楊秀蓮，王翀

(成都市排水有限公司維修中心，四川 成都 610042)

0 引言

成都市排水公司某廠脫水系統(tǒng)，于2008年進(jìn)行改造，2009年6月投入試運(yùn)行至今。工程因種種原因除增加一套脫水系統(tǒng)外，其它5套系統(tǒng)采取部分硬件設(shè)備改造。改造的主要設(shè)備有離心機(jī)、泥餅泵、螺旋輸送機(jī)、切割機(jī)、泥泵電磁流量計(jì)、藥泵電磁流量計(jì)、泥斗、泥斗物位計(jì)、破橋設(shè)備。未改造的設(shè)備為進(jìn)泥泵、藥泵(圖一中虛線部分)、儲(chǔ)泥池液位計(jì)、配藥罐液位計(jì)、沖洗水泵。未改造設(shè)備的控制系統(tǒng)由荷蘭DHV公司提供。改造的離心機(jī)是德國(guó)WESTFALIA離心機(jī)，泥餅泵為英國(guó)MONO公司生產(chǎn)的。所有流量計(jì)和物位計(jì)為美國(guó)ABB公司產(chǎn)品。螺旋輸送機(jī)以及電氣控制柜由成都蜀潔環(huán)境工程公司提供。這一較為復(fù)雜的系統(tǒng)，因采取部分設(shè)備改造的方式，在控制上每一個(gè)子系統(tǒng)與總PLC的無縫含接，技術(shù)人員在技術(shù)上都具有縱深的要求。否則維修中心技術(shù)人員，在投運(yùn)后的故障診斷及故障處理工作中面臨極大的挑戰(zhàn)。

1 工程電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制簡(jiǎn)介

工程電氣控制由兩套PLC控制系統(tǒng)組成。一個(gè)是以泥餅泵控制為主的總PLC系統(tǒng);一個(gè)是以離心機(jī)控制為主的PLC系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)相互通訊相互控制。見圖1。

圖1 脫水系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

總PLC全套硬件采用西門子公司的產(chǎn)品，其中CPU為西門子的S7－300[1]。25個(gè)輸入輸出模塊，其中模擬量模塊6個(gè)，數(shù)字量模塊19個(gè)。配置上傳信號(hào)通訊卡，以便離心機(jī)運(yùn)行狀態(tài)上傳到總控室。總PLC控制2臺(tái)泥餅泵、2臺(tái)螺旋輸送機(jī)、2臺(tái)破橋機(jī)、2臺(tái)刀閘閥、4臺(tái)旋塞閥。并接收它們的反饋信號(hào)。同時(shí)還要接收泥斗液位、泥餅泵出口壓力、泥餅泵干運(yùn)行保護(hù)信號(hào)并進(jìn)行比較計(jì)算以便控制泥餅泵的運(yùn)行。其中旋塞閥設(shè)備在改造中未采用。為滿足WESTFALIA的控制程序，乙方采用擴(kuò)展繼電器觸點(diǎn)，虛擬反饋它們的狀態(tài)。

離心機(jī)PLC同樣全部硬件均采用西門子公司的產(chǎn)品，CPU為S7－300。5個(gè)輸入輸出模塊，其中3個(gè)模擬量模塊，2個(gè)數(shù)字量模塊。在實(shí)際結(jié)構(gòu)上有2個(gè)模塊與CPU組成在一起。離心機(jī)模塊具有輸入輸出功能。離心機(jī)PLC控制進(jìn)泥泵、藥泵、切碎機(jī)、沖洗水泵，并接收它們的反饋信號(hào)。對(duì)泥泵變頻、藥泵變頻進(jìn)行速度設(shè)定并接收它們扭矩反饋信號(hào)。除此之外，還要接收泥流量、藥流量信號(hào)，并進(jìn)行比較計(jì)算以便控制離心機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。

2 故障案例分析

從2009年6月試運(yùn)行以來，多次主持對(duì)脫水系統(tǒng)電氣控制故障診斷與排除工作。下面例舉幾個(gè)典型的故障案例。

2.1 離心機(jī)突然以螺旋輸送故障報(bào)警停機(jī)

2.1.1 故障現(xiàn)象描述

2010年3月18日脫水機(jī)(1、2、3)突然停機(jī)，停機(jī)以螺旋輸送報(bào)警方式。泥餅柜00－K10繼電器失電，經(jīng)重新復(fù)位后，又能開機(jī)。下午離心機(jī)(4.5.6)又突然停機(jī)，同樣重新復(fù)位后又能開機(jī)。針對(duì)頻繁停機(jī)故障，采取用手動(dòng)方式開泥餅泵、螺旋輸送機(jī)。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的措施是:將泥餅變頻器柜－X2“4”、“5”短接，實(shí)現(xiàn)泥餅泵手動(dòng)。將總PLC柜00－K10、00K20兩個(gè)繼電器的6對(duì)觸點(diǎn)短接，實(shí)現(xiàn)螺旋輸送機(jī)手動(dòng)，而離心機(jī)仍然自動(dòng)運(yùn)行。

2.1.2 故障技術(shù)分析

本次以螺旋輸送機(jī)故障報(bào)警頻繁停機(jī)的現(xiàn)象，從離心機(jī)、泥餅泵、螺旋輸送泵控制圖分析出導(dǎo)致停機(jī)的原因在于:當(dāng)正常自動(dòng)開機(jī)時(shí)，在按離心機(jī) DCU8控制器上的“ON”后，轉(zhuǎn)筒馬達(dá)起動(dòng)，輔助馬達(dá)起動(dòng)，離心機(jī)起動(dòng)。離心機(jī)空載運(yùn)行至轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)/分鐘后，再按離心機(jī) DCU8控制器上的“PRODUCE”，起動(dòng)泥泵、藥泵。然后由總PLC DO模塊 A16、A17→輸出信號(hào)，通過繼電器控制螺旋輸送機(jī)“5－104”、“5－107”觸點(diǎn) →螺旋輸送機(jī)運(yùn)行→通過5KM繼電器觸點(diǎn)反饋信號(hào)到總PLC DI模塊A6、A7→再與DO模塊A25通訊→A25延時(shí)(約60 s)控制00－K20、00－K10→發(fā)送信號(hào)給每臺(tái)離心機(jī) DI模塊100=00－A0.CPE2.7/31.1→每臺(tái)離心機(jī)收到螺旋輸送機(jī)(德國(guó)人習(xí)慣叫固體側(cè))準(zhǔn)備好信號(hào)。本次故障原因在于DO模塊A25無信號(hào)輸出，離心機(jī)PLC DI模塊100=00－A0.CP E2.7/31.1不能收到螺旋輸送機(jī)準(zhǔn)備好的信號(hào)(離心機(jī)帶負(fù)貨運(yùn)行的條件之一，必須要固體側(cè)準(zhǔn)備好)。所以，此次故障導(dǎo)致離心機(jī)停機(jī)，并以螺旋輸送故障報(bào)警。

2.1.3 該故障的后續(xù)影響和采取的必要措施

由于生產(chǎn)的需要不容許停機(jī)，常常會(huì)采取復(fù)位后再開機(jī)。這樣反反復(fù)復(fù)，容易導(dǎo)致螺旋輸送機(jī)交流接觸器線圈嚴(yán)重發(fā)熱，破壞線圈絕緣，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致燒線圈燒電機(jī)。這次故障對(duì)控制系統(tǒng)提出了一個(gè)要求，就是在總PLC出故障后，為了不影響生產(chǎn)，由總PLC控制的螺旋輸送機(jī)、泥餅泵可以采取手動(dòng)的方式運(yùn)行。為此采取實(shí)現(xiàn)手動(dòng)功能措施，對(duì)原來的控制方案作一個(gè)補(bǔ)充。

2.2 離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵不能自動(dòng)沖洗故障

2.2.1 故障現(xiàn)象描述及故障分析

2010年4月7日，發(fā)生4號(hào)離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵只能手動(dòng)不能自動(dòng)沖洗的故障。通過對(duì)離心機(jī)和沖洗水泵控制回路進(jìn)行分析(圖2)，發(fā)現(xiàn)故障原因在于停機(jī)后，離心機(jī)PLC收到一個(gè)錯(cuò)誤的反饋信號(hào)。當(dāng)離心機(jī)停機(jī)時(shí)，PLC應(yīng)該收到?jīng)_洗水泵正常并準(zhǔn)備工作的信號(hào)。在實(shí)際控制線路中，現(xiàn)場(chǎng)未將沖洗水泵信號(hào)反饋到離心機(jī)PLC。為了在控制上滿足控制程序的需要，采取虛擬反饋的方式。具體手段是將執(zhí)行沖洗水啟動(dòng)的13－K10繼電器的常開觸點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展(擴(kuò)展繼電器的線圈并聯(lián)在13－K10繼電器的線圈上)[2]。原來為1對(duì)觸點(diǎn)的繼電器擴(kuò)展為2對(duì)觸點(diǎn)。一對(duì)觸點(diǎn)執(zhí)行沖洗水泵啟動(dòng);另一對(duì)觸點(diǎn)反饋到離心機(jī)PLC數(shù)字量模塊00－A0.6E8.7(該模塊具有輸入、輸出功能)，給 PLC發(fā)出一個(gè)信號(hào):收到啟動(dòng)沖洗泵的命令，并在正常執(zhí)行。本次故障在于技術(shù)人員在規(guī)范控制柜接線端子時(shí)不小心將擴(kuò)展的13－K10繼電器線圈接在啟動(dòng)螺旋電機(jī)的繼電器上。當(dāng)停離心機(jī)時(shí)，螺旋電機(jī)隨之也停。00－A0.6E8.7模塊不能收到?jīng)_洗水泵啟動(dòng)并正常運(yùn)行的信號(hào)。為此該模塊不發(fā)出執(zhí)行沖洗水泵啟動(dòng)的信號(hào)，導(dǎo)致離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵不能自動(dòng)啟動(dòng)。

2.2.2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段

圖2 沖洗水泵控制系統(tǒng)

該故障暴露出未改造的沖洗水泵控制系統(tǒng)，與改造的離心機(jī)控制系統(tǒng)存在有縫含接的問題。這是整個(gè)系統(tǒng)有縫含接之一。一般情況下，運(yùn)行人員在能采取自動(dòng)運(yùn)行時(shí)都選擇自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)沖洗水泵控制系統(tǒng)真正出故障時(shí)，由于采取虛擬反饋，離心機(jī)PLC根本檢測(cè)不到?jīng)_洗水泵控制系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行的情況下停機(jī)后，理所當(dāng)然會(huì)認(rèn)為在自動(dòng)沖洗離心機(jī)。其實(shí)離心機(jī)并未在停機(jī)后接受沖洗(沖洗離心機(jī)是一個(gè)必須的過程)。下一次運(yùn)行，特別是停的時(shí)間較長(zhǎng)后再運(yùn)行，大量的污泥黏附在螺旋和轉(zhuǎn)鼓上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓和螺旋振動(dòng)過大，而損壞軸承。排除隱患的手段是在控制線路上作整改，將沖洗水泵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)反饋到離心機(jī)PLC。

2.3 泥泵運(yùn)行30分鐘左右自動(dòng)停機(jī)

2.3.1 故障現(xiàn)象描述及分析

2009年1月11日3#脫水系統(tǒng)在一切參數(shù)正常的條件下，自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行大約30分鐘，泥泵自動(dòng)停機(jī)。反復(fù)多次開機(jī)都在約30分鐘左右后自動(dòng)停機(jī)。經(jīng)對(duì)電路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泥泵控制繼電器故障導(dǎo)致泥泵停機(jī)。泥泵運(yùn)行繼電器BK6線圈內(nèi)部接線端由于接觸不良，接觸電阻增大，導(dǎo)致線圈電流減弱磁力下降。當(dāng)運(yùn)行約30分鐘后，電流下降到一定程度，觸點(diǎn)釋放。釋放后由泥泵反饋到離心機(jī)控制柜11－X2“1”、“2”的泥泵狀態(tài)信號(hào)采集為故障狀態(tài)，為此離心機(jī)PLC對(duì)控制泥泵運(yùn)行的11－K10繼電器執(zhí)行停此命令(圖3)。經(jīng)更換BK6后系統(tǒng)故障排除，3#脫水系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常。

2.3.2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段

對(duì)該故障進(jìn)行診斷前，已有相關(guān)人員進(jìn)行了多次檢查。本來是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的問題，故障卻難以診斷。問題是在工程改造的泥泵控制柜中，對(duì)BK6繼電器進(jìn)行了擴(kuò)展(對(duì)藥泵也進(jìn)行了擴(kuò)展)，擴(kuò)展后未做任何標(biāo)識(shí)。造成維修人員在故障診斷時(shí)無從下手?；舜罅康臅r(shí)間，反復(fù)清理線路才得以查出故障的原因。

圖3 二期脫水1#-5#泥泵、藥泵與離機(jī)控制圖

改造后的泥泵控制柜完全能滿足WESTFALIA離心機(jī)PLC控制系統(tǒng)的要求。不需要對(duì)泥泵、藥泵、沖洗水泵控制繼電器作任何擴(kuò)展，擴(kuò)展顯然是畫蛇添足。針對(duì)目前的隱患，一是可以通過恢復(fù)原來的線路排除;二是要求對(duì)改后的線路做明標(biāo)識(shí)來排除。

3 結(jié)束語

從本文所舉的故障案例，發(fā)現(xiàn)了該改造系統(tǒng)主要存在三方面問題。一是因?yàn)椴糠衷O(shè)備改造，系統(tǒng)自動(dòng)控制的整體效果不如全部改造的效果，需要進(jìn)行局部手動(dòng)運(yùn)行的補(bǔ)充(案例1中提到)。二是乙方為了滿足整個(gè)系統(tǒng)控制程序的需要，將未采用的設(shè)備信號(hào)以虛擬反饋的方式與PLC通訊。部分虛擬反饋存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和隱患(在第2個(gè)案例中提到)。三是未改造設(shè)備控制系統(tǒng)與總PLC存在有縫含接的問題(在第3個(gè)案例中提到)。

[1]李天真.PLC與控制技術(shù) (西門子版)[M].北京:科學(xué)出版社，2010.

[2]向曉漢，陸彬.西門子PLC(高級(jí)應(yīng)用實(shí)例精解)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1