鈉離子交換器PLC改造

李超 賈建紅 杜銀川

摘要：濟(jì)源鋼鐵2#水泵房鈉離子交換器是將生水轉(zhuǎn)化為軟水的重要設(shè)備，正常情況下煉鋼所使用的軟水全部來(lái)自該裝置，原電氣控制為傳統(tǒng)繼電器控制，運(yùn)行不穩(wěn)定，出現(xiàn)故障后多次影響軟水質(zhì)量，本文即針對(duì)這種情況，介紹了PLC控制的方案及改造后取得的效果。

關(guān)鍵詞：PLC? 軟水? 鈉離子交換器

一、前言

鈉離子交換器的傳動(dòng)設(shè)備主要有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)由皮帶傳動(dòng)，皮帶輪帶動(dòng)絲杠同軸旋轉(zhuǎn)，絲杠的旋轉(zhuǎn)方向不同帶動(dòng)其上的搬杠，然后撥動(dòng)后部的棘輪，棘輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥，從而完成原水到軟水生成的各個(gè)流程。在絲杠上運(yùn)行一個(gè)來(lái)回，后邊的旋轉(zhuǎn)閥走一個(gè)棘輪齒的行程，旋轉(zhuǎn)閥一共有十個(gè)棘輪齒，對(duì)軟水生成來(lái)說(shuō)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)一周為一個(gè)完整循環(huán)。因本系統(tǒng)為雙柱交替連續(xù)工作，即一個(gè)柱在產(chǎn)水運(yùn)行，另一個(gè)做再生還原，所以對(duì)每五個(gè)棘輪齒的運(yùn)行即為一個(gè)完整的電控循環(huán)，在每個(gè)完整的電控循環(huán)中要包括一次進(jìn)鹽動(dòng)作，進(jìn)鹽由另一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備完成，因此本系統(tǒng)并不復(fù)雜，然而由于電控系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使該系統(tǒng)使用一直不好，還多次造成大的生產(chǎn)事故。

二、鈉離子交換器使用以來(lái)存在的主要問(wèn)題

（1）因該系統(tǒng)為傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，就地?zé)o專人值守，出現(xiàn)故障后遠(yuǎn)程的操作人員不能及時(shí)獲取信息，軟水的水質(zhì)很難得到可靠的設(shè)備保障。

（2）系統(tǒng)選用的行程開(kāi)關(guān)為機(jī)械式傳動(dòng)，因多次碰撞，造成信號(hào)不穩(wěn)定出現(xiàn)搬杠越位，設(shè)備卡死，磨斷皮帶。

（3）該系統(tǒng)對(duì)使用的交流接觸器釋放功能有嚴(yán)格的要求，即線圈斷電后，接觸器應(yīng)立即釋放，釋放過(guò)慢，可能出現(xiàn)搬杠越位現(xiàn)象，斷皮帶、機(jī)械卡死現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生。

（4）由于機(jī)械原因出現(xiàn)卡死或傳動(dòng)脫節(jié)現(xiàn)象。機(jī)械卡死現(xiàn)象很容易被發(fā)現(xiàn)，而傳動(dòng)脫節(jié)這種故障常被人忽視，即搬杠在絲杠上運(yùn)行完全正常，由于滑塊及撥叉的故障，后部的棘輪并沒(méi)有隨著搬杠的運(yùn)行而轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)閥停留在原位， 這種故障若不及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，所產(chǎn)軟水鈣離子、鎂離子濃度將嚴(yán)重超標(biāo)，軟水質(zhì)量不合格。

（5）由于機(jī)械傳動(dòng)部分缺陷，鈉離子交換器出現(xiàn)連續(xù)兩次進(jìn)鹽的現(xiàn)象，雖然軟水硬度符合要求，但是軟水氯離子濃度超標(biāo)。工業(yè)鹽用量增加，造成軟水成本升高。

（6）由于時(shí)間繼電器或其它電氣原因，鈉離子交換器接到啟動(dòng)命令后長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作或未按設(shè)定周期動(dòng)作，造成生成的軟水量少，不能滿足生產(chǎn)需要。

三、PLC控制改造方案

針對(duì)鈉離子交換器存在的問(wèn)題用PLC進(jìn)行改造，可以使控制系統(tǒng)得到極大的完善和優(yōu)化。采用一套S7-200的系列的224本體模塊，就可完成系統(tǒng)升級(jí)改造，后來(lái)又在此基礎(chǔ)上增加EM277模塊，實(shí)現(xiàn)了S7-200 PLC與S7-400PLC現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程站點(diǎn)的PROFIBUS通訊，然后通過(guò)S7-400PLC的上位機(jī)的wincc人機(jī)界面控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈉離子交換器的監(jiān)控，由于西門(mén)子PLC與Wincc控制、報(bào)警等功能較為完善，對(duì)該系統(tǒng)改造后提高了設(shè)備的可控性和穩(wěn)定性。

（1）PLC的程序判斷出鈉離子交換器故障時(shí)，強(qiáng)制系統(tǒng)斷電，并立即發(fā)出故障信號(hào)至軟水站運(yùn)程I/O站，故障信息通過(guò)操作室至軟水站的 PROFIBUS通訊將信號(hào)傳至電腦畫(huà)面上。在水泵房S7-400的PLC中增加報(bào)警程序，一旦S7-400接到故障信號(hào)，即發(fā)出連續(xù)的聲光報(bào)警，通過(guò)電腦畫(huà)面顯示，操作工便可判斷出遠(yuǎn)程鈉離子交換器故障，迅速采取應(yīng)對(duì)的方案，不會(huì)對(duì)軟水的生成造成影響。

（2）行程開(kāi)關(guān)屬機(jī)械式開(kāi)關(guān)，壽命有限，每年更換二十多個(gè)，且造成事故多起。鈉離子交換器屬頻繁連續(xù)工作的設(shè)備，該開(kāi)關(guān)不適合控制所需，因此我們選用性能優(yōu)良的歐姆龍接近開(kāi)關(guān)，以電子感應(yīng)式替代了機(jī)械接觸式開(kāi)關(guān)，即使出現(xiàn)搬杠越位現(xiàn)象也不會(huì)出現(xiàn)接近開(kāi)關(guān)損壞，接近開(kāi)關(guān)使用壽命長(zhǎng)、故障率低提高了電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

（3）眾所周知，接觸器得電吸合，失電后斷開(kāi)是很正常的事，一般情況下，接觸器在成千上萬(wàn)次動(dòng)作中偶爾有一次釋放過(guò)慢，即線圈斷電后，接觸器仍維持2-3秒鐘的吸合狀態(tài)是很正常的，但對(duì)該系統(tǒng)來(lái)說(shuō)即使千分之一、萬(wàn)分之一的幾率，就一定會(huì)出現(xiàn)越位卡死，并且對(duì)設(shè)備造成傷害。為了杜絕這種現(xiàn)象發(fā)生，程序中對(duì)接觸器斷電后，在1.5秒鐘之內(nèi)仍未接收到接觸器釋放的信號(hào)，即認(rèn)為該系統(tǒng)故障，停機(jī)報(bào)警。同樣在PLC發(fā)出接觸器吸合指令后，3秒鐘內(nèi)若無(wú)吸合響應(yīng)，也認(rèn)為是系統(tǒng)故障，停機(jī)報(bào)警。該邏輯判斷適時(shí)對(duì)接觸器進(jìn)行檢測(cè)，接觸器有任何故障都不會(huì)造成設(shè)備事故。

（4）為了防止機(jī)械故障，即旋轉(zhuǎn)與前端傳動(dòng)脫節(jié)，在程序中啟用計(jì)數(shù)器指令。當(dāng)絲杠在運(yùn)行五個(gè)往返動(dòng)作中未檢測(cè)到電機(jī)進(jìn)鹽動(dòng)作，即判斷旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)故障。同樣當(dāng)搬杠在絲杠上動(dòng)作超過(guò)正常時(shí)同的3-5秒，系統(tǒng)即認(rèn)可為機(jī)械卡死，停機(jī)報(bào)警。

（5）為了防止連續(xù)進(jìn)鹽事故的發(fā)生，在程序中如果確認(rèn)一次進(jìn)鹽后，仍有進(jìn)鹽輸入信號(hào)，程序中有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿媽⑵淦帘蔚?，為了防止機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程中有進(jìn)鹽誤動(dòng)作，因絲杠動(dòng)作時(shí)間來(lái)回不超過(guò)40秒，連續(xù)進(jìn)鹽時(shí)間超過(guò)2分鐘程序認(rèn)可為一次進(jìn)鹽，否則進(jìn)鹽動(dòng)作為無(wú)效，確保一個(gè)循環(huán)中有進(jìn)鹽動(dòng)作，保證離子交換的質(zhì)量

（6）為了防止鈉離子交換器長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作，當(dāng)選定某一交換器工作時(shí)，由于操作設(shè)定為10-15分鐘一個(gè)動(dòng)作間隔。當(dāng)離子交換器20分鐘內(nèi)無(wú)動(dòng)作發(fā)出，便發(fā)出故障報(bào)警。

以上所有報(bào)均分別在程序中分類記錄，當(dāng)鈉離子交接器發(fā)生故障時(shí)，打開(kāi)程序在線便可發(fā)現(xiàn)事故停機(jī)的原因，為問(wèn)題的查找提供了便利的手段。

四、結(jié)語(yǔ)

鈉離子交換器改造后從未發(fā)生過(guò)斷帶、各種原因的搬杠越位現(xiàn)象。同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)適時(shí)監(jiān)控，避免了操作人員兩地頻繁奔波的勞累之苦，因程序中對(duì)各種事故有詳細(xì)的歷史記錄，為設(shè)備的維護(hù)提供了真實(shí)的資料。