姜杰

摘 要：文章主要是通過對鋼鐵廠的水系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的案例進(jìn)行分析，指出其電氣設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的問題，并針對問題提出建議，以期為鋼鐵廠的循環(huán)水系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng)；電氣設(shè)計(jì)；PLC控制

中圖分類號：TF085 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）17-0011-02

1 背景概述

鋼鐵廠的循環(huán)水系統(tǒng)主要由三個(gè)系統(tǒng)組成，分別為煉鋼循環(huán)水系統(tǒng)、軋鋼循環(huán)水系統(tǒng)以及高爐循環(huán)水系統(tǒng)。鋼鐵廠的循環(huán)水系統(tǒng)的工作主要是，利用水循環(huán)的水的流動，帶走生產(chǎn)線設(shè)備上的熱量，從而將其進(jìn)行有效降溫；同時(shí)還對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鐵礦以及鐵渣進(jìn)行沖洗，從而保證設(shè)備的干凈以及足夠的空間。

循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與生產(chǎn)線的運(yùn)行有著重要的關(guān)系，如果它出現(xiàn)問題，則會對整個(gè)的鋼鐵生產(chǎn)線造成影響。為了提高生產(chǎn)線的安全性，一般會利用雙路電源對其進(jìn)行供電，同時(shí)，在一些比較重要的場所必須要準(zhǔn)備采油機(jī)水泵以及保安電源，以防止電源斷電情況的發(fā)生，而造成不可估計(jì)的后果。在進(jìn)行電氣自動化設(shè)計(jì)時(shí)，考慮不全面將會對水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。本文主要以一些鋼鐵廠循環(huán)水系統(tǒng)的故障案例為研究對象，對于PLC的設(shè)置開關(guān)數(shù)目對通道進(jìn)行設(shè)備啟停的控制，以及啟停按鈕的控制通道進(jìn)行具體的分析，同時(shí)提出一些有針對性的建議。

2 循環(huán)水系統(tǒng)的電路控制

在鋼鐵廠的循環(huán)水系統(tǒng)中，主要有兩種方式對供水泵進(jìn)行控制，一種是單開關(guān)電路控制，如圖1所示；一種是雙開關(guān)電路控制，如圖2所示。

2.1 單開關(guān)電路控制

使用圖1的電路時(shí)，在對水泵啟停進(jìn)行遠(yuǎn)程PLC控制時(shí)，其電路中的中繼器在觸電吸合情況下，實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)程啟動，當(dāng)其觸電釋放時(shí)，則實(shí)現(xiàn)對水泵的遠(yuǎn)程停止。如果PLC柜發(fā)生故障，則會使得中繼器發(fā)生觸點(diǎn)釋放，最終將設(shè)備遠(yuǎn)程停止。其中PLC柜發(fā)生的故障主要有以下幾個(gè)：USP發(fā)生故障、CPU發(fā)生故障、24V電源發(fā)生故障。

例如，在2011年3月中旬的一天，八鋼鋼鐵廠發(fā)生水泵啟停事故。微機(jī)控制畫面顯示1號的高線旋流井水泵的出口總管壓力數(shù)據(jù)沒有數(shù)據(jù)，同時(shí)其流量參數(shù)也沒有變化。最終檢查發(fā)現(xiàn)，旋流井立式長軸泵停止運(yùn)行，造成其水位的快速上升，已經(jīng)將電機(jī)接線盒處淹沒。對故障原因進(jìn)行排查最后發(fā)現(xiàn)，原來會就是PLC一直進(jìn)行無間斷的供電，電阻發(fā)熱，最終使得電源CPU的發(fā)生故障，使得電路出于斷電狀態(tài)，則PLC柜中的中繼器處于釋放狀態(tài)，而旋流機(jī)的電路斷電，設(shè)備停止運(yùn)行。這次事故造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，高速線材產(chǎn)線共停止運(yùn)行時(shí)間達(dá)到3 h。故障發(fā)生的原因根本在于使用了第一種電路，只采用了一個(gè)中繼器，使得安全風(fēng)險(xiǎn)大大加劇。對故障進(jìn)行分析，可以得出，如果采用兩只中繼器，則不會發(fā)生這次事故。

2.2 雙開關(guān)電路控制

圖1與圖2兩個(gè)控制電路都可以實(shí)現(xiàn)對水泵啟停的現(xiàn)場手動控制以及遠(yuǎn)程PLC控制。兩個(gè)電路圖的區(qū)別在于，圖2電路中，當(dāng)起用遠(yuǎn)程PLC控制電動機(jī)的啟停時(shí)，主要是要經(jīng)過輸出模塊的兩個(gè)通道，而PCL柜中，兩個(gè)中繼器主要有兩個(gè)功能：一個(gè)用于啟動電動機(jī)，一個(gè)用來停止電動機(jī)。作為啟動電動機(jī)的中繼器，在觸點(diǎn)動作之后，將輔助觸點(diǎn)進(jìn)行吸合，則電路處于通路狀態(tài)，電動機(jī)則被啟動，能夠?qū)⒔涣鹘佑|器進(jìn)行自保持，則控制回路和PLC的運(yùn)行通路是相互獨(dú)立的，當(dāng)PCL柜發(fā)生故障時(shí)，水泵也不會停止運(yùn)行，從而增加了系統(tǒng)的安全性。

2013年1月份，某鋼鐵廠的高爐處發(fā)生水泵啟停事故，現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)采用圖1設(shè)計(jì)的空冷器以及風(fēng)扇等全部處于停止運(yùn)行狀態(tài)，而采用圖2所示的設(shè)計(jì)方案的水泵組電機(jī)正常運(yùn)行。處理人員將空冷器設(shè)置為機(jī)旁啟動狀態(tài)，將水溫進(jìn)行控制，然后與高爐的中控室聯(lián)系，將補(bǔ)水泵進(jìn)行手動啟停，以保證供水壓力的正常，故障在兩個(gè)小時(shí)之后處理完畢。

對于這個(gè)故障進(jìn)行分析，找出其根本原因是高爐水循環(huán)系統(tǒng)的PLC的CPU發(fā)生故障，停止運(yùn)行。對故障的處理方案為對CPU重新上電，恢復(fù)啟動。之后，設(shè)備的各種運(yùn)行狀況恢復(fù)正常，故障得到解決。

因?yàn)榇舜喂收习l(fā)生的鋼鐵廠，采用了圖2所示的設(shè)計(jì)方案，因此，盡管PLC發(fā)生故障，但是水循環(huán)系統(tǒng)的供水供能沒有受到障礙，供水泵依舊供水正常，沒有造成生產(chǎn)線的停滯，對高爐的冶煉沒有造成影響，同時(shí)，故障修復(fù)的時(shí)間也比較短。

PLC一般比較可靠，但是其系統(tǒng)也會發(fā)生問題，并且一旦發(fā)生問題，采用一個(gè)中繼器的電路將會造成很嚴(yán)重的后果。PLC發(fā)生故障的原因有很多種，當(dāng)設(shè)計(jì)人員變成出現(xiàn)漏洞或者失誤時(shí)、當(dāng)PLC的電源發(fā)生故障，停止供電時(shí)等等情況都可能造成PLC的故障。而水循環(huán)系統(tǒng)的重要性是有目共睹的，其直接影響到其系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程。

因此，PLC的故障的嚴(yán)重性也就不言而喻。因此，重要的水泵組必須要使用圖2所示的電路設(shè)計(jì)，來增加系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性。

2.3 控制按鈕直接接入電氣控制回路

2010年2月份，某鋼鐵廠的連鑄循環(huán)水系統(tǒng)的低壓泵組以及空氣壓縮器等全部停止運(yùn)行，而因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的停機(jī)，使得后續(xù)的一些工序也全部停止運(yùn)行，造成的損失巨大。分析事故發(fā)生的原因在于，PLC發(fā)生故障，在經(jīng)過兩個(gè)多小時(shí)的處理，供水系統(tǒng)恢復(fù)正常。

這個(gè)案例中鋼鐵廠，使用的是轉(zhuǎn)爐水系統(tǒng)的電氣自動化控制方式，其中是采用一只中繼器的電路控制方案設(shè)計(jì)低壓電動機(jī)，造成了其本身對安全風(fēng)險(xiǎn)的防御能力低下，一旦PLC發(fā)生故障，則系統(tǒng)全部癱瘓。還有一點(diǎn)，現(xiàn)場操作按鈕全部是接入到電回路中的，實(shí)行的是電路的自動化控制，沒有設(shè)置手動裝置，使得電路一旦發(fā)生問題，則系統(tǒng)中的所有接入電路中的設(shè)備停止運(yùn)行。在故障發(fā)生之后，也無法啟動循環(huán)水系統(tǒng)，使得故障恢復(fù)緩慢。

因此，現(xiàn)場的控制按鈕應(yīng)該直接和電氣控制連接在一起，而不能夠，接入到PLC，通過對PLC的控制對設(shè)備的啟停進(jìn)行控制。

3 結(jié) 語

鋼鐵廠的循環(huán)水系統(tǒng)的重要設(shè)備即是水泵，其比較簡單，對出數(shù)量等工藝條件不需要控制，也不需要受溫度等設(shè)備條件的限制。其中電動機(jī)的保護(hù)裝置一般主要用電氣系統(tǒng)來完成。

3.1 應(yīng)注意的問題

鋼鐵廠循環(huán)水系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)需要注意三個(gè)問題：

①采用一只中繼器的控制電路圖故障發(fā)生的頻繁，只適合于一些不重要的供水環(huán)節(jié)。

②在重要的循環(huán)水系統(tǒng)場所，必須要采用兩只繼電器的控制電路，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

③現(xiàn)場的控制按鈕應(yīng)該直接和電氣控制連接在一起，以便預(yù)防故障發(fā)生時(shí)，出現(xiàn)無法對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行啟停的情況。

3.2 應(yīng)做的工作

同時(shí)還應(yīng)該做到以下兩點(diǎn)：

①循環(huán)水系統(tǒng)的PLC發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)依舊可以正常運(yùn)行，保證循環(huán)水系統(tǒng)的整合持續(xù)正常供水功能。

②循環(huán)水系統(tǒng)的PLC發(fā)生故障時(shí)，可以在設(shè)備的現(xiàn)場進(jìn)行啟停，以達(dá)到對生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，降低因故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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