冷卻水控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠 桑 寧

冷卻水控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠 桑 寧

可編程序控制器(PLC)，作為一種為工業(yè)控制設(shè)計的控制器，其設(shè)計和制造過程采用了多種抗干擾措施，從而實現(xiàn)系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常工作。本文闡述了PLC在冷卻水控制系統(tǒng)改造方案中的應(yīng)用，詳細敘述了型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)的具體設(shè)計方案和實現(xiàn)方法，改造滿足生產(chǎn)要求的良好應(yīng)用效果及配電系統(tǒng)的安全運行要求。

PLC；編碼器；冷卻水控制系統(tǒng)改造；方案設(shè)計

0 前言

型鋼廠小型線矯直機調(diào)整系統(tǒng)2005年安裝調(diào)試完成。經(jīng)過這幾年生產(chǎn)，為保證生產(chǎn)采取了許多權(quán)宜之法、圖紙與實物存在不符，設(shè)備情況也進一步劣化。面對嚴(yán)峻的市場形勢，型鋼廠小型線不斷進行產(chǎn)能挖潛攻堅，電氣設(shè)備的可靠運行已顯的越來越重要。小型線矯直機調(diào)整系統(tǒng)部分電氣設(shè)備因設(shè)備元件老化、故障率高、已不能與車間快速的生產(chǎn)節(jié)奏匹配，成為影響車間生產(chǎn)高效運行的一個設(shè)備隱患。因此，本文將PLC控制系統(tǒng)合理利用于冷卻水控制系統(tǒng)改造中，以達到小型線冷床區(qū)軋件冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高設(shè)備精度的成效。

1 可編程序控制器(PLC)介紹

可編程序控制器，作為一種控制器，隨著計算機技術(shù)發(fā)展越來越快，PLC也具備了越來越強大的功能，其使用便捷性逐漸增強。整機可靠性是系統(tǒng)正常工作的前提條件，還需要在PLC設(shè)計過程和安裝過程采取一些手段，才能真正保障系統(tǒng)可靠性。在PLC工作的過程中，如遇工作環(huán)境惡劣的情況，例如出現(xiàn)溫度和濕度異常、震動和沖擊過強、電磁強干擾等情況時，整個控制系統(tǒng)的正常、安全和可靠運行會受到較大的影響。所以，在進行系統(tǒng)設(shè)計時，要充分考慮軟硬件的配置，進一步防范系統(tǒng)故障的發(fā)生。在企業(yè)的安全生產(chǎn)和正常運行過程中，PLC系統(tǒng)的抗干擾能力影響整個系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。

2 PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

就電子控制系統(tǒng)而言，對其可靠性設(shè)計的目的是預(yù)測和預(yù)防系統(tǒng)所有可能發(fā)生的故障，并找到潛在的薄弱部分，通過一定的預(yù)防和設(shè)計改進措施，對隱患和薄弱部位進行有效改善，從而使系統(tǒng)達到滿意的可靠性要求。PLC是一種可靠性較高的控制裝置,在其所組成的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的可靠性主要取決于與它的輸入、輸出端相連接,處于生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號元件、輸出執(zhí)行元件的可靠性。在提高PLC控制系統(tǒng)可靠性時，可采取一些措施：針對故障率高的元器件，可對其運行狀態(tài)進行監(jiān)控并對其故障進行診斷，在對系統(tǒng)關(guān)鍵部分進行設(shè)計時，可進行冗余設(shè)計，這樣也能提升系統(tǒng)工作的可靠性。

2.1 設(shè)計故障檢測程序,提高系統(tǒng)工作可靠性

2.1.1 時間故障檢測法

在控制系統(tǒng)工作循環(huán)中，每一個工步的正常運作都有時間上的嚴(yán)格限定。在檢測工步動作之初，啟動定時器來對其工作狀態(tài)進行監(jiān)測。對定時器的值進行設(shè)置，其時間設(shè)置為工步可能需花費的最長時間。假設(shè)動作完成的時間均在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，那么就可以通過發(fā)射信號使定時器初始化，這時，可表明監(jiān)控對象處于正常運行狀態(tài)；否則，發(fā)出信號報警，使系統(tǒng)停止工作。

2.1.2 邏輯錯誤檢測法

當(dāng)PLC控制系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，輸入信號、輸出信號以及中間記憶裝置這些因素之間的邏輯關(guān)系是確定的，一旦它們之間的邏輯關(guān)系發(fā)生不正常現(xiàn)象，就可以判定可能是系控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。所以，可以通過前期編寫一些常見故障的異常狀態(tài)下的邏輯程序，將這些程序增添到用戶程序，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)輸出故障信號,實現(xiàn)報警、停機等控制。

2.2 合理配置PLC及其硬件和軟件資源冗余

在對大型PLC系統(tǒng)或者對PLC系統(tǒng)關(guān)鍵部分進行設(shè)計時，可進行冗余設(shè)計，這樣也能提升系統(tǒng)工作的可靠性，從而保障系統(tǒng)運行可靠性。比如，在核電站、有毒有害的化工生產(chǎn)環(huán)境中,中央處理器的雙機熱備、雙機冷備冗余,這是比較常用的方式之一。除此之外,雙系統(tǒng)冗余即中央處理器和全部輸入/輸出、組網(wǎng)通信完全冗余,這些也是可采取的手段之一。在設(shè)計大型系統(tǒng)的時候,要保障硬件和軟件資源留有一定的冗余,在硬件上，最好保留15%以上的冗余空間。

3 應(yīng)用實例

本節(jié)闡述PLC控制系統(tǒng)在型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用案例。因小型軋鋼車間軋件定尺不同，在軋制短定尺時，需關(guān)閉部分噴嘴，以降低能源消耗，現(xiàn)無法保證供水壓力穩(wěn)定，并且供水泵未采用變頻控制，無法實現(xiàn)恒壓供水；同時，水箱液位必須無法實現(xiàn)自動補水，經(jīng)常出現(xiàn)缺水故障。

3.1 改造方案設(shè)計與實施

3.1.1 供水泵恒壓供水

在7#臺配電室安裝變頻柜，由變頻器控制供水泵運行；在供水管道上安裝壓力變送器，并將4-20mA反饋信號就近采集至冷鋸PLC系統(tǒng)中，經(jīng)PLC將設(shè)定值和反饋值比較運算后，將頻率設(shè)定值發(fā)送給變頻器，以實現(xiàn)水泵恒壓供水。

圖1 型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)流程圖

3.1.2 水箱自動補水

在水箱內(nèi)安裝投入式液位計，液位信號采集至冷鋸PLC系統(tǒng)中，根據(jù)液位變化，由PLC系統(tǒng)控制水箱補水管道上的電動球閥的開啟與關(guān)閉，已保證水箱水位控制在安全范圍之內(nèi)。

3.1.3 將冷鋸PLC系統(tǒng)中的7#臺從站擴容

將冷鋸PLC系統(tǒng)中的7#臺從站擴容，新增模擬量輸入模塊1塊，模擬量輸出模塊1塊，開關(guān)量輸入輸出模塊1塊。同時在冷鋸監(jiān)控畫面上新增供水泵監(jiān)控畫面，以進行供水壓力設(shè)定及供水系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控。

3.2 改后效果

項目實施后，保證了小型線冷床區(qū)軋件冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高設(shè)備精度。并且有效降低了職工勞動強度，預(yù)計效益顯著。

4 結(jié)束語

冷卻水自動控制系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)了PLC自動控制，提高了系統(tǒng)的可靠性；維護簡單，運行穩(wěn)定，運送效果良好，圓滿地完成了高效運行的控制要求，消除了設(shè)備隱患，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

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