PLC在大型設(shè)備潤滑油站控制中的實踐和認(rèn)識

1　引言  
　　
近年來，我國新建或改造的大中型水泥生產(chǎn)線基本采用計算機控制系統(tǒng)，控制方式已由過去的儀表、繼電器或計算機單機小系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了整個生產(chǎn)線的計算機集中操作與分散控制，但目前國內(nèi)隨主機配套的潤滑油站電控產(chǎn)品，大多還停留在過去傳統(tǒng)的控制方式上，與當(dāng)前的生產(chǎn)管理方式和控制水平不相適應(yīng)。由于傳統(tǒng)方式控制柜均采用繼電器硬連線實現(xiàn)電控與聯(lián)鎖保護，存在著諸如可靠性低、聯(lián)鎖保護功能少及故障率高等許多問題；與計算機全線監(jiān)控系統(tǒng)的信號聯(lián)鎖很少甚至沒有，影響了現(xiàn)場巡檢、中控集中操作管理；且在實際使用過程中，由于現(xiàn)場情況的變化，使得傳統(tǒng)方式下的控制柜安裝與調(diào)試存在較大難度。針對這種情況，我們采用可編程控制器(PLC)對潤滑油站進行控制，設(shè)計開發(fā)了CPO-OSC(Cement Process Optinum Control-Oil Station Control)系列潤滑油站控制系統(tǒng)，并在山東魯碧及福建南平等水泥廠的生產(chǎn)線上使用，取得了較為滿意的應(yīng)用效果。  
　　
本文以山東魯碧建材有限公司日產(chǎn)1000t水泥熟料生產(chǎn)線上的大型設(shè)備潤滑油站電氣控制為例，介紹PLC在這些油站控制中的使用情況。  

2　潤滑油站系統(tǒng)的控制方案  
　　
魯碧建材有限公司水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模為日產(chǎn)熟料1000t，全線計算機監(jiān)控采用美國Honeywell公司的Micro TDC 3000集散控制系統(tǒng)(DCS)實現(xiàn)，分為生料、燒成和煤磨三個現(xiàn)場控制站，中控室集中操作管理。該生產(chǎn)線有五個大型設(shè)備潤滑油站：生料磨頭軸承、生料磨尾軸承、生料磨主減速機、生料磨主電機和高溫風(fēng)機潤滑油站。  

2.1　生料磨潤滑油站  
　　
生料磨采用Φ3.5m×10m中卸烘干磨系統(tǒng)，由唐山水泥機器廠制造，生產(chǎn)能力為75t/h，為保護磨機主軸承，在前后軸承各設(shè)置了一個潤滑油站，用強制循環(huán)給油方式進行潤滑。每個供油站備有1臺高壓泵和2臺低壓泵，兩個潤滑油站由一套CPO-OSC系統(tǒng)控制。  

2.2　主減速機及主電機潤滑油站  
　　主減速機及主電機主要參數(shù)如下：  
　　主電機：型號YR1400-8，功率1400kW  
　　　　　　轉(zhuǎn)速742r/min  
　　　　　　電壓6000V，電壓頻率50Hz  
　　主減速機：型號JS110-B  
　　輸入轉(zhuǎn)速742r/min，輸出轉(zhuǎn)速16.9r/min，輸入功率1400kW，傳遞功率1400kW。  
　　為了保護主減速機及主電機的安全運行，也設(shè)置了強制潤滑油站，各備有2臺低壓泵，兩個潤滑油站由一套CPO-OSC系統(tǒng)控制。  

2.3　高溫風(fēng)機潤滑油站  
　　高溫風(fēng)機電機容量630kW，轉(zhuǎn)速1430r/min，配有：  
　　1)YDT63/15液力偶合器，傳遞功率350～650kW。  
　　2)進風(fēng)口裝百葉閥門，配有電動執(zhí)行器。  
　　3)高溫風(fēng)機軸承潤滑油站，配置兩臺油泵進行強制潤滑。  
　　為了確保大型主機設(shè)備的安全運行，提高系統(tǒng)的可靠性，我們采用以SIEMENS公司S7 PLC為主控器開發(fā)的CPO-OSC潤滑油站控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生料磨減速機及主電機潤滑油站、磨頭及磨尾軸承潤滑油站及高溫風(fēng)機潤滑油站的電氣控制及聯(lián)鎖保護。  
　　
因生產(chǎn)現(xiàn)場條件差，電噪音干擾大，系統(tǒng)的輸入輸出模塊均采用高電壓等級模板，以避免干擾信號而產(chǎn)生誤動作，造成系統(tǒng)損壞。  
　　
為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便于中控室的監(jiān)控及管理，我們將潤滑油站控制系統(tǒng)與其他優(yōu)化控制系統(tǒng)(生料質(zhì)量控制系統(tǒng)、窯優(yōu)化控制系統(tǒng))聯(lián)成了一個計算機通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。   
  
圖1　通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖  

3　控制系統(tǒng)的組成及功能  

3.1　潤滑油站提供給TDC3000的信號  
　　1)備妥信號  
　　2)允許啟動信號  
　　3)聯(lián)鎖停車信號  

3.2　TDC3000提供給潤滑油站的信號  
　　啟/停信號  

3.3　信號的處理  

3.3.1　備妥信號  
　　包括以下內(nèi)容：  
　　1)“集中/機旁”控制方式中選擇開關(guān)置于“集中”位置；  
　　2)總電源空氣開關(guān)的輔助接點閉合；  
　　3)控制電源空氣開關(guān)的輔助接點閉合；  
　　4)油泵主回路空氣開關(guān)的輔助接點閉合。  

3.3.2　允許啟動信號  
　　“允許啟動信號”應(yīng)由以下幾個條件組成：  
　　1)高壓壓力建立并達到整定值；  
　　2)低壓壓力建立并達到整定值；  
　　3)油溫不低于下限；  
　　4)油流不低于下限；  
　　5)油位不低于下限。  

3.3.3　聯(lián)鎖停車信號  
　　
在一般的油站控制系統(tǒng)中，聯(lián)鎖停車信號是根據(jù)運行時“壓力低”建立的。由于在本控制系統(tǒng)中采用了功能強、靈活性大的PLC，因此，我們也將大型設(shè)備的保護功能編制到系統(tǒng)中。如在減速機油站系統(tǒng)中，我們將減速機溫度的上限報警信號引入聯(lián)鎖停車中；在磨機主軸承及高溫風(fēng)機油站中，將軸承溫度上限報警信號引入聯(lián)鎖停車中?？紤]到油壓波動情況以及溫度檢測出現(xiàn)瞬時干擾，對于跳閘信號，我們對其加以10s延時后再送出。  

3.3.4　備泵控制  
　　
低壓備用泵的自動投運，一般是利用壓力信號來處理的，包括備泵起動壓力信號及備泵停止壓力信號，當(dāng)油壓低于備泵起動壓力值時，啟動備泵；當(dāng)油壓高于備泵停止壓力值時，關(guān)閉備泵。  
3.4　其他要點  
　　
潤滑油站在集中方式下的啟動及停車，應(yīng)完全由中控人員決定。在正常情況下，潤滑油站只能順從地為主機服務(wù)，而不對上級控制有制約條件，如主機停車后潤滑油站自動停車。  
　　
由于DCS系統(tǒng)的SSR輸出模板普遍存在漏電流過大，致使信號關(guān)斷時仍存在電壓(在Micro TDC3000及N-90等系統(tǒng)中均存在)，因此，由TDC 3000系統(tǒng)發(fā)送的油站啟停信號都采用中間繼電器加以隔離。  

3.5　通訊網(wǎng)絡(luò)  
　　
在一般的應(yīng)用情況下，可單獨使用CPO-OSC系列潤滑油站控制系統(tǒng)，但CPO-OSC控制系統(tǒng)具備良好的開放性及網(wǎng)絡(luò)功能，可根據(jù)用戶的實際需求，聯(lián)成不同形式的通訊網(wǎng)絡(luò)。在魯碧公司，我們建立了一條包括8個站點的MPI控制網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場油站信號參數(shù)引入中控室的上位監(jiān)控系統(tǒng)。  
　　多點接口MPI是一個集成在SIMATIC S7-300 CPU內(nèi)的通訊接口，MPI能同時連接如下站點：  
　　1)IBM PC兼容機；  
　　2)編程器(PG)；  
　　3)操作員界面(HMI)；  
　　4)S7-300、M7-300；  
　　5)S7-400、M7-400。  
　　連網(wǎng)的CPU可利用“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”服務(wù)，周期性地相互交換數(shù)據(jù)。它最多可連接32個MPI站，其傳輸速度為187.5bps，且其相鄰的MPI站點的距離最大可為9100m，(使用10個中繼器)。  
　　在使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)：通訊電纜的敷設(shè)應(yīng)引起重視，若通訊電纜與高壓電纜敷設(shè)在一起，會出現(xiàn)干擾，引起通訊錯誤，因此通訊電纜應(yīng)單獨敷設(shè)，以提高系統(tǒng)的可靠性。  

4　上位監(jiān)控系統(tǒng)  
　　
上位監(jiān)控計算機采用PC總線工控機，配置SIMATICMPI通訊網(wǎng)卡，采用WINDOWS中文操作系統(tǒng)，通訊波特率為1.5Mbps。通過數(shù)據(jù)通訊對各油站數(shù)據(jù)進行檢測，并在上位機上實時顯示當(dāng)前運行狀態(tài)，以便操作員對現(xiàn)場情況隨時進行處理。  
　　在MPI網(wǎng)絡(luò)中，配置有兩臺操作員站，分別運行生料磨優(yōu)化系統(tǒng)(CPO-QCS)及窯優(yōu)化系統(tǒng)(CPO-KOS)。  
　　潤滑油站監(jiān)控系統(tǒng)運行于生料磨優(yōu)化操作站上，其監(jiān)控畫面示于圖2。  

5　工程師工作站  
　　
為便于今后系統(tǒng)維護及監(jiān)控，如對現(xiàn)場PLC控制柜中的程序進行修改、下裝等工作，我們利用魯碧公司原有的一臺聯(lián)想Pentinum166MHz商用機，配置CP5411通訊卡，聯(lián)入MPI網(wǎng)，成為一個在線工程師工作站，工程師站采用Windows95操作系統(tǒng)，安裝STEP7軟件包。  
　　STEP7是用于S7系列PLC編程的應(yīng)用軟件包，包括：  
　　1)SIMATIC管理器；  
　　2)符號編輯器，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型等；  
　　3)硬件組態(tài)，用于為自動化系統(tǒng)組態(tài)和各模板參數(shù)設(shè)置；  
　　4)通訊，用于定義MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸；  
　　5)程序編輯器。  
　　允許使用梯形邏輯圖(LAD)、語句表(STL)和功能塊(FBD)任何一種來編寫程序，并進行在線調(diào)試及監(jiān)控。   
  
圖2　油站監(jiān)控畫面  

6　結(jié)語  
　　
通過在幾條水泥生產(chǎn)線上采用可編程控制器實現(xiàn)潤滑油站控制的實踐證明，利用可編程控制器實現(xiàn)大型設(shè)備潤滑油站的控制已成為一種必然趨勢，它與以往的繼電器控制柜相比，可靠性及擴展性有了很大的提高，取得了較好的應(yīng)用效果。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，例如柜體設(shè)計時沒有后開門，導(dǎo)致在現(xiàn)場調(diào)試儀表時發(fā)生困難。此外，由于現(xiàn)場儀表的油流、油位及壓差信號不準(zhǔn)確，因此在具體實施時，未將這些信號考慮進去，避免因允許啟動信號難以建立而延誤投料時間。因魯碧公司現(xiàn)場油站所用的電接點壓力表損壞較多，我們只根據(jù)壓力正常信號來啟停備用泵，若壓力未達到整定值，則啟動備用泵；若壓力達到整定值，則停止備用泵。采用這種控制方式，若在運行時，工作泵體損壞，則會出現(xiàn)備用泵頻繁開停車的振蕩現(xiàn)象，極易損壞泵體和電機。因此，擬在今后的控制系統(tǒng)中做如下改進：若“驅(qū)動信號”已發(fā)送，選定“工作”泵已工作，在指定時間內(nèi)，例如20s，若壓力仍不能建立，則“備用”泵自動轉(zhuǎn)為主泵投入運行，原“工作”泵轉(zhuǎn)為備用。