密煉機(jī)注油工藝故障分析及防范

陳小霞，都虎林，郭建國(guó)，王日瓏，常 偉，孫學(xué)杰

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

密煉機(jī)上輔機(jī)智能控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器（PLC）采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制，多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。PLC的主要任務(wù)是完成炭黑和油料等物料輸送、自動(dòng)稱(chēng)量、自動(dòng)投料，配方維護(hù)，密煉機(jī)控制（包括工藝條件控制等）以及報(bào)表存儲(chǔ)、打印等，具有動(dòng)態(tài)在線監(jiān)視和故障判斷報(bào)警等功能[1-2]。該系統(tǒng)可根據(jù)需要單獨(dú)操作其中一部分，也可在不停止整個(gè)系統(tǒng)和沒(méi)有上輔機(jī)的情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等多種方式工作，其優(yōu)點(diǎn)是一部分出現(xiàn)故障并不影響其他部分的工作[3-4]。PLC具備故障判斷報(bào)警功能，能夠使操作人員和設(shè)備維護(hù)人員迅速排除故障并恢復(fù)生產(chǎn)[5-6]。

油料自動(dòng)稱(chēng)量系統(tǒng)是PLC的重要組成部分，上位機(jī)將稱(chēng)量配方傳給下位機(jī)，啟動(dòng)油料稱(chēng)量操作，備好油料后，密煉機(jī)接收PLC程序的注油命令進(jìn)行自動(dòng)注油。本文針對(duì)密煉機(jī)注油發(fā)生故障后，如何通過(guò)PLC程序進(jìn)行故障判斷報(bào)警和防錯(cuò)進(jìn)行探討。

1 密煉機(jī)注油系統(tǒng)介紹

油料輸送、儲(chǔ)存主要由輸油泵和儲(chǔ)油罐完成。根據(jù)輸送距離長(zhǎng)短，輸油泵可選擇齒輪泵（適于短距離）或螺桿泵（適于長(zhǎng)距離）；儲(chǔ)油罐數(shù)量由工藝配方確定。

油料秤多由不銹鋼材料制成，可有效防止秤體腐蝕。油料秤通常采用斗式結(jié)構(gòu)，秤斗下方安裝一個(gè)備料斗。備料斗進(jìn)油口裝有氣動(dòng)截止閥或氣動(dòng)球閥。油料秤和備料斗均置于保溫室內(nèi)。通過(guò)蛇形蒸汽管或電加熱板加熱保溫室，加熱溫度由熱電阻或其他溫度控制儀表控制。油料秤由一臺(tái)置于保溫室頂部的臺(tái)秤懸掛，也可采用3或4只拉力傳感器吊裝。進(jìn)油管路采用粗細(xì)兩種規(guī)格，分別由其上的氣動(dòng)截止閥或球閥控制進(jìn)油速度。進(jìn)油管路數(shù)量取決于油品種的數(shù)量。料位計(jì)安裝在油泵進(jìn)口管路上，控制油泵注油。油泵出口裝有單向閥、排氣閥、空氣清掃管等。注油結(jié)束后，通過(guò)壓縮空氣清掃油管中的殘余油，以保證添加油料的質(zhì)量準(zhǔn)確。

注油系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）通過(guò)PLC程序控制，按當(dāng)前生產(chǎn)配方備好物料，密煉機(jī)開(kāi)始進(jìn)料，按照混煉工藝進(jìn)行到注油步驟：加油開(kāi)始→注油電動(dòng)機(jī)動(dòng)作→低料位確認(rèn)（2～5 s）→注油電動(dòng)機(jī)停止→吹油閥動(dòng)作（吹油2～5 s）→注油完成。

圖1 注油系統(tǒng)示意

2 密煉機(jī)注油故障分析

生產(chǎn)過(guò)程中，密煉機(jī)發(fā)生注油壓力過(guò)低、管路堵塞、單向閥故障、料位計(jì)故障、注油電動(dòng)機(jī)故障等問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致注油過(guò)程異常。某些故障還會(huì)導(dǎo)致密煉機(jī)持續(xù)執(zhí)行工藝步驟中的加油動(dòng)作，無(wú)法復(fù)位執(zhí)行下一步混煉步驟，直至觸發(fā)PLC程序“超時(shí)排膠時(shí)間”命令（“超時(shí)排膠時(shí)間”是為了保護(hù)密煉機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中因異常導(dǎo)致混煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、膠料過(guò)煉甚至引起火災(zāi)而設(shè)定的保護(hù)功能）后進(jìn)行卸料，影響該車(chē)膠料質(zhì)量。由于目前密煉機(jī)無(wú)監(jiān)控防范功能，在工人不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的情況下，該注油故障會(huì)持續(xù)發(fā)生，最終導(dǎo)致產(chǎn)生批量膠料質(zhì)量事故。

常見(jiàn)注油故障類(lèi)型及對(duì)膠料質(zhì)量的影響如表1所示。

表1 常見(jiàn)注油故障類(lèi)型及對(duì)膠料質(zhì)量的影響

2.1 注油壓力過(guò)低

在設(shè)備和工藝參數(shù)不變的情況下，注油壓力大小直接決定注油時(shí)間長(zhǎng)短以及油料注入量。注油壓力過(guò)低和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間如圖2所示。

由圖2可知，注油壓力過(guò)低時(shí)的注油時(shí)間在15～65 s之間波動(dòng)，注油壓力正常時(shí)的注油時(shí)間在16～17 s之間波動(dòng)。

圖2 注油壓力過(guò)低和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間

通過(guò)跟蹤試驗(yàn)，得到注油壓力過(guò)低和正常狀態(tài)下膠料的最小轉(zhuǎn)矩，如圖3所示。

由圖3可知：注油壓力正常狀態(tài)下，膠料最小轉(zhuǎn)矩在2.12～2.25 dN·m之間波動(dòng)，均值為2.18 dN·m，變異系數(shù)僅為1.4%；注油壓力過(guò)低時(shí)，膠料最小轉(zhuǎn)矩在2.34～2.49 dN·m之間波動(dòng)，均值為2.41 dN·m，變異系數(shù)為5.1%，說(shuō)明注油壓力過(guò)低導(dǎo)致油量加入不足，注油時(shí)間延長(zhǎng)，從而降低了膠料的加工性能。

圖3 注油壓力過(guò)低和正常狀態(tài)下膠料的最小轉(zhuǎn)矩

2.2 料位計(jì)信號(hào)故障

生產(chǎn)過(guò)程中油料加完與否，通過(guò)管路中的料位計(jì)進(jìn)行判斷，料位計(jì)感應(yīng)不到油料，說(shuō)明加油過(guò)程已完成。料位計(jì)信號(hào)故障和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間如圖4所示。

圖4 料位計(jì)信號(hào)故障和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間

由圖4可知：料位計(jì)信號(hào)正常時(shí)的注油時(shí)間在14～16 s之間波動(dòng)；料位計(jì)信號(hào)故障時(shí)的注油時(shí)間在8～32 s之間波動(dòng)。注油時(shí)間較短，說(shuō)明管路中油料未加完，但料位計(jì)給出的信號(hào)為管路中油料已加完，造成管路中油料積壓，導(dǎo)致該車(chē)次少加油；注油時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，說(shuō)明將前幾車(chē)次管路中積壓的油料全部加入該車(chē)次中，導(dǎo)致加油量過(guò)多。注油時(shí)間的長(zhǎng)短可表征該車(chē)次加油量的多少，由此可知料位計(jì)信號(hào)故障會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際注油量。

料位計(jì)信號(hào)故障和正常狀態(tài)下膠料的門(mén)尼粘度如圖5所示。

由圖5可知，在同一機(jī)臺(tái)上（原材料、工藝等均不變），料位計(jì)信號(hào)正常狀態(tài)下膠料的門(mén)尼粘度在54～56之間波動(dòng)，料位計(jì)信號(hào)故障時(shí)膠料的門(mén)尼粘度在43～61之間波動(dòng)，說(shuō)明料位計(jì)信號(hào)故障嚴(yán)重影響膠料的質(zhì)量，這與上述分析料位計(jì)信號(hào)故障時(shí)影響實(shí)際注油量的結(jié)論相對(duì)應(yīng)。

圖5 料位計(jì)信號(hào)故障和正常狀態(tài)下膠料的門(mén)尼粘度

2.3 注油電動(dòng)機(jī)故障

注油電動(dòng)機(jī)故障和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間如圖6所示。

由圖6可知，注油電動(dòng)機(jī)正常時(shí)的注油時(shí)間在10～13 s之間波動(dòng)，注油電動(dòng)機(jī)故障時(shí)的注油時(shí)間在19～130 s之間波動(dòng)，當(dāng)注油時(shí)間約為130 s時(shí)將觸發(fā)“超時(shí)排膠時(shí)間”命令。因該工藝設(shè)定為提壓砣注油，導(dǎo)致該車(chē)次膠料持續(xù)保持在提壓砣注油狀態(tài)下直至超時(shí)排膠（混煉曲線見(jiàn)圖7），嚴(yán)重影響膠料的質(zhì)量。

圖6 注油電動(dòng)機(jī)故障和正常狀態(tài)下的注油時(shí)間

圖7 注油電動(dòng)機(jī)故障導(dǎo)致該車(chē)次膠料在提壓砣狀態(tài)下超時(shí)排膠的混煉曲線

不同類(lèi)型的注油故障均有可能導(dǎo)致批量膠料質(zhì)量隱患，必須對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控防范，從而在生產(chǎn)管理上予以杜絕。但上述注油故障的發(fā)生具有偶然性，這就造成在生產(chǎn)管理上不能人工對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，從電氣運(yùn)行的角度上設(shè)計(jì)一套能夠?qū)ψ⒂凸收线M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的防范方案，以杜絕批量膠料質(zhì)量事故的發(fā)生。

3 PLC程序設(shè)計(jì)注油故障監(jiān)控防范方案

3.1 設(shè)定“注油最長(zhǎng)時(shí)間”復(fù)位功能

由于注油系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，密煉機(jī)一直執(zhí)行工藝步驟中的加油動(dòng)作，直至觸發(fā)“超時(shí)排膠時(shí)間”命令，導(dǎo)致該車(chē)次膠料出現(xiàn)散料（提壓砣注油時(shí)）或過(guò)煉問(wèn)題（壓壓砣注油時(shí)）。

鑒于此，我公司在PLC程序上設(shè)定“注油最長(zhǎng)時(shí)間”復(fù)位功能對(duì)加油動(dòng)作超時(shí)進(jìn)行限定，從接收到密煉機(jī)注油命令開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到PLC程序設(shè)定的“注油最長(zhǎng)時(shí)間”（例如50 s）后，默認(rèn)加油動(dòng)作完成，動(dòng)作復(fù)位，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)混煉步驟。執(zhí)行“注油最長(zhǎng)時(shí)間”復(fù)位功能后膠料的混煉曲線見(jiàn)圖8。該功能設(shè)定后，可以大大降低膠料散料或過(guò)煉超高溫的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 執(zhí)行“注油最長(zhǎng)時(shí)間”復(fù)位功能的混煉曲線

3.2 設(shè)定“注油超時(shí)阻料”功能

當(dāng)注油系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，設(shè)定PLC程序“注油最長(zhǎng)時(shí)間”命令可以降低該車(chē)次膠料散料或過(guò)煉的風(fēng)險(xiǎn)，但不能提醒在線生產(chǎn)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排除故障。因此，我公司在PLC程序上增加了“注油超時(shí)阻料”命令，注油故障發(fā)生后，一旦觸發(fā)了“注油最長(zhǎng)時(shí)間”命令，PLC將發(fā)出報(bào)警提示和接通報(bào)警鈴提示在線生產(chǎn)人員，并且執(zhí)行“注油超時(shí)阻料”命令，直至維保人員完成故障排除。

4 結(jié)論

通過(guò)在PLC程序上設(shè)定“注油最長(zhǎng)時(shí)間”復(fù)位功能和“注油超時(shí)阻料”功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)密煉機(jī)注油故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控與防范，從而降低了因注油故障導(dǎo)致膠料散料或膠料過(guò)煉超高溫的風(fēng)險(xiǎn)，并可預(yù)防故障延續(xù)、批量膠料質(zhì)量事故的發(fā)生。