闕 斌

（上海麥克曼氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備有限公司，上海 200030）

0 引言

氣力輸送工程是近20年來(lái)中國(guó)朝陽(yáng)行業(yè)，隨著時(shí)間的推移，蓬勃發(fā)展，滿(mǎn)足了環(huán)保，減少大氣污染的迫切性。電控方面，常用PLC西門(mén)子中型機(jī)S7-300，配合中控機(jī)組態(tài)王軟件，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)控等一系列需求。

1 氣力輸送技術(shù)介紹

氣力輸送最早誕生在英國(guó)，隨著時(shí)代的發(fā)展，污染加劇，粉塵排放嚴(yán)重，大氣污染，變得越發(fā)重要。隨著我國(guó)的改革開(kāi)放和工業(yè)發(fā)展，于1979年修訂了《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ36-1979），1991年修訂了《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》等，表現(xiàn)了我國(guó)對(duì)排放越發(fā)嚴(yán)格和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視。氣力輸送的重要性在21世紀(jì)浮出水面，它對(duì)生產(chǎn)、開(kāi)銷(xiāo)、環(huán)保的幫助是的巨大的：

1）能改善車(chē)間的衛(wèi)生條件和生產(chǎn)條件，有效地解決車(chē)間內(nèi)細(xì)碎物料的自動(dòng)捕集與分離收集問(wèn)題，對(duì)防火、防止環(huán)境污染、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和提高產(chǎn)品質(zhì)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(guò)程中的物料泄漏，從而防止引起外界環(huán)境污染且物料不會(huì)受到外界環(huán)境的影響[1]。

氣力輸送分類(lèi)復(fù)雜，可以按照物料在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輸送方式、氣流壓力、氣流重量混合濃度等一系列指標(biāo)分類(lèi)。實(shí)際操作中，我司按照氣流方式分類(lèi)，共有兩種方式：負(fù)壓吸送和正壓壓送。顧名思義，一個(gè)是利用負(fù)壓將物料吸到目的地，空氣消耗小，輸送少，另一個(gè)是利用發(fā)送罐憋壓輸送方式，此方法輸送量大，空氣消耗大。

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中工廠生產(chǎn)需求旺盛，使用較多的是正壓壓送方式，正壓壓送方式對(duì)應(yīng)料氣混合比，還可以細(xì)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(xiàng)目介紹

2012年興發(fā)集團(tuán)項(xiàng)目中，輸送的是有機(jī)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(huán)節(jié)控制對(duì)象為上游設(shè)備中的料斗除塵器和引風(fēng)機(jī)，倉(cāng)泵中的排氣閥、進(jìn)料閥、預(yù)關(guān)閉閥、出料閥、下進(jìn)氣閥和上進(jìn)氣閥，以及下游設(shè)備中的補(bǔ)氣閥和除塵器。第二條正壓密相氣力輸送環(huán)節(jié)控制對(duì)象為上游設(shè)備中的除塵器，三臺(tái)倉(cāng)泵中的排氣閥、進(jìn)料閥、預(yù)關(guān)閉閥、出料閥、下進(jìn)氣閥和上進(jìn)氣閥，以及下游設(shè)備中的補(bǔ)氣閥?？刂品绞接晌鏖T(mén)子PLC作控制源，通過(guò)中控機(jī)電腦自動(dòng)化操作及電控箱面板上的鍵鈕手動(dòng)操作，中間繼電器對(duì)各電磁閥進(jìn)行控制，便于調(diào)試與維修。并由系統(tǒng)中的壓力變送器、料位計(jì)、氣動(dòng)閥上的位置開(kāi)關(guān)、氣源壓力表等對(duì)工作情況進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。系統(tǒng)所有按鈕、指示燈，均裝于控制箱的面板上。系統(tǒng)電源取自車(chē)間?？刂品绞椒譃槭謩?dòng)和自動(dòng)。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)圖

3 硬件設(shè)置

S7-300適用于中型控制系統(tǒng)，硬件由CPU中央處理器、PS電源模塊、SM信號(hào)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(dǎo)軌。通訊方式常用以太網(wǎng)，它不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范[3]。使用的是最普通的網(wǎng)線，特點(diǎn)是成本低，適用距離可達(dá)1000m以上，足夠滿(mǎn)足工廠需求。

在STP7 V5.5上建立硬件設(shè)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(diào)節(jié)嵌入其中的量程卡，設(shè)為四個(gè)位置：“A”,“B”,“C”,“D”?！癆”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(diào)試壓力變送器必須設(shè)置為“D”。

假如隨著工廠建設(shè)的擴(kuò)展，設(shè)備增多，產(chǎn)線增加，放眼未來(lái)考慮，S7-300可以作為一個(gè)主站，連接很多單一小型系統(tǒng)，來(lái)組成一個(gè)龐大的生產(chǎn)總系統(tǒng)。利用以太網(wǎng)通訊，即簡(jiǎn)單的成本低廉的網(wǎng)線接口，就可以達(dá)到通訊快捷，穩(wěn)定的目的。

圖3 組態(tài)王畫(huà)面

4 電控操作介紹

輸送方法，簡(jiǎn)單而言，就是依靠發(fā)送倉(cāng)泵，先打開(kāi)倉(cāng)泵上排氣閥、進(jìn)料閥、預(yù)關(guān)閉閥，開(kāi)始加料，料滿(mǎn)關(guān)閉以上閥門(mén)，然后再打開(kāi)開(kāi)倉(cāng)泵上出料閥、下進(jìn)氣閥和上進(jìn)氣閥，開(kāi)始送料至下游的收料倉(cāng)。加料時(shí)依靠位于倉(cāng)泵中上位置的音叉料位計(jì)準(zhǔn)備加料。

送料是難度的體現(xiàn)，根據(jù)的是倉(cāng)泵內(nèi)部壓力的變化（壓力變送器來(lái)測(cè)量）。開(kāi)始輸送時(shí)壓力瞬時(shí)變大，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，然后長(zhǎng)時(shí)間輸送，一旦倉(cāng)泵內(nèi)物料減少到即將送完時(shí)，壓力瞬時(shí)下降。把握好這兩個(gè)基本點(diǎn)，分別關(guān)閉上進(jìn)氣、下進(jìn)氣閥門(mén)，輸送完畢，最后關(guān)閉出料閥。這兩個(gè)基本點(diǎn)我司稱(chēng)之為空罐壓力和空管壓力，一般較低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)物料特性來(lái)判斷設(shè)置。

組態(tài)王支持1000多個(gè)廠家近4000種設(shè)備，包括主流PLC、變頻器、儀表、特殊模塊、板卡及電力、樓宇等協(xié)議[5]。它與S7-300兼容通訊，組態(tài)王畫(huà)面如圖3所示。

5 模擬量采集

壓力變送器是這個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵儀表，輸出4～20ma信號(hào)，連接至PLC的模擬量模塊。

根據(jù)EN61131標(biāo)準(zhǔn)，必須標(biāo)明模板在25℃時(shí)的基本誤差和在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的操作限制值。意味著模塊數(shù)據(jù)難免有一定的誤差：溫度、線性，最高±0.7%，可以忽略[6]。

假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A 0-A m（如：4～20mA），A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0-Dm（如：6400～32000），設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A(chǔ)＝f（D）可以表示為數(shù)學(xué)方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）/（Dm－D0）＋A0

AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力值（單位為kPa）的計(jì)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(xiě)程序。但在功能齊全的S7-300中，對(duì)模擬量轉(zhuǎn)換的程序不再需要編寫(xiě)，而是僅僅使用程序自帶的模塊FC105即可實(shí)現(xiàn)原來(lái)一連串模擬量轉(zhuǎn)換程序。如圖4所示。

圖4 FC105模塊

圖5 壓力波形

6 波動(dòng)彈性輸送

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

有機(jī)硅密度大，在管道中輸送狀態(tài)基本是沉降在管道下部分，所以務(wù)必將下進(jìn)氣、上進(jìn)氣調(diào)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(zhǎng)時(shí)間高壓輸送導(dǎo)致的問(wèn)題是管道容易被磨穿，面對(duì)這個(gè)矛盾的問(wèn)題，只能在電控方面想出解決之道。

我司系統(tǒng)中下進(jìn)氣運(yùn)用的是文丘里專(zhuān)利技術(shù)，由下進(jìn)氣吹送管道，上進(jìn)氣壓出物料，因?yàn)槲锪咸匦悦芏却?，重量重，剛開(kāi)始調(diào)試輸送過(guò)程中常常容易堵料。堵料時(shí)，管道內(nèi)堆積物料，倉(cāng)泵內(nèi)物料無(wú)法送出，導(dǎo)致壓力增大。于是調(diào)高下進(jìn)氣、上進(jìn)氣壓力即可。

將上下進(jìn)氣壓力不斷調(diào)大，輸送時(shí)堵料情況減少，管道晃動(dòng)變大，這將加速設(shè)備的老化和磨穿。

避免堵料的同時(shí)盡可能地減少硬件損耗的解決方 案是：

壓力不再調(diào)大，當(dāng)即將堵料時(shí)，將上進(jìn)氣暫時(shí)關(guān)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(kāi)上進(jìn)氣，壓力慢慢上升，上至危險(xiǎn)值時(shí)再關(guān)閉，如此循環(huán)，形成一個(gè)良性并且穩(wěn)定輸送的系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)幾次嘗試，確定了上下危險(xiǎn)值和安全值。危險(xiǎn)值為280kPa，安全值為220kPa。對(duì)應(yīng)組態(tài)王中壓力波形畫(huà)面如圖5所示。

輸送過(guò)程中平穩(wěn)，不再堵料。這個(gè)方式由這次我公司首次使用，命名為“波動(dòng)彈性輸送”。

7 結(jié)論

氣力輸送系統(tǒng)物料多樣化，難點(diǎn)較多，有機(jī)硅是我司輸送的堆積密度最大的，常規(guī)手段不足以解決。得益于現(xiàn)代化設(shè)備的輔助，利用“波動(dòng)彈性輸送”滿(mǎn)足了客戶(hù)的需求。以后面對(duì)類(lèi)似的困難和較重的物料就有了很好的解決之道。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭萬(wàn)喜,吳義強(qiáng).氣力輸送與廠內(nèi)運(yùn)輸[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.18(18).

[2]陳宏勛.管道物料輸送與工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2009.11(11).

[3]以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)及PROFINET的區(qū)別[EB/OL].http://www.sieme.com.cn,2016,11.

[4]S7-300模塊數(shù)據(jù)[EB/OL].http://www.siemens.com.cn,2016,12.

[5]組態(tài)王—亞洲通用工業(yè)組態(tài)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.