基于PLC的電氣自動(dòng)化技術(shù)在高壓水除鱗系統(tǒng)中的應(yīng)用

石 勇

（廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

高壓水除鱗系統(tǒng)有兩套高壓除鱗泵組，一備一用。在運(yùn)行過程中高壓除磷泵組經(jīng)常出現(xiàn)主機(jī)軸瓦溫度超溫，供水水壓波動(dòng)劇烈，管路堵塞，閥門損壞等現(xiàn)象，導(dǎo)致兩套高壓除鱗泵組頻繁不正常的更換，甚至影響生產(chǎn)節(jié)奏需要停機(jī)下來檢修。我們通過認(rèn)真分析查找原因，并制定相應(yīng)的改造方案，經(jīng)過改造，系統(tǒng)兩套高壓除鱗泵組運(yùn)行穩(wěn)定，故障率大大降低。

1 高壓水除鱗系統(tǒng)供水方式介紹

高壓水除鱗系統(tǒng)原來的供水方式由濁循環(huán)1，2號(hào)泵從冷水井抽水給高壓水除鱗泵房，然后經(jīng)過除鱗泵組加壓供給生產(chǎn)使用。

原供給方式主要缺陷：①由于濁循環(huán)1，2號(hào)泵共用同一臺(tái)變頻器即一拖二的控制方式，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，同時(shí)開1，2號(hào)泵容易導(dǎo)致電機(jī)跳閘，電機(jī)一跳閘，供水水壓迅速降低，連鎖反應(yīng)導(dǎo)致高壓水除鱗泵組入口水壓降低超過限度，然后高壓水除鱗泵組電機(jī)自動(dòng)保護(hù)跳閘，導(dǎo)致影響生產(chǎn)。因此，一但其中一臺(tái)泵組電機(jī)出現(xiàn)故障，無法順利切換，只有在系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)下才可以更換。②由于濁循環(huán)水質(zhì)比較差，含有較多雜質(zhì)而且供水距離較長(zhǎng)，進(jìn)入高壓除鱗泵組管路后，容易導(dǎo)致水壓不穩(wěn)閥門易壞，管路堵塞，泵組電機(jī)跳閘、超溫等故障。

高壓水除鱗系統(tǒng)改造后新增抽水泵組從凈循環(huán)冷水井直接抽水供給高壓水，途中經(jīng)過過濾器以及低壓水灌共同給高壓除鱗泵組供水。

改造后供水方式的優(yōu)點(diǎn)：由于凈循環(huán)水是從水庫(kù)直接進(jìn)來未經(jīng)過生產(chǎn)循環(huán)的干凈的水，雜質(zhì)少，而且凈循環(huán)旁邊即是高壓水泵房，供水距離大大縮短。新增加的抽水泵，使用0號(hào)、1號(hào)兩臺(tái)獨(dú)立的抽水泵抽水供給高壓水，其中一臺(tái)損壞，還可以直接啟用另外一臺(tái)水泵抽水供給高壓水，保證了高壓水供水的穩(wěn)定。由于水質(zhì)干凈，供水水壓穩(wěn)定，改造后高壓水電機(jī)故障率大大降低，由高壓水系統(tǒng)故障導(dǎo)致的生產(chǎn)停產(chǎn)的現(xiàn)象大大減少。

2 新增水泵電機(jī)與控制系統(tǒng)硬件介紹

2.1 硬件構(gòu)成

控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司的自動(dòng)化產(chǎn)品組成：電源模塊使用的是PS 307 5A(6ES7 307-1EAOO-OAAO);CPU使用的是CPU 315-2 DP(6ES7 315-2G1OOABO)；數(shù)字輸入模塊為6ES7 321-1BLOO-OAAO；數(shù)字輸出模塊為6ES7 322-1BLOO-OAAO；模擬量輸入模塊6ES7 331-7KF02-OABO作為管路流量和壓力檢測(cè)信號(hào)模擬量的AI；前連接器使用的是6ES7 392-1AJOOOAAO(20-Pin)；PROFIBUS連接器使用的是6ES7 972-OBA12-OXAO；BL20耦合器使用的是BL20-GW-PBDP-DPV1；總線電源模塊使用的是BL20-BR-24VDC-D；電機(jī)起動(dòng)器使用的是BL20-RSO-240-3K。通訊處理器模塊為CP 343-1（6GK7 343-1EX11-OEXO），將S7－300PLC掛接到工業(yè)以太網(wǎng)上。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與上位機(jī)的交換和系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)的硬件組態(tài)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組態(tài)

數(shù)字量輸入輸出模塊用于水泵的手動(dòng)/自動(dòng)，機(jī)旁/集中，工作/備用工作方式的切換，起動(dòng)，停止和閥門的開/關(guān)，以及開/關(guān)到位指示等開關(guān)量信號(hào)的接收和輸出。PLC的編程軟件采用SIMATIC STEP7。監(jiān)控軟件采用WinCC。

3 水泵控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

新增加的水泵（以下均以0號(hào)泵為例）采用Y315L2－4單向離心泵，功率為200KW，電機(jī)啟?？刂撇捎脢W托的QB52－250系列的軟啟動(dòng)器。與水泵配套的出口閥門采用可逆電動(dòng)閥，功率0.37KW，閥門控制啟停采用雙向電機(jī)啟動(dòng)器 T-MSC-R-10-M7(24DC)。0號(hào)水泵自動(dòng)化控制采用插空法利用原有PLC輸入輸出模塊剩余的I/O點(diǎn)來控制，符號(hào)表如下：

P0_Flt I 8.4 BOOL 0#泵過熱P0_CtrlPwr I 8.5 BOOL 0#泵控制電源合閘P0_SftFlt I 8.3 BOOL 0#泵軟起故障P0_Run I 8.2 BOOL 0#泵運(yùn)行P0_Pwr I 8.0 BOOL 0#水泵電源合閘P0_FltShw Q 24.1 BOOL 0#水泵故障指示P0_Local I 36.0 BOOL 0#水泵機(jī)旁操作模式P0_Rmt I 36.1 BOOL 0#水泵集中操作模式P0_ST I 36.4 BOOL 0#水泵啟動(dòng)P0_SftFShw Q 2.5 BOOL 0#水泵軟起故障指示P0_SP I 36.5 BOOL 0#水泵停止P0_RunQ Q 0.6 BOOL 0#水泵運(yùn)行

3.1 OB1

組織塊OB1是主程序的循環(huán)塊，在執(zhí)行時(shí)候要調(diào)用數(shù)據(jù)塊DB1以及FC等實(shí)現(xiàn)不同功能的功能塊，所以要增加一個(gè)0號(hào)泵，需要在OB1塊中增加對(duì)FC0的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)0號(hào)水泵的控制。

3.2 基本信號(hào)控制功能塊FC0

主要完成對(duì)增加的0號(hào)水泵的手動(dòng)/自動(dòng)，機(jī)旁/集中，工作/備用工作方式的切換，起動(dòng)，停止，閥門的開/關(guān)，以及開/關(guān)到位指示等調(diào)節(jié)控制。共有5個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中Network1為通過FB100的調(diào)用完成0號(hào)泵自動(dòng)，手動(dòng)工作方式選擇，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)快DB90中。Network2為通過FB100的調(diào)用完成0號(hào)泵工作方式和備用工作方式選擇，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)快DB91中。Network3為對(duì)功能塊FC20的調(diào)用，用于泵和閥門的各種啟、停控制。Network4為0號(hào)泵和閥門的故障顯示輸出。Network5完成0號(hào)泵的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)，和清零功能，調(diào)用到DB12數(shù)據(jù)快。與FC0塊相關(guān)的程序結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 程序結(jié)構(gòu)

改造過程中對(duì)原有PLC程序邏輯缺陷進(jìn)行了改進(jìn)如圖3所示。

圖3隱患：當(dāng)設(shè)備控制線路故障（如接觸器線圈斷線、控制電源未送電）時(shí)按下起動(dòng)鍵，設(shè)備實(shí)際未起動(dòng)，此時(shí)維修人員排除故障，設(shè)備將意外起動(dòng)，存在安全隱患。

將圖3中運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)后串接的“（P）”脈沖信號(hào)更換成起動(dòng)指令的常閉觸點(diǎn)后，隱患排除。

圖3 改造過程中對(duì)原有PLC程序邏輯缺陷進(jìn)改進(jìn)圖

4 典型故障處理

（1）故障現(xiàn)象。在遠(yuǎn)程啟動(dòng)高水除磷泵時(shí)，出現(xiàn)跳閘并在畫面報(bào)警，控制柜里的斷路器也跳開，軟啟動(dòng)器因失電沒有顯示故障代碼。

（2）故障原因分析。①啟動(dòng)電機(jī)斷路器開關(guān)跳閘，是電流過大造成的。引起電流過大的原因有多方面。首先，負(fù)載過重會(huì)引起電流過大，檢查的步驟：先轉(zhuǎn)動(dòng)泵與電機(jī)的聯(lián)軸器，若轉(zhuǎn)不動(dòng)，可以判定過載或者負(fù)載機(jī)械部分有故障。再進(jìn)一步判斷是泵機(jī)械部分還是電機(jī)機(jī)械部分問題。②三相異步電動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候，由三相交流電源在定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，完成電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程，如果缺少一相，定子就不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)就不能啟動(dòng)。首先檢查電源是否有電壓，如果三相電壓平衡。需要拆開電機(jī)的接線蓋，檢查那接線端子的接觸及斷相情況。如都完好，先用絕緣膠布包扎放好。再送電空載操作啟泵，可判斷主回路及控制回路上的斷路器、接觸器、中間繼電器、軟啟動(dòng)器、熱繼、熔斷器等元件的好壞狀態(tài)。③電機(jī)本身的故障，首先已經(jīng)排除電機(jī)機(jī)械方面的卡阻，只有定子繞組的斷路、短路及轉(zhuǎn)子端環(huán)脫焊或部分轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)條斷裂的可能。電阻法用電橋測(cè)量三相繞組的電阻，如三相電阻相差5%以上，電阻較大的一相為斷路相。因泵組電動(dòng)機(jī)的接線法為三角接法，所以測(cè)量時(shí)須拆開中間的連接片，用萬用表初步測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)的V1與V2沒有通，U1、U2和W1、W2通，可確認(rèn)電機(jī)的定子內(nèi)部繞組斷路缺相是造成電機(jī)電流過大，無法啟動(dòng)的原因。

（3）故障處理。對(duì)于電動(dòng)機(jī)定組繞組斷路問題，可通過更進(jìn)一步檢查確定故障點(diǎn)，然后重新進(jìn)行繞組來修復(fù)。更換電機(jī)備件后，試車電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 結(jié)語

高壓水除磷系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)典的自動(dòng)化控制運(yùn)用實(shí)例，通過PLC進(jìn)行系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)、組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵電機(jī)的自動(dòng)化控制，改造后，高壓水系統(tǒng)的各種故障大為減少，誤產(chǎn)時(shí)間少，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]西門子（中國(guó)）有限公司.SIEMENS STEP7 V5.1編程手冊(cè)［S］.

[2]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005:234~277.