淺談脫水電器控制系統(tǒng)及故障診斷

楊秀蓮，王翀

(成都市排水有限公司維修中心，四川 成都 610042)

0 引言

成都市排水公司某廠脫水系統(tǒng)，于2008年進行改造，2009年6月投入試運行至今。工程因種種原因除增加一套脫水系統(tǒng)外，其它5套系統(tǒng)采取部分硬件設(shè)備改造。改造的主要設(shè)備有離心機、泥餅泵、螺旋輸送機、切割機、泥泵電磁流量計、藥泵電磁流量計、泥斗、泥斗物位計、破橋設(shè)備。未改造的設(shè)備為進泥泵、藥泵(圖一中虛線部分)、儲泥池液位計、配藥罐液位計、沖洗水泵。未改造設(shè)備的控制系統(tǒng)由荷蘭DHV公司提供。改造的離心機是德國WESTFALIA離心機，泥餅泵為英國MONO公司生產(chǎn)的。所有流量計和物位計為美國ABB公司產(chǎn)品。螺旋輸送機以及電氣控制柜由成都蜀潔環(huán)境工程公司提供。這一較為復(fù)雜的系統(tǒng)，因采取部分設(shè)備改造的方式，在控制上每一個子系統(tǒng)與總PLC的無縫含接，技術(shù)人員在技術(shù)上都具有縱深的要求。否則維修中心技術(shù)人員，在投運后的故障診斷及故障處理工作中面臨極大的挑戰(zhàn)。

1 工程電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制簡介

工程電氣控制由兩套PLC控制系統(tǒng)組成。一個是以泥餅泵控制為主的總PLC系統(tǒng);一個是以離心機控制為主的PLC系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)相互通訊相互控制。見圖1。

圖1 脫水系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

總PLC全套硬件采用西門子公司的產(chǎn)品，其中CPU為西門子的S7－300[1]。25個輸入輸出模塊，其中模擬量模塊6個，數(shù)字量模塊19個。配置上傳信號通訊卡，以便離心機運行狀態(tài)上傳到總控室?？侾LC控制2臺泥餅泵、2臺螺旋輸送機、2臺破橋機、2臺刀閘閥、4臺旋塞閥。并接收它們的反饋信號。同時還要接收泥斗液位、泥餅泵出口壓力、泥餅泵干運行保護信號并進行比較計算以便控制泥餅泵的運行。其中旋塞閥設(shè)備在改造中未采用。為滿足WESTFALIA的控制程序，乙方采用擴展繼電器觸點，虛擬反饋它們的狀態(tài)。

離心機PLC同樣全部硬件均采用西門子公司的產(chǎn)品，CPU為S7－300。5個輸入輸出模塊，其中3個模擬量模塊，2個數(shù)字量模塊。在實際結(jié)構(gòu)上有2個模塊與CPU組成在一起。離心機模塊具有輸入輸出功能。離心機PLC控制進泥泵、藥泵、切碎機、沖洗水泵，并接收它們的反饋信號。對泥泵變頻、藥泵變頻進行速度設(shè)定并接收它們扭矩反饋信號。除此之外，還要接收泥流量、藥流量信號，并進行比較計算以便控制離心機系統(tǒng)的運行。

2 故障案例分析

從2009年6月試運行以來，多次主持對脫水系統(tǒng)電氣控制故障診斷與排除工作。下面例舉幾個典型的故障案例。

2.1 離心機突然以螺旋輸送故障報警停機

2.1.1 故障現(xiàn)象描述

2010年3月18日脫水機(1、2、3)突然停機，停機以螺旋輸送報警方式。泥餅柜00－K10繼電器失電，經(jīng)重新復(fù)位后，又能開機。下午離心機(4.5.6)又突然停機，同樣重新復(fù)位后又能開機。針對頻繁停機故障，采取用手動方式開泥餅泵、螺旋輸送機。實現(xiàn)手動的措施是:將泥餅變頻器柜－X2“4”、“5”短接，實現(xiàn)泥餅泵手動。將總PLC柜00－K10、00K20兩個繼電器的6對觸點短接，實現(xiàn)螺旋輸送機手動，而離心機仍然自動運行。

2.1.2 故障技術(shù)分析

本次以螺旋輸送機故障報警頻繁停機的現(xiàn)象，從離心機、泥餅泵、螺旋輸送泵控制圖分析出導(dǎo)致停機的原因在于:當正常自動開機時，在按離心機 DCU8控制器上的“ON”后，轉(zhuǎn)筒馬達起動，輔助馬達起動，離心機起動。離心機空載運行至轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分鐘后，再按離心機 DCU8控制器上的“PRODUCE”，起動泥泵、藥泵。然后由總PLC DO模塊 A16、A17→輸出信號，通過繼電器控制螺旋輸送機“5－104”、“5－107”觸點 →螺旋輸送機運行→通過5KM繼電器觸點反饋信號到總PLC DI模塊A6、A7→再與DO模塊A25通訊→A25延時(約60 s)控制00－K20、00－K10→發(fā)送信號給每臺離心機 DI模塊100=00－A0.CPE2.7/31.1→每臺離心機收到螺旋輸送機(德國人習(xí)慣叫固體側(cè))準備好信號。本次故障原因在于DO模塊A25無信號輸出，離心機PLC DI模塊100=00－A0.CP E2.7/31.1不能收到螺旋輸送機準備好的信號(離心機帶負貨運行的條件之一，必須要固體側(cè)準備好)。所以，此次故障導(dǎo)致離心機停機，并以螺旋輸送故障報警。

2.1.3 該故障的后續(xù)影響和采取的必要措施

由于生產(chǎn)的需要不容許停機，常常會采取復(fù)位后再開機。這樣反反復(fù)復(fù)，容易導(dǎo)致螺旋輸送機交流接觸器線圈嚴重發(fā)熱，破壞線圈絕緣，嚴重會導(dǎo)致燒線圈燒電機。這次故障對控制系統(tǒng)提出了一個要求，就是在總PLC出故障后，為了不影響生產(chǎn)，由總PLC控制的螺旋輸送機、泥餅泵可以采取手動的方式運行。為此采取實現(xiàn)手動功能措施，對原來的控制方案作一個補充。

2.2 離心機停機后沖洗水泵不能自動沖洗故障

2.2.1 故障現(xiàn)象描述及故障分析

2010年4月7日，發(fā)生4號離心機停機后沖洗水泵只能手動不能自動沖洗的故障。通過對離心機和沖洗水泵控制回路進行分析(圖2)，發(fā)現(xiàn)故障原因在于停機后，離心機PLC收到一個錯誤的反饋信號。當離心機停機時，PLC應(yīng)該收到?jīng)_洗水泵正常并準備工作的信號。在實際控制線路中，現(xiàn)場未將沖洗水泵信號反饋到離心機PLC。為了在控制上滿足控制程序的需要，采取虛擬反饋的方式。具體手段是將執(zhí)行沖洗水啟動的13－K10繼電器的常開觸點進行擴展(擴展繼電器的線圈并聯(lián)在13－K10繼電器的線圈上)[2]。原來為1對觸點的繼電器擴展為2對觸點。一對觸點執(zhí)行沖洗水泵啟動;另一對觸點反饋到離心機PLC數(shù)字量模塊00－A0.6E8.7(該模塊具有輸入、輸出功能)，給 PLC發(fā)出一個信號:收到啟動沖洗泵的命令，并在正常執(zhí)行。本次故障在于技術(shù)人員在規(guī)范控制柜接線端子時不小心將擴展的13－K10繼電器線圈接在啟動螺旋電機的繼電器上。當停離心機時，螺旋電機隨之也停。00－A0.6E8.7模塊不能收到?jīng)_洗水泵啟動并正常運行的信號。為此該模塊不發(fā)出執(zhí)行沖洗水泵啟動的信號，導(dǎo)致離心機停機后沖洗水泵不能自動啟動。

2.2.2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段

圖2 沖洗水泵控制系統(tǒng)

該故障暴露出未改造的沖洗水泵控制系統(tǒng)，與改造的離心機控制系統(tǒng)存在有縫含接的問題。這是整個系統(tǒng)有縫含接之一。一般情況下，運行人員在能采取自動運行時都選擇自動運行。當沖洗水泵控制系統(tǒng)真正出故障時，由于采取虛擬反饋，離心機PLC根本檢測不到?jīng)_洗水泵控制系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)在自動運行的情況下停機后，理所當然會認為在自動沖洗離心機。其實離心機并未在停機后接受沖洗(沖洗離心機是一個必須的過程)。下一次運行，特別是停的時間較長后再運行，大量的污泥黏附在螺旋和轉(zhuǎn)鼓上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓和螺旋振動過大，而損壞軸承。排除隱患的手段是在控制線路上作整改，將沖洗水泵的運行狀態(tài)信號反饋到離心機PLC。

2.3 泥泵運行30分鐘左右自動停機

2.3.1 故障現(xiàn)象描述及分析

2009年1月11日3#脫水系統(tǒng)在一切參數(shù)正常的條件下，自動開機運行大約30分鐘，泥泵自動停機。反復(fù)多次開機都在約30分鐘左右后自動停機。經(jīng)對電路進行分析，發(fā)現(xiàn)泥泵控制繼電器故障導(dǎo)致泥泵停機。泥泵運行繼電器BK6線圈內(nèi)部接線端由于接觸不良，接觸電阻增大，導(dǎo)致線圈電流減弱磁力下降。當運行約30分鐘后，電流下降到一定程度，觸點釋放。釋放后由泥泵反饋到離心機控制柜11－X2“1”、“2”的泥泵狀態(tài)信號采集為故障狀態(tài)，為此離心機PLC對控制泥泵運行的11－K10繼電器執(zhí)行停此命令(圖3)。經(jīng)更換BK6后系統(tǒng)故障排除，3#脫水系統(tǒng)運行恢復(fù)正常。

2.3.2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段

對該故障進行診斷前，已有相關(guān)人員進行了多次檢查。本來是一個非常簡單的問題，故障卻難以診斷。問題是在工程改造的泥泵控制柜中，對BK6繼電器進行了擴展(對藥泵也進行了擴展)，擴展后未做任何標識。造成維修人員在故障診斷時無從下手。花了大量的時間，反復(fù)清理線路才得以查出故障的原因。

圖3 二期脫水1#-5#泥泵、藥泵與離機控制圖

改造后的泥泵控制柜完全能滿足WESTFALIA離心機PLC控制系統(tǒng)的要求。不需要對泥泵、藥泵、沖洗水泵控制繼電器作任何擴展，擴展顯然是畫蛇添足。針對目前的隱患，一是可以通過恢復(fù)原來的線路排除;二是要求對改后的線路做明標識來排除。

3 結(jié)束語

從本文所舉的故障案例，發(fā)現(xiàn)了該改造系統(tǒng)主要存在三方面問題。一是因為部分設(shè)備改造，系統(tǒng)自動控制的整體效果不如全部改造的效果，需要進行局部手動運行的補充(案例1中提到)。二是乙方為了滿足整個系統(tǒng)控制程序的需要，將未采用的設(shè)備信號以虛擬反饋的方式與PLC通訊。部分虛擬反饋存在一定的風險和隱患(在第2個案例中提到)。三是未改造設(shè)備控制系統(tǒng)與總PLC存在有縫含接的問題(在第3個案例中提到)。

[1]李天真.PLC與控制技術(shù) (西門子版)[M].北京:科學(xué)出版社，2010.

[2]向曉漢，陸彬.西門子PLC(高級應(yīng)用實例精解)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.1