液氯智能包装系统运行小结

路丽娟，周红燕（天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832000）

液氯智能包装系统运行小结

路丽娟，周红燕
（天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832000）

基于西门子 PLC S7-300 和触摸屏设计的包装控制系统，实现了液氯包装操作过程的全自动化程序及系统的安全稳定性，解决了系统中出现的操作与安全问题。

液氯；智能包装；运行；小结

氯气是氯碱生产中重要的产品之一，为了方便氯气运输及有效控制外泄，减少环境污染，对氯气生产工艺方式进行了有效的改进及控制。离子膜电解产生的氯气纯度约为 96%， 在一定工艺条件下，氯气由气态转化为液态氯，并将其中的杂质部分分离、脱除，从而制成纯度较高的氯产品。在压缩为液态氯过程时，可以减少氯气的体积，便于运输、贮存，并在生产失衡时，可以通过贮存方式达到产能平衡。液氯智能包装系统是将自动化控制系统应用于液氯包装生产中，其目的就是采用现代的先进控制技术，通过控制系统强大的软、硬件功能组态来实液氯自动灌装线的实时监测和控制，对实际的生产有很大益处，此套液氯自动包装线控制系统的设计及应用对减少事故、提高经济效益、改善工作环境、提高综合管理水平 方面有着极为 重要的作用[1]。

1 液氯包装生产线工艺流程概述

来自电解岗位的气态氯，经过一定处理进入液氯贮槽，再经贮槽下部的阀门、管道、管道过滤器，进入液氯包装中间罐，中间罐底部比液氯贮槽底部低约 900 mm。 中间罐上部的气相空间有氯气平衡管与液氯贮槽相通，液氯充装泵密封依靠机械密封及氮气作为密封。 在包装过程中，需要关闭氮气瓶，并打开排空阀泄压，否则将磨坏密封气囊。包装泵通过 4个叶轮的四级增压，达到包装压力，装入钢瓶。 包装系统用氯气泵抽真空，抽出的氯气送到废氯分配台，去碱站台或去除害生产次氯酸钠。在生产过程中由于氯气是剧毒物质，也因此必须保证生产、贮存、运输的完全可靠性。从液氯包装生产系统工艺而言，液氯包装包括：包装前的操作准备、包装流水线作业和包装的辅助工作系统。现代化的液氯包装生产线大都采用循环回转式布置，见图 1。

2 液氯智能包装控制方案架构总体设计

天业化工有限责任公司此套液氯智能包装控制系统的研发及应用是基于西门子 PLC S7-300 实现的。液氯包装控制的设计流程大致为明确相关项目目标任务、设计总体实施方案、由工艺控制点数确定控制点数、匹配系统软硬件、按控制需求软硬件界面规范及组态、软硬件分调、软硬件联调、直到达到设计目标任务为止。软硬件的整体匹配及设计时的实时性、变更的灵活性也是非常重要的。 因此，在设计之前，合理选择及匹配性价比较高的控制系统至关重要。

图1 液氯包装生产线工艺示意框图

西门子 PLC S7-300 系列的应用范围非常广泛，从简单到复杂的自动化控制系统，可以满足各种工艺要求，其性能强大，运行速度快且稳定、体积小、通讯功能强、性价比高，这些特点决定了其在自动化控制系统始终占据极为重要的地位。 西门子 PLC S7-300 系列为用户提供了多种自动化控制系统解决方案，用户可以根据实际的自动化控制系统需求来进行选择。此套液氯包装生产线控制采用了2套具有总线通讯功能控制器， 软件平台通过 SQL+WINCC软件开发了包装控制管理系统。利用工业控制计算机实现监视控制功能、通过编程软件实现工艺及设备控制信号如有毒有害气体探头信号、液位、压力、温度、电流信号；泵类等设施的状态、启停等设备数据等与充装系统过程形成因果条件，实现逻辑联锁控制，并对整个控制系统配备了匹配的 UPS 电源装置，确保系统运行稳定可靠。

3 液氯智能包装控制方案实施

液氯智能包装控制系统及设备硬件均采用智能化设计。此套控制系统共分为 3 部分：液氯贮槽监控及安全联锁系统、槽车灌装系统现场控制系统和液氯自动充装系统。所有现场使用中的称重计量部分由 2 套总线通讯功能及独立 PLC 系统进行管理。 液氯智能包装采用专用钢瓶秤充装控制系统及1台具备相同功能的复检秤系统共同组成，充分保证了称重计量的准确及稳定性。每一套称量系统均包含有信息通讯和智能输入系统， 现场共有 3 套独立 PLC和人机界面系统的现场控制机柜、并配备有3套包装钢瓶秤灌装过量报警信息及指示警报装置，可以通过无线数据采集器接收装置和电子标签无线数据采集控制器来实现数据信息的采集工作。同时，控制站外部配备有打印机、扫描设施等，充分达到控制工艺要求、实现全系统的自动联锁控制及采样控制，实际设计与操作完全相符，且在一定基础上进行了较大的改进，取得了较好的控制效果。

3.1 控制系统结构设计

整个控制系统分类为 3 条分装包装线、1 套PLC 系统和相关软硬件系统组成， 并在每 1 条生产线配置了触摸屏装置，从而实现了各控制环节的单元控制，并实现对现场工作状态分别显示的功能及工作状态进行适时追溯。液氯现场充装控制柜结构示意图见图2。

图2 液氯现场充装控制柜结构示意图

3.2 控制系统方案简介

液氯智能包装系统因液氯特殊的物理与化学性质，使得其操作难度大、控制系统复杂，因此，液氯智能包装系统控制方案也成了生产系统的关键因素。液氯智能包装控制系统采用西门子 PLC S7-300 系统。 由 PLC 系统、触摸屏、报警系统、现场压变、电磁阀等构件组成。操作站采用 DELL 工控机 WINXP 操作系统。并用可编程控制器设计了充装扫描、充装管理等过程控制。在相关数据库信息服务基础上安装了基于组态王软件（KingView6.55 版本）液氯自动灌装生产线的监控界面，用组态王内部提供的仿真PLC 系统实现与现场控制的连接。 采用可靠性较高的西门子 PLC S7-300 控制系统作为现场数据采集、回路控制、顺序控制操作和运算的主要自动化设施，实现了包装系统运行诊断、实时监控、自动控制等，满足了系统实时性、稳定性和可靠性的要求。触摸屏配置采用了智能化的多功能面版，人机操作界面简捷适用、组态适用、修改方便、实现了完全人机对话状态。 PLC 控制系统与操作站可以通过 RS-422/485接口可进行快速通讯与设置。整个控制系统外入的输入模拟量信号（AI）有各项气体探头的报警信号、压力、重量、液位、温度等；还有所有按钮开关量和气缸性开关开关量信号（DI、DO）等信号。 如对包装称重量的控制指标主要是判断是否初称与复检称的相关指标是否满足称重要求；包装过程中对贮槽及中间槽内液位的自动调节、外设手持式扫码器的控制设计也是控制部分的一个重要环节。其硬件配置和外部接线部分包括1台能扩充模拟量输入输出模块，具有联网通讯功能的可编程控制器、开关量输入和开关量输出，可以利用 PLC 自带基本控制单元设计其启动与停止。

液氯智能包装控制系统中钢瓶充装包括灌装前检查、灌装、复检称、灌装后复核、销售与回收等部分。首先，登陆操作人员工号确认界面并下达执行程序，通过手持式钢瓶扫码器对已经上称的钢瓶进行电子标签扫描，并自动对信息和计算机已经输入的信息比对，程序判定准确无误后，启动抽空及充装程序，当充装量到达充装设定值时，检测无误后进行自动复称，并可进行抽空控制确保管路中无残液以达到液氯充装全过程安全性。并对整个过程全程监控及干预，并可对空瓶、满瓶数量、在装数量进行远程核实，方便管理及销售人员及时了解钢瓶的销售与回收。

整个操作界面快捷合理且更加人性化。主界面主要分为液氯贮槽监控及安全联锁系统与液氯槽车自动灌装系统2个远程控制与实时监测，包括整个系统的启动与停止控制；有毒有害气体浓度的检测；系统运行过程中各控制工艺及设备运行况如开关量的状况显示，这些都形象地表征出系统运行过程。当贮槽液位值小于某一设定值或者气体浓度指标超过限定值时，系统会立即产生声光闪烁报警，提醒操作人员故障中，并且必须将故障完全排除后，报警才可解除，全系统才可恢复运行。操作界面中还可以进入趋势曲线分析界面、数据报表管理界面和报警监控界面。操作及管理人员可以通过查看实时趋势曲线和历史趋势曲线，了解整个系统的运行状况；尤其是钢瓶 的管理数据是以EXCEL 文件的格式保存数据，可方便操作人员了解、查看各重要参数的数据、系统运行情况，为管理人员分析原因和排除故障提供可靠的数据基础与管理依据。

4 投用后效果分析

液氯智能包装控制系统自应用以来，也出现过一些问题。如空瓶扫码异常，无法启动等情况。对此，需要对手持扫码器进行检查、网线及通讯检查、重新启动或对回路进行检查及调节；如现场充装过程异常，气动阀不动作，主要是由于联锁过程某一部分异常，可据此判断检测是否气缸行程异常、光电开关异常、是否负载过大、参数设置问题等；由 PLC 根据各运行检测状态反馈的信号进行逻辑判断来检测故障原因及设计解决方案、措施。 目前，操作与维修人员对此控制系统的熟悉与摸索，研制出一整套适应现有操作的模式与方法，保证此智能包装生产系统的正常、安全、稳定的运行。

5 结语

此套西门 子 PLC 自动控制系统 在液氯包装生产线的应用，其优点在于软硬件具备极高的可靠性、极丰富的指令集使得用户易于掌握，并且操作便捷、具有丰富的内置集成功能和实时特性、具有丰富的扩展模块功能。通过采用此套智能包装控制系统、程序和操作面板系统的总体设计，解决了一系列原来系统中出现的操作与安全问题，使得液氯包装生产的实现有了较为完善的技术依据及采集管理依据。投用后运行效果良好，也使该公司液氯智能包装控制系统向企业信息化技术前沿又迈进了一大步。

［1］苟丹丹．啤酒包装生产线的自动化控制系统的探讨与研究．工程技术，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