卞新亮，張述洪

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

經(jīng)驗(yàn)交流

焦油超級(jí)離心機(jī)控制故障分析與改進(jìn)

卞新亮，張述洪

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

對(duì)焦油超級(jí)離心機(jī)常見控制系統(tǒng)故障進(jìn)行了分析。通過(guò)先后實(shí)施控制開關(guān)設(shè)備、變頻器自主改進(jìn)以及連鎖控制功能完善工作，使設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的順行。

焦油超級(jí)離心機(jī)；PLC；變頻器；連鎖控制

1 前言

濟(jì)鋼化工廠焦油加工系統(tǒng)原料焦油的脫水脫渣工作由2臺(tái)超級(jí)三相臥式螺旋卸料離心機(jī)擔(dān)任，離心機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、振動(dòng)小、噪音小、維護(hù)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備采用模塊式PLC構(gòu)建控制系統(tǒng)，采用ABB ACS550系列變頻器為主調(diào)速設(shè)備，并輔以各類檢測(cè)元件、操作控制元件，實(shí)現(xiàn)焦油脫水脫渣的三相分離生產(chǎn)需求。其具備操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、操作環(huán)境好、分離效率高的特點(diǎn)。但隨著設(shè)備的逐年老化、現(xiàn)場(chǎng)腐蝕以及生產(chǎn)操作進(jìn)一步的精細(xì)化，逐步產(chǎn)生了一系列故障問(wèn)題，對(duì)此，化工廠對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

2 系統(tǒng)故障原因分析

2.1 系統(tǒng)故障

1）因現(xiàn)場(chǎng)腐蝕等各種惡劣環(huán)境的影響，現(xiàn)場(chǎng)操作控制盤部分設(shè)備損壞，不能有效進(jìn)行調(diào)速控制，致使焦油分離效果不能滿足生產(chǎn)需要。2）隨著設(shè)備逐步老化，原設(shè)計(jì)變頻器抗干擾能力逐步下降，多次出現(xiàn)誤報(bào)虛假故障；PLC系統(tǒng)多次出現(xiàn)問(wèn)題，造成非正常停機(jī)，檢維修工作過(guò)度依賴廠方技術(shù)人員，故障處理不及時(shí)，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的高效連續(xù)運(yùn)行。3）焦油原料輸送泵與離心機(jī)未能進(jìn)行連鎖控制，多次發(fā)生離心機(jī)故障停機(jī)而原料輸送泵未?，F(xiàn)象，造成跑焦油事故，嚴(yán)重污染了環(huán)境，也給生產(chǎn)操作人員帶來(lái)極大不便。

2.2 工作原理

焦油通過(guò)原料泵及供料管進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下連續(xù)使固相焦油渣和液相的焦油、氨水分離開來(lái)，比重較大的焦油渣沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上，然后由螺旋輸送器傳送到筒體的錐體端，從排料口進(jìn)入焦油渣集料箱；比重較小的焦油和氨水則在離心機(jī)轉(zhuǎn)筒內(nèi)部形成同心圓柱，氨水處于內(nèi)層，焦油處于外層，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流堰和可變?nèi)~輪來(lái)改變和確定焦油、氨水的分界面，從而調(diào)節(jié)焦油的含水量和氨水的含油量，焦油和氨水通過(guò)重力作用分別從不同的通道排出。焦油渣的含油量則通過(guò)改變螺旋差速來(lái)控制。通過(guò)離心機(jī)處理后的焦油含水為1%～2%，含渣＜0.3%，處理能力為22.5 t/h。在焦油蒸餾工藝中，原料焦油含水量每降低1%，每噸焦油煤氣消耗量將降低1.34 m3/h，較低的焦油含水量有利于節(jié)能降耗。

2.3 系統(tǒng)組成

離心機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊等組成?？刂葡到y(tǒng)采用的通訊方式為Profibus-DP通訊，選用模塊為CP342-5通信處理器。離心機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速通過(guò)變頻器來(lái)完成，采用ABB ACS550系列變頻器，同時(shí)設(shè)有振動(dòng)、溫度監(jiān)測(cè)，在設(shè)備出現(xiàn)故障振動(dòng)大、溫度高時(shí)，可自行停機(jī)；設(shè)有差速控制和超載保護(hù)，通過(guò)控制轉(zhuǎn)筒和螺旋的轉(zhuǎn)速差，可調(diào)節(jié)焦油渣含油量，超載保護(hù)可自動(dòng)控制進(jìn)料量，防止離心機(jī)堵塞，保護(hù)設(shè)備。

2.3 系統(tǒng)功能分析

現(xiàn)場(chǎng)操作控制盤的主要作用：螺旋差速顯示、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速顯示、選擇數(shù)字顯示、多位旋鈕、設(shè)定值增/減旋鈕、報(bào)警指示、控制電源指示、燈測(cè)試按鈕、喇叭消音按鈕、螺旋啟動(dòng)/停止按鈕、螺旋控制模式選擇、轉(zhuǎn)鼓啟動(dòng)/停止按鈕、急停按鈕。各按鈕開關(guān)為開關(guān)量點(diǎn)進(jìn)入PLC，顯示儀表通過(guò)速度轉(zhuǎn)換器顯示測(cè)速探頭檢測(cè)螺旋、轉(zhuǎn)鼓速度，與PLC無(wú)交叉。

離心機(jī)控制系統(tǒng)主要采集的數(shù)字量輸入信號(hào)（DI）：離心機(jī)振動(dòng)報(bào)警信號(hào)、齒輪油位信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)超溫報(bào)警信號(hào)（兩個(gè)）、急停按鈕報(bào)警信號(hào)、變頻器故障信號(hào)、空氣開關(guān)狀態(tài)信號(hào)等。輸出的數(shù)字量信號(hào)（DO）：螺旋啟動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)鼓啟動(dòng)信號(hào)。采集的模擬量輸入信號(hào)：螺旋驅(qū)動(dòng)扭矩信號(hào)、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)功率信號(hào)、螺旋差速信號(hào)、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速信號(hào)（同差速信號(hào)）、進(jìn)料溫度。輸出的模擬量信號(hào)：螺旋驅(qū)動(dòng)設(shè)定信號(hào)、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)設(shè)定信號(hào)。螺旋、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)設(shè)定信號(hào)作為變頻器的頻率輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求。

變頻器主要控制參數(shù)：電動(dòng)機(jī)控制模式，啟動(dòng)運(yùn)行控制方式，頻率給定模式，電流、功率、扭矩輸出（至PLC），轉(zhuǎn)速、頻率保護(hù)功能（超限監(jiān)控?cái)?shù)字量至PLC）。

3 改進(jìn)方案與實(shí)施

3.1 控制開關(guān)設(shè)備改進(jìn)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作控制箱調(diào)速選擇開關(guān)損壞的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)該選擇控制開關(guān)進(jìn)行檢查、測(cè)試以及與現(xiàn)場(chǎng)另一臺(tái)正常設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)有資料進(jìn)行功能分析，最終測(cè)定該開關(guān)為6對(duì)單極控制開關(guān)，其中兩對(duì)點(diǎn)未定義設(shè)計(jì)，即每操作1次僅有1對(duì)控制線路接通，且為順序控制，不產(chǎn)生交叉，因此采取了用6支單聯(lián)空氣開關(guān)代替該設(shè)備的措施，并根據(jù)原操作順序進(jìn)行排序接線。根據(jù)原設(shè)備操作特點(diǎn)制定相應(yīng)的操作方法，即每次操作僅能合上1個(gè)開關(guān)，進(jìn)行功能切換時(shí)，遵循先分?jǐn)嗪蠛祥l的操作方式。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)操作，該方式完全可代替原控制設(shè)備功能，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓調(diào)速、螺旋差速調(diào)整、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)矩設(shè)定、螺旋轉(zhuǎn)矩設(shè)定功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作使用，實(shí)現(xiàn)了原控制設(shè)備功能，達(dá)到了便捷、可靠操作的要求。

3.2 變頻器自主控制

通過(guò)對(duì)離心機(jī)控制系統(tǒng)功能分析，探索實(shí)施利用現(xiàn)有變頻器取代原變頻器的攻關(guān)方案。通過(guò)對(duì)離心機(jī)控制原理、控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢查分析，明確變頻器控制要點(diǎn)及相關(guān)重要參數(shù)。

利用現(xiàn)有抗干擾能力較強(qiáng)、使用穩(wěn)定性強(qiáng)的AB 1336系列、艾默生系列以及ACS800系列變頻器，此類變頻器均具有直接轉(zhuǎn)矩控制、啟動(dòng)向?qū)Ъ白詣?dòng)識(shí)別電機(jī)特征、優(yōu)化電機(jī)控制功能。

根據(jù)離心機(jī)控制系統(tǒng)要求，變頻器控制需實(shí)現(xiàn)以下功能。遠(yuǎn)程控制功能：變頻器的啟停由PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制且只能正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速信號(hào)由控制系統(tǒng)模塊輸出4～20 mA電流控制。變頻器運(yùn)行參數(shù)輸出功能：變頻器運(yùn)行功率、轉(zhuǎn)矩、電流等參數(shù)由變頻器模擬輸出端子輸出4～20 mA電流信號(hào)至PLC。設(shè)備運(yùn)行保護(hù)功能：通過(guò)對(duì)變頻器保護(hù)參數(shù)的修改設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)扭矩保護(hù)功能、轉(zhuǎn)鼓超速保護(hù)功能以及頻率保護(hù)功能。電機(jī)特征識(shí)別，控制優(yōu)化功能：通過(guò)選擇DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）電機(jī)控制模式功能，并選擇REDUCED辨識(shí)運(yùn)行方式功能，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)特征進(jìn)行辨識(shí)識(shí)別，自動(dòng)優(yōu)化電機(jī)控制，提高控制精度，降低噪聲及諧波干擾。

經(jīng)多次試驗(yàn)、調(diào)試，在保證各功能可靠的前提下，成功實(shí)現(xiàn)了利用現(xiàn)有變頻器替換原變頻器的目標(biāo)，保證了離心機(jī)控制安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.3 焦油原料輸送泵與離心機(jī)的連鎖控制

控制難點(diǎn)：兩臺(tái)離心機(jī)均需分別與兩臺(tái)焦油原料泵進(jìn)行連鎖控制，兩臺(tái)設(shè)備處于不同電源段，控制電源不同相，處理不當(dāng)極易造成不同段電源低壓并聯(lián)的惡性事故。

解決方案：采用增加中間繼電器的方式，將兩臺(tái)設(shè)備控制電源進(jìn)行有效隔離。KM1、KM2為焦油原料泵控制接觸器；alm1、alm2為離心機(jī)控制系統(tǒng)總報(bào)警輸出點(diǎn)，采用220 V電源控制，KA1、KA2為新加連鎖控制繼電器，其輔點(diǎn)均為3對(duì)常開常閉。QL1與QL2為連鎖投入選擇開關(guān)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)連鎖解除，開關(guān)斷開連鎖投入；分別將新增連鎖繼電器KA1、KA2的兩對(duì)常閉點(diǎn)串行引入焦油原料輸送泵控制回路，離心機(jī)故障時(shí)報(bào)警點(diǎn)輸出220 V電壓，中間繼電器線圈得電，常閉點(diǎn)斷開，焦油原料泵控制回路斷開，從而實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)功能。該控制方式無(wú)論哪一臺(tái)離心機(jī)出現(xiàn)故障停車，兩臺(tái)焦油原料輸送泵均連鎖停機(jī)，且在故障未復(fù)位的情況下焦油原料輸送泵亦不能啟動(dòng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，連鎖控制功能安全可靠，有效避免了離心機(jī)故障狀態(tài)下原料泵未及時(shí)停機(jī)而發(fā)生的跑油事故，大大改善了操作環(huán)境，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

增加聲光報(bào)警裝置：為方便操作人員進(jìn)行操作，能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)，在焦油操作室增加離心機(jī)故障停機(jī)聲光報(bào)警裝置，其控制采用新增連鎖繼電器KA1、KA2的第3對(duì)常開點(diǎn)。QL3、QL4為連鎖投入與解除選擇開關(guān)，當(dāng)停機(jī)檢修或僅開1臺(tái)設(shè)備時(shí)可選擇性的連鎖投入，避免誤報(bào)警，方便操作監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)設(shè)備功能的全面分析，成功實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)操作控制設(shè)備的自主改造，改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)原控制設(shè)備的功能，且操作便捷，控制可靠；成功利用現(xiàn)有變頻器替換原控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了備件的多樣性選擇，解決了PLC控制系統(tǒng)檢修維護(hù)難題；連鎖控制以及聲光報(bào)警裝置的增加，從根本上解決了離心機(jī)故障停機(jī)時(shí)的跑油難題，杜絕了環(huán)境污染事故的發(fā)生。

TQ520.5

B

1004-4620（2015）03-0067-02

2015-04-16

卞新亮，男，1982年生，2004年畢業(yè)于青島理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)鋼檢修工程公司工程師，從事電儀控制設(shè)備維護(hù)工作。