400 kA整流柜水冷裝置控制部分的改進(jìn)

黃克勤，田占偉

(1.中孚實(shí)業(yè)股份有限公司，河南鄭州451261;2.河南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河南 鄭州450000)

中孚實(shí)業(yè)400 kA電解鋁系列整流柜采用的是上海海鼎的6套純水冷卻裝置，每組裝置都是閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，由副水系統(tǒng)和主水系統(tǒng)2套水循環(huán)系統(tǒng)組成，2系統(tǒng)通過板式熱交換器實(shí)現(xiàn)熱力上的換熱和水力上的隔絕.裝置在運(yùn)行過程中向負(fù)載冷卻水管道穩(wěn)定輸出額定溫度、壓力、水質(zhì)、流量的高純度冷卻水，保證負(fù)載主機(jī)冷卻系統(tǒng)在規(guī)定參數(shù)下安全運(yùn)行.該裝置采用液晶觸摸屏對流程工況與參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視并動態(tài)顯示出來，與觸摸屏操作、PLC、溫度模塊等組成控制系統(tǒng)，對各種參數(shù)實(shí)行智能控制;RS485通訊接口向后臺終端傳輸本機(jī)各運(yùn)行參數(shù)及警報(bào)信息［1］.

1 系統(tǒng)基本控制原理

該系統(tǒng)分為2種工作方式，調(diào)試和試運(yùn)行階段用“手動模式”，人為進(jìn)行設(shè)備切換;正常運(yùn)行時(shí)用“自動模式”，純水泵按照設(shè)定時(shí)間進(jìn)行自動輪換工作，各種參數(shù)經(jīng)過在線測量后輸入PLC－CPU226進(jìn)行處理，然后通過觸摸屏將信息直觀地顯示出來.

1.1 手動模式

將模式控制開關(guān)打向“手動模式”，其手動接點(diǎn)接通，則手動控制線圈帶電，其常閉觸點(diǎn)斷開，PLC－CPU斷電自動退出運(yùn)行;常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)將水泵選擇開關(guān)打向水泵1，則水泵1的接觸器1 kM經(jīng)手動控制線圈的常開觸點(diǎn)、水泵選擇開關(guān)、熱繼電器接通，水泵1工作.當(dāng)需要對水泵進(jìn)行切換操作時(shí)，可將水泵選擇開關(guān)快速打向水泵2即可實(shí)現(xiàn)，工作原理同1號泵.

1.2 自動模式

將模式控制開關(guān)打向“自動模式”，則手動控制線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，水泵選擇開關(guān)失去電源，退出手動模式;其常閉觸點(diǎn)閉合，PLC－CPU上電，啟動自動模式.在自動模式下，所有運(yùn)行信息通過模擬量轉(zhuǎn)換模塊EM235及PLC－CPU226的程序進(jìn)行控制，如純水溫度、純水壓力、純水電導(dǎo)率、純水流量等，當(dāng)達(dá)到某一判據(jù)時(shí)，PLC輸出相應(yīng)信號，并經(jīng)通信系統(tǒng)反應(yīng)到后臺控制器，從而實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控.如果超過設(shè)定的報(bào)警或是跳閘定值，系統(tǒng)程序則會發(fā)出相應(yīng)信號，啟動報(bào)警或跳閘回路［2］.

2 副水壓力在線監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1 問題的提出

副水的壓力由副水循環(huán)系統(tǒng)中的水泵提供，副水只有保證一定的壓力才能與主循環(huán)中的純水發(fā)生充分熱交換，帶走純水中熱量，從而可以實(shí)現(xiàn)用純水對整流裝置降溫的目的.在運(yùn)行中，若副水壓力發(fā)生異常(副水管路嚴(yán)重漏水、無人值守水泵房的水泵因過載或短路等原因而跳閘)，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，則純水溫度就會升高，不能充分帶走整流過程中產(chǎn)生的熱量，嚴(yán)重影響整流效率，純水溫度升高至報(bào)警溫度甚至達(dá)到跳閘溫度，危及設(shè)備運(yùn)行安全.

由以上分析可知，副水的壓力信號至關(guān)重要.系統(tǒng)共有16個(gè)輸出信號，其中11個(gè)信號有外供接點(diǎn)，分別由KA1，KA11提供，副水壓力信號(4～20 mA)只是輸入PLC－CPU，經(jīng)運(yùn)算后顯示在就地柜的觸摸屏上，導(dǎo)致運(yùn)行人員不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并處理.所以本次改造的任務(wù):在不影響其他設(shè)備信號的情況下，用最少的投資、占用最少的系統(tǒng)資源，把副水壓力異常信號傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并且以報(bào)警信號和文字顯示的方式傳達(dá)給運(yùn)行人員.

2.2 解決辦法及可行性分析

副水壓力的信號由電接點(diǎn)壓力表提供，可利用壓力表的電接點(diǎn)，將副水壓力異常信號送入9600裝置，再送入上位機(jī)進(jìn)行處理［3］，如圖1所示.

圖1 壓力信號處理流程

從純水裝置就地控制柜到整流機(jī)組綜自屏有備用電纜可以利用，從9600到智能通訊管理器1280有通訊轉(zhuǎn)換器CEIEC相連，然后用網(wǎng)線連接到HUB和上位機(jī)［4］，由于通訊系統(tǒng)具有足夠的容量，所以不需要改造，因此該方案可以實(shí)現(xiàn).

2.3 硬件連接

首先，在純水裝置就地控制柜的端子排上找到由P2提供的副水壓力越下限信號的電接點(diǎn)，然后在圖紙上找到純水裝置就地控制柜到整流機(jī)組綜自屏的電纜，并用萬用表校出其中的一對備用芯線，最后將副水壓力異常信號送入此備用芯線，芯線的另一端分別接9600DIT的COM端和備用接點(diǎn)95.

2.4 信號處理

中孚400 kA鋁廠的電力監(jiān)控系統(tǒng)采用的是pecstar2.0，故可利用該軟件對信號進(jìn)行處理.下面以1#機(jī)組為例進(jìn)行介紹.

1)音響報(bào)警設(shè)置.關(guān)閉前臺對1#整流機(jī)組9600DIT的控制，打開參數(shù)整定畫面，新增測點(diǎn)1212并進(jìn)行如圖2的設(shè)置.

2)后臺報(bào)文顯示設(shè)置.在pecstar目錄文件中打開1#機(jī)組9600.DID文件，然后對第95個(gè)點(diǎn)進(jìn)行如下設(shè)置:D95ON=副水壓力異常(原數(shù)據(jù)為NA);D95OFF=副水壓力正常(原數(shù)據(jù)為NA).

2.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

有2種辦法可以進(jìn)行驗(yàn)證:一是停下某一臺機(jī)組，關(guān)閉純水泵以降低該機(jī)組的實(shí)際水壓進(jìn)行驗(yàn)證;二是調(diào)整水壓下限的定值.為了不影響正常生產(chǎn)，此試驗(yàn)應(yīng)在機(jī)組正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行，故采用第2種方法進(jìn)行試驗(yàn).具體步驟為:用螺絲刀調(diào)整1#純水冷卻裝置電接點(diǎn)壓力表的下限指針，使其指向的數(shù)值大于當(dāng)前水壓，然后恢復(fù)正常定值，則上位機(jī)出現(xiàn)報(bào)警聲音、報(bào)文顯示1#，前臺監(jiān)控由0變?yōu)?然后恢復(fù)，經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，此次改造切實(shí)可行.

圖2 報(bào)警信號設(shè)置

3 加水泵啟動程序的改進(jìn)

3.1 問題的提出和解決辦法

純水冷卻裝置在運(yùn)行的過程中會由于種種原因發(fā)生純水損耗，或者是更換樹脂時(shí)使回路中的純水大量損失，因此需要不定期地給循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充純水.原有的運(yùn)行情況是:水泵自動運(yùn)行時(shí)，程序內(nèi)部進(jìn)行判斷是否補(bǔ)水，不能進(jìn)行手動補(bǔ)水;水泵手動運(yùn)行時(shí)，程序不判斷，只能進(jìn)行手動補(bǔ)水.由于水泵的正常工作方式是自動運(yùn)行，為此帶來了以下問題.

1)樹脂罐底部的單向截止閥必須打開，而截止閥的單向功能容易發(fā)生故障，致純水回流泄露(實(shí)際運(yùn)行中曾出現(xiàn)經(jīng)常需補(bǔ)水而又找不到漏點(diǎn)).

2)如果關(guān)閉單向閥，則補(bǔ)水回路不通，系統(tǒng)需加水時(shí)不能補(bǔ)水，需手動打開單向閥補(bǔ)水.

3)自動狀態(tài)下手動補(bǔ)水功能失去，需先切換到手動狀態(tài)再補(bǔ)水，而如果切換的過程過于緩慢，則水泵會因?yàn)榧兯畨旱投?

針對以上問題，提出如下解決辦法:修改PLC控制程序，去掉自動狀態(tài)自動補(bǔ)水功能，允許自動狀態(tài)手動補(bǔ)水.

3.2 改進(jìn)可行性分析

加水泵啟動開關(guān)的接點(diǎn)(原開關(guān)有備用點(diǎn))，修改程序需要的STEP7－V4.0 P3軟件可以從網(wǎng)上下載，通訊電纜PC/PPI(RS－232轉(zhuǎn)換為RS－485)需要從市場上購買，所需設(shè)備能夠滿足的可以進(jìn)行改造.

3.3 硬件連接及軟件修改

把PC/PPI電纜的PC端連接到計(jì)算機(jī)的RS－232通信口(一般是COM1)，把PC/PPI電纜的PPI端連接到PLC的RS－485通信口即可.建立連接后上載原PLC程序，從中找到加水泵的啟動程序［5］，刪除原有程序然后對梯形圖做如圖3所示的修改.

圖3 加水泵新啟動程序

當(dāng)補(bǔ)水泵控制開關(guān)打開后，上升沿脈沖觸發(fā)輸出M13.0，然后再判斷M13.1沒有被觸發(fā)、補(bǔ)水箱水位不低、補(bǔ)水泵沒有斷電、緩沖水箱缺水、電源沒有故障，然后輸出Q0.6啟動加水泵;當(dāng)關(guān)閉加水泵控制開關(guān)后，下降沿脈沖觸發(fā)輸出M13.1，從而切斷加水泵控制回路，使其停止工作.

3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

首先讓編程軟件自行檢測程序有無語法錯(cuò)誤，然后在軟件中測試運(yùn)行并觀察運(yùn)行狀態(tài)，顯示一切正常，最后將程序下載到PLC－CPU中進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證:純水泵在手動工作狀態(tài)時(shí)打開與關(guān)閉加水泵電源開關(guān)，加水泵能夠正常補(bǔ)水與停止;純水泵在自動工作狀態(tài)時(shí)打開與關(guān)閉加水泵電源開關(guān)，加水泵也能夠正常補(bǔ)水與停止.由以上試驗(yàn)結(jié)果可知本次改進(jìn)達(dá)到了目的.

4 結(jié)語

副水壓力在線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)從根本上解決了副水壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控的盲區(qū)，使運(yùn)行人員系統(tǒng)能夠在副水壓力異常的第一時(shí)間得到音響報(bào)警、報(bào)文顯示等信息，以便進(jìn)行快速處理，縮短事故時(shí)間;加水泵程序的改進(jìn)可以使純水冷卻系統(tǒng)更加穩(wěn)定地運(yùn)行.這2項(xiàng)改進(jìn)從根本上改善了整流系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)也為今后這方面的改造提供了參考依據(jù).

［1］強(qiáng)國文.純水循環(huán)冷卻裝置在大功率傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.冶金動力，2005(3):47－50.

［2］祁生軍.基于S7－300 PLC的鋁電解多功能機(jī)組遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.有色設(shè)備，2008(5):40－42.

［3］朱松林.變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［4］賈金玲，田安華，夏軍.電力運(yùn)行信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，18(2):11 －14.

［5］王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.