顺序图，便于对机组启动、停机控制的分析，便于故障查找。
　　2．2.2.7 阀门、冷却风扇等设备的单体控制界面。
　　2．2.3 Bently震动监测系统的组态。
　　Bently 3500震动监测系统是目前比较先进的机械监测系统，系统能够通过多种传感器采集数据，例如：速度传感器、电涡流传感器、加速度传感器等。系统专门用于关键设备的监测，并且能够为多个地点、多个人员提供现场采集的数据进行分析。系统通常由现场传感器、监测框架、软件、监控计算机组成。
　　组态软件采用其专用的“rack configuration”软件，组态内容包括：框架模板位置、模板参数、报警点等，不再累述。
　　 本文所介绍的系统，已在陕京输气管道成功投产、应用。系统设计层次鲜明，集成性高，运行稳定。各子系统、数据检测收集元件工作稳定，响应迅速。控制功能完善，很理想的完成了输气生产的各个环节控制。系统完全满足设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据记录完整、监控动作及时等诸多特点，同时大大减轻了运行、维护人员的劳动工作强度，缩短了操作时间，提高了输气效率。

1 引言
     从19世纪中叶台气力输送设备问世至今，气力输送技术在得到了迅速发展和应用。而输送对象也从早期的谷物、面粉和信件迅速发展到水泥、建材、化工、冶金、电力、矿山、铸造等行业。通过将气力输送工艺与当代自动化技术相结合，气力输送自动化系统得到了迅速发展，该系统的广泛应用也为提高生产效率、减轻劳动强度发挥了重大作用。然而，随着实际应用要求的不断提高，当前的气力输送系统在系统设计与实际运行的过程中也逐渐暴露出诸如硬件设计理论依据不足、工艺参数不稳定、现场进出物料不畅、仓泵喷料等一系列问题。
      因此，为了解决实际生产中所凸现的问题并完善当前的气力输送系统，摸索气力输送系统生产运行的规律与工艺参数，从而为气力输送系统的现场应用提供可参照的科学依据与实验基础，建造一套能够模拟现场的气力输送实验系统就显得尤为必要。
      在自动化领域，DCS、现场总线、SCADA、PLC技术的蓬勃发展为自动化技术的发展注入了新的活力。该领域先进技术与传统生产工艺的结合，已使得生产工艺、产品质量得到了较大的改善与提高。本文以南京顺风气力输送有限公司的气力输送机械平台为基础，同时结合SIEMENS公司的PRODAVE数据链接库、S7-300系列PLC等软硬件方面的先进技术，经过二次开发，成功的构建了一套能够模拟现场的气力输送自动化实验系统，为气力输送自动化系统的设计与现场实施提供了极大的帮助。

2 气力输送实验系统工艺及功能要求
      气力输送就是利用气流作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物料的方法。一个完整的气力输送系统通常由空气或气体源、把物料加入管内的设备、输送管道以及从输送空气中分出被输送物料的分离设备等组成。以常用的粉煤灰仓式泵气力输送系统为例，它主要由仓式输送泵、管道、气源、输送目的地（如灰库）和控制部分组成，如图1所示。

图1 仓式输送泵气力输送系统组成

一个完整的气力输送工艺流程大体可分为仓泵装料阶段、仓泵充压阶段、物料输送阶段和管道清扫阶段。在卸料装灰阶段，打开进料阀和透气阀，灰斗中的物料在重力的作用下落入仓泵；然后，关闭进料阀和透气阀，并打开进气阀为仓泵中的物料加压，即仓泵充压阶段；当压力达到某一定值时，则打开出料阀，进入物料输送阶段，此时，仓泵中的物料在气力作用下经输送管道被输送到目的地；为了防止在下次进行输送时发生管道堵塞现象，当仓泵中的物料被输送完成以后，还要让空气流对管道进行清扫。这样就完成了一个流程的物料输送，如此循环，可不断的将灰斗中的物料送往目的地。
      作为一套气力输送实验自动控制系统，它不仅应当满足气力输送系统的基本要求，使得操作人员能够在监控界面上实时查看现场的仪表参数、设备状态，实现对设备的实时控制。而且还应具备实验系统所特有的在硬件与软件的灵活、可修改性、开放等方面的特点。
      在对气力输送实验系统进行软件设计时，除了要满足气力输送系统实验人员实时监控现场运行状态的需要外，还应具有对实验所用的压力、延迟时间、循环次数等工艺参数的设置功能；而且，根据实际需求，在监控界面上要能够容易地实现不同工艺流程之间的简单切换，或者实现工艺流程的随意组态；同时，为了以后对实验数据的分析，软件的设计还应具备实验数据的实时采集、存档以及数据的分析绘图功能。
      此外，气力输送实验系统还应考虑经济高效、操作方便、界面友好等方面的因素。

3 气力输送实验系统构建方案
      气力输送实验系统的构建主要包括机械部分硬件、电气自动化方面硬件以及自控系统软件等几部分组成。气力输送实验平台的机械部分设备主要包括：空气压缩机、储气罐、输送仓泵、喂料机、除尘器、气动阀门、压力表、称重传感器、以及输送管道等。自控系统方面，通过比较，系统采取了目前比较常用且稳定性较高的工控计算机（IPC）——可编程逻辑控制器（PLC）系统集成模式。该模式下，IPC与位于其上的监控软件作为监控级，PLC作为现场控制级，两者通过实时数据传输共同完成数据采集与设备监控任务。在软件组成方面，为了节省成本，增加系统灵活性，监控软件采取了Visual Basic与PRODAVE相结合进行二次开发的方式，与SIMATIC Step 7编写的PLC软件一起共同实现系统的自动控制。

3.1 气力输送实验自控系统硬件配置与选型

      在PLC的选型上，气力输送实验系统选用了西门子公司SIMATIC S7-300系列中型PLC，由于该系列PLC基于模块化结构设计，具有高速的指令处理和浮点运算、方便的人机界面、自诊断等功能，因此，深受国内用户欢迎，应用广泛。
        气力输送实验系统设计时，根据系统的现场设备情况和气力输送工艺功能要求，通过对各被控设备与输入/输出信号的统计，然后分别对PLC所需的I/O点数和存储容量估算，实验系统的PLC模块组可按以下方式进行配置：482.6mm单机架通用导轨一个、PS 307 2A电源模块一块、CPU 312C一块、DO 16×DC24V/0.5A数字输出模块一块、DI 16×DC24V数字输入模块一块、AI 8×12Bit模拟输入模块两块。同时，还为CPU模块配置存储容量为64KB的微存储卡MMC，用于存储CUP的用户程序（所有功能块）、归档和配方、S7项目组态数据、操作系统更新和备份数据等，参见图2。

图2 气力输送实验系统PLC模块配置示意图

另外，系统配置研华IPC 610工控机，其性能为Inbbb Pentium Ⅲ,800MHz CPU, 256M内存，40G硬盘，64M显存的显卡，三星19″，纯平面显示器，带多种通讯接口，易于扩展的ISA和PCI插槽，声卡及音响（作报警和提示用），配置满足系统要求。

3.2 气力输送实验自控系统软件设计
　　气力输送实验系统的软件主要包括用于控制工艺流程的PLC软件、上位机监控软件、上位机和PLC相互联系的通讯软件、数据分析与作图软件以及系统所要求的其他软件。
（1）PLC 软件部分设计。S7-300系列PLC的软件设计工作是在Step 7 SIMATIC Manager中完成的，块操作是STEP 7 PLC程序的一大特色，软件程序功能是通过对功能块的不断调用实现的。因此，气力输送实验系统的软件设计可以通过对功能块编程来实现。
　　一个完整的气力输送工艺流程主要包括进料、输送、清扫三个阶段，以普通无压开泵气力输送方式为例，其工艺流程根据顺序可分为如下几个步骤：系统启动-开透气阀（透气阀开到位）-开进料阀（进料阀开到位）-开喂料机（料位满信号到）-关喂料机-延时T1（T1可设定，下T2、T3同）-关透气阀、关进料阀（透气阀、进料阀关到位）-开除尘器、开出料阀（出料阀开到位）-开一次气阀-延时T2-开二次气阀（料位下限到）-关一次气阀-延时T3-关二次气阀-关出料阀（出料阀关到位）-关除尘器-设定泵数S未到，进入下一个循环；否则，系统停止。
　　根据上述工艺要求，该气力输送工艺的PLC软件组成可分为组织块OB1、功能块FB1、FB1的背景数据块DB11、共享数据块DB20、功能FC1、FC2、FC3以及循环中断组织块OB35几个部分。其中，OB1是程序循环执行的主体；FB1是气力输送工艺流程执行主体，气力输送的工艺流程可通过对FB1的编程来实现；FC1的作用是实时检测外界设备、仪表信号，并将检测到的信号传递给功能块FB1；FC2的作用是将工艺流程的执行结果传递给外界，以实现对外部现场设备的控制；FC3是为了和上位计算机监控软件实现通讯而建立的专用功能块，它和监控计算机共用共享数据块DB20中的数据；为了保证系统的稳定运行，程序中设计有中断组织块OB35。各功能块的调用情况如图3所示。

图3 气力输送系统PLC程序调用过程示意图

同理，按照以上方法，可以根据工艺要求对气力输送系统的普通无压开泵、一次气智能方式、有压开泵、一次气智能方式、普通无压开泵、流化、流化智能方式、有压开泵、流化、流化智能方式进行程序设计，通过建立不同的FB以实现不同的工艺和功能。