山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠 桑 寧

冷卻水控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠 桑 寧

可編程序控制器(PLC)，作為一種為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的控制器，其設(shè)計(jì)和制造過程采用了多種抗干擾措施，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常工作。本文闡述了PLC在冷卻水控制系統(tǒng)改造方案中的應(yīng)用，詳細(xì)敘述了型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，改造滿足生產(chǎn)要求的良好應(yīng)用效果及配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求。

PLC；編碼器；冷卻水控制系統(tǒng)改造；方案設(shè)計(jì)

0 前言

型鋼廠小型線矯直機(jī)調(diào)整系統(tǒng)2005年安裝調(diào)試完成。經(jīng)過這幾年生產(chǎn)，為保證生產(chǎn)采取了許多權(quán)宜之法、圖紙與實(shí)物存在不符，設(shè)備情況也進(jìn)一步劣化。面對(duì)嚴(yán)峻的市場形勢，型鋼廠小型線不斷進(jìn)行產(chǎn)能挖潛攻堅(jiān)，電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行已顯的越來越重要。小型線矯直機(jī)調(diào)整系統(tǒng)部分電氣設(shè)備因設(shè)備元件老化、故障率高、已不能與車間快速的生產(chǎn)節(jié)奏匹配，成為影響車間生產(chǎn)高效運(yùn)行的一個(gè)設(shè)備隱患。因此，本文將PLC控制系統(tǒng)合理利用于冷卻水控制系統(tǒng)改造中，以達(dá)到小型線冷床區(qū)軋件冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高設(shè)備精度的成效。

1 可編程序控制器(PLC)介紹

可編程序控制器，作為一種控制器，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展越來越快，PLC也具備了越來越強(qiáng)大的功能，其使用便捷性逐漸增強(qiáng)。整機(jī)可靠性是系統(tǒng)正常工作的前提條件，還需要在PLC設(shè)計(jì)過程和安裝過程采取一些手段，才能真正保障系統(tǒng)可靠性。在PLC工作的過程中，如遇工作環(huán)境惡劣的情況，例如出現(xiàn)溫度和濕度異常、震動(dòng)和沖擊過強(qiáng)、電磁強(qiáng)干擾等情況時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)的正常、安全和可靠運(yùn)行會(huì)受到較大的影響。所以，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮軟硬件的配置，進(jìn)一步防范系統(tǒng)故障的發(fā)生。在企業(yè)的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行過程中，PLC系統(tǒng)的抗干擾能力影響整個(gè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。

2 PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

就電子控制系統(tǒng)而言，對(duì)其可靠性設(shè)計(jì)的目的是預(yù)測和預(yù)防系統(tǒng)所有可能發(fā)生的故障，并找到潛在的薄弱部分，通過一定的預(yù)防和設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，對(duì)隱患和薄弱部位進(jìn)行有效改善，從而使系統(tǒng)達(dá)到滿意的可靠性要求。PLC是一種可靠性較高的控制裝置,在其所組成的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的可靠性主要取決于與它的輸入、輸出端相連接,處于生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號(hào)元件、輸出執(zhí)行元件的可靠性。在提高PLC控制系統(tǒng)可靠性時(shí)，可采取一些措施：針對(duì)故障率高的元器件，可對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)其故障進(jìn)行診斷，在對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，這樣也能提升系統(tǒng)工作的可靠性。

2.1 設(shè)計(jì)故障檢測程序,提高系統(tǒng)工作可靠性

2.1.1 時(shí)間故障檢測法

在控制系統(tǒng)工作循環(huán)中，每一個(gè)工步的正常運(yùn)作都有時(shí)間上的嚴(yán)格限定。在檢測工步動(dòng)作之初，啟動(dòng)定時(shí)器來對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。對(duì)定時(shí)器的值進(jìn)行設(shè)置，其時(shí)間設(shè)置為工步可能需花費(fèi)的最長時(shí)間。假設(shè)動(dòng)作完成的時(shí)間均在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，那么就可以通過發(fā)射信號(hào)使定時(shí)器初始化，這時(shí)，可表明監(jiān)控對(duì)象處于正常運(yùn)行狀態(tài)；否則，發(fā)出信號(hào)報(bào)警，使系統(tǒng)停止工作。

2.1.2 邏輯錯(cuò)誤檢測法

當(dāng)PLC控制系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)、輸出信號(hào)以及中間記憶裝置這些因素之間的邏輯關(guān)系是確定的，一旦它們之間的邏輯關(guān)系發(fā)生不正?，F(xiàn)象，就可以判定可能是系控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。所以，可以通過前期編寫一些常見故障的異常狀態(tài)下的邏輯程序，將這些程序增添到用戶程序，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)輸出故障信號(hào),實(shí)現(xiàn)報(bào)警、停機(jī)等控制。

2.2 合理配置PLC及其硬件和軟件資源冗余

在對(duì)大型PLC系統(tǒng)或者對(duì)PLC系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，這樣也能提升系統(tǒng)工作的可靠性，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。比如，在核電站、有毒有害的化工生產(chǎn)環(huán)境中,中央處理器的雙機(jī)熱備、雙機(jī)冷備冗余,這是比較常用的方式之一。除此之外,雙系統(tǒng)冗余即中央處理器和全部輸入/輸出、組網(wǎng)通信完全冗余,這些也是可采取的手段之一。在設(shè)計(jì)大型系統(tǒng)的時(shí)候,要保障硬件和軟件資源留有一定的冗余,在硬件上，最好保留15%以上的冗余空間。

3 應(yīng)用實(shí)例

本節(jié)闡述PLC控制系統(tǒng)在型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用案例。因小型軋鋼車間軋件定尺不同，在軋制短定尺時(shí)，需關(guān)閉部分噴嘴，以降低能源消耗，現(xiàn)無法保證供水壓力穩(wěn)定，并且供水泵未采用變頻控制，無法實(shí)現(xiàn)恒壓供水；同時(shí)，水箱液位必須無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水，經(jīng)常出現(xiàn)缺水故障。

3.1 改造方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1.1 供水泵恒壓供水

在7#臺(tái)配電室安裝變頻柜，由變頻器控制供水泵運(yùn)行；在供水管道上安裝壓力變送器，并將4-20mA反饋信號(hào)就近采集至冷鋸PLC系統(tǒng)中，經(jīng)PLC將設(shè)定值和反饋值比較運(yùn)算后，將頻率設(shè)定值發(fā)送給變頻器，以實(shí)現(xiàn)水泵恒壓供水。

圖1 型鋼廠小型軋鋼車間冷床區(qū)域冷卻水控制系統(tǒng)流程圖

3.1.2 水箱自動(dòng)補(bǔ)水

在水箱內(nèi)安裝投入式液位計(jì)，液位信號(hào)采集至冷鋸PLC系統(tǒng)中，根據(jù)液位變化，由PLC系統(tǒng)控制水箱補(bǔ)水管道上的電動(dòng)球閥的開啟與關(guān)閉，已保證水箱水位控制在安全范圍之內(nèi)。

3.1.3 將冷鋸PLC系統(tǒng)中的7#臺(tái)從站擴(kuò)容

將冷鋸PLC系統(tǒng)中的7#臺(tái)從站擴(kuò)容，新增模擬量輸入模塊1塊，模擬量輸出模塊1塊，開關(guān)量輸入輸出模塊1塊。同時(shí)在冷鋸監(jiān)控畫面上新增供水泵監(jiān)控畫面，以進(jìn)行供水壓力設(shè)定及供水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

3.2 改后效果

項(xiàng)目實(shí)施后，保證了小型線冷床區(qū)軋件冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高設(shè)備精度。并且有效降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，預(yù)計(jì)效益顯著。

4 結(jié)束語

冷卻水自動(dòng)控制系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)了PLC自動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性；維護(hù)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)送效果良好，圓滿地完成了高效運(yùn)行的控制要求，消除了設(shè)備隱患，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

[1]馬金蓮.PLC的干擾源與抗干擾措施[J].石油化工化,2001(2).

[2]熊幸明.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的探討[J].機(jī)床電器,2003(1).

[3]趙中敏.PLC控制系統(tǒng)的可靠性分析及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)床電器,2006(4).

[4]王宏.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)[J].礦山機(jī)械,2004,32(6):59-60.

[5]熊幸明.PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2004(82).