王保軍 李映萍 徐 健

海申機(jī)電總廠（象山）（浙江寧波 315718）

二氧化鈦又名鈦白粉，是一種染料及顏料。目前國(guó)內(nèi)通用的二氧化鈦生產(chǎn)工藝是：二氧化鈦在調(diào)制罐中與乙二醇混合，配比成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～55%的懸浮液，經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)研磨后用乙二醇稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～15%的懸浮液，由螺桿泵輸入臥螺離心機(jī)進(jìn)行分級(jí)處理；分級(jí)的目的是回收含1 μm 及1 μm 以下顆粒的液相用于精細(xì)產(chǎn)品生產(chǎn)。臥螺離心機(jī)進(jìn)行分級(jí)處理后，含1 μm 及1 μm 以下顆粒的液相通過(guò)專用管路輸出至成品車間進(jìn)行深加工，大于1 μm 的渣相從固相排放口排出后輸送至調(diào)制罐回用。具體如圖1 所示。

圖1 二氧化鈦生產(chǎn)工藝流程

1 臥螺離心機(jī)組成及其工作原理

1.1 離心機(jī)組成

系統(tǒng)采用目前國(guó)內(nèi)最為先進(jìn)的LW400HQ 型離心機(jī)進(jìn)行二氧化鈦分級(jí)處理；該離心機(jī)主要由主電機(jī)、副電機(jī)、轉(zhuǎn)鼓部件、螺旋部件、軸承座部件、機(jī)座部件、行星齒輪差速器以及配套管路系統(tǒng)等部分組成，其技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 LW400HQ 離心機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.2 離心機(jī)工作原理

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%的二氧化鈦懸浮液經(jīng)由進(jìn)料泵通過(guò)進(jìn)料管進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，在高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，二氧化鈦懸浮液因粒徑大小存在差異而產(chǎn)生密度差，從而實(shí)現(xiàn)物理分層，密度較大的固體顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上被螺旋輸送器不斷推出轉(zhuǎn)鼓出渣口，而≤1 μm 的二氧化鈦細(xì)小顆粒經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開(kāi)口溢流出?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)離心機(jī)副電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，控制螺旋推料的速率，調(diào)節(jié)離心機(jī)對(duì)二氧化鈦的分級(jí)處理效果。

2 二氧化鈦分級(jí)PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及程序設(shè)計(jì)流程

2.1 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)由電器控制柜、主副變頻器、PLC 自動(dòng)控制模塊、信號(hào)隔離器、顯示屏、現(xiàn)場(chǎng)操作箱等部件組成。

2.1.1 主副變頻器采用雙電機(jī)、雙變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)

主副變頻器控制主副電機(jī)的運(yùn)行，采用獨(dú)有雙變頻連接模式，使在整個(gè)分離運(yùn)行過(guò)程中，和差速器小軸相連的副電動(dòng)機(jī)從離心機(jī)處接受機(jī)械能，長(zhǎng)期運(yùn)行在第二象限而產(chǎn)生再生狀態(tài)能量，該能量通過(guò)變頻器之間的直流母線反饋到主變頻器的直流電橋上，經(jīng)過(guò)主變頻器被主電機(jī)利用，從而減少?gòu)碾娋W(wǎng)上獲取能量，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.1.2 控制系統(tǒng)采用PLC+HMI 全自動(dòng)控制

離心機(jī)控制柜內(nèi)置PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)主副電機(jī)變頻器的控制及完全自動(dòng)化操作。通過(guò)人機(jī)界面（HMI）輸入系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)，并監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)（溫度、震動(dòng)、扭矩）進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警，并顯示故障信息；這樣易于操作，維護(hù)方便。預(yù)留硬件——遠(yuǎn)程（客戶端），控制主、副電機(jī)的啟動(dòng)和停止，接收設(shè)備正常運(yùn)行信號(hào)（非清洗狀態(tài)）。

2.1.3 電氣控制系統(tǒng)功能

物料經(jīng)臥螺離心機(jī)分級(jí)處理后，被澄清的濾液由澄清液管道排出，差速根據(jù)負(fù)載及進(jìn)料濃度變化自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)，推料功率自動(dòng)補(bǔ)償，以保證穩(wěn)定的分級(jí)效果，而渣相則源源不斷地從主機(jī)排渣口排出。

轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差速采用自動(dòng)差速及扭矩控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

差速自動(dòng)控制保證螺旋推料速率的穩(wěn)定。差速反映了離心機(jī)螺旋推料速率大?。翰钏俅髸r(shí)廢渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間短，脫水不充分，廢渣含水率高，但能提高處理量；反之，廢渣含水率低，處理量小。采用恒差速控制能使螺旋推料速率始終保持穩(wěn)定。

螺旋推料力矩恒轉(zhuǎn)矩控制：自動(dòng)調(diào)節(jié)差速或自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)料量，達(dá)到推料力矩的穩(wěn)定。螺旋推料扭矩反映了離心機(jī)的負(fù)載情況：扭矩過(guò)大容易引起離心機(jī)堵料，嚴(yán)重時(shí)損壞差速器；扭矩過(guò)小容易造成分離效果不理想。采用恒扭矩控制能夠使螺旋推料力矩始終保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料不易產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，避免了堵料的發(fā)生。

2.2 PLC 程序設(shè)計(jì)及流程

控制流程可以分為手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式，具體如圖2 所示。

2.2.1 手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下，各設(shè)備可以單獨(dú)調(diào)試，如圖3 所示。在該模式下，可以分別控制離心機(jī)、進(jìn)料泵、進(jìn)料閥、沖洗閥、成品閥、連通閥、渣相閥。離心機(jī)的分離轉(zhuǎn)速、進(jìn)料泵的流量大小可以通過(guò)增大或減小變頻器的頻率來(lái)調(diào)節(jié)。

圖2 離心機(jī)手自動(dòng)控制流程

圖3 手動(dòng)操作流程

2.2.2 自動(dòng)模式模式

在自動(dòng)控制模式下，程序流程如圖4 所示。

圖4 離心機(jī)自動(dòng)控制程序流程

打開(kāi)電源切換到自動(dòng)控制模式，自動(dòng)控制系統(tǒng)準(zhǔn)備運(yùn)行，按下程序啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，其工作流程如下：將“自動(dòng)、手動(dòng)”開(kāi)關(guān)打到“自動(dòng)”擋，將“運(yùn)行、停車”開(kāi)關(guān)打到“運(yùn)行”擋，將“分離、沖洗”開(kāi)關(guān)打到“分離”擋，其他各閥打到關(guān)閉。確認(rèn)成品閥閥門關(guān)閉，按“程序啟動(dòng)”按鍵，離心機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)入分離程序。300 s 的升速時(shí)間，180 s 的穩(wěn)速時(shí)間，穩(wěn)速時(shí)間到，進(jìn)料閥、連通閥同時(shí)打開(kāi)；300 s 的粗細(xì)分離后，連通閥關(guān)閉，成品閥打開(kāi)，然后進(jìn)行正常分離；渣相閥一般情況下常開(kāi)。物料分離完，離心機(jī)進(jìn)入沖洗程序。一共4 次沖洗，其中2 次正轉(zhuǎn)沖洗，2 次反轉(zhuǎn)沖洗，每次沖洗2 min。沖洗過(guò)程中，沖洗閥隨離心機(jī)啟動(dòng)穩(wěn)速后打開(kāi)，連通閥常開(kāi)。4 次沖洗完畢后，一般在1 500 s 后，全機(jī)復(fù)位，關(guān)閉各電源。

3 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

3.1 離心機(jī)因沖洗不徹底造成二次開(kāi)機(jī)困難

由于物料黏度大、沉降速率大，沖洗不徹底，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓與螺旋部位積料，造成離心機(jī)二次開(kāi)機(jī)時(shí)因負(fù)載較大而報(bào)警停車。解決方法：PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)引入波段沖洗程序，沖洗波段分別為高速-低速-正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)等沖洗過(guò)程，使離心機(jī)沖洗得更為徹底，避免了二次開(kāi)機(jī)困難。

3.2 進(jìn)料量波動(dòng)影響分離效果

離心機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)料濃度變高或變低，進(jìn)料量變大或變小，都會(huì)改變物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的分布狀況，從而影響分離效果。解決方法：PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)引入了差速控制和力矩控制。差速控制是指當(dāng)離心機(jī)進(jìn)料濃度或進(jìn)料量改變時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)差速的大小改變推料速率，使離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部物料分布達(dá)到平衡，保持離心機(jī)分離效果不變。力矩控制是指采集當(dāng)前離心機(jī)的實(shí)時(shí)力矩值，根據(jù)力矩值的改變自動(dòng)調(diào)節(jié)差速，使離心機(jī)分離效果保持不變。

3.3 變頻器輸出異常影響分離效果

離心機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主副變頻器模擬量輸出異常波動(dòng)，造成主機(jī)轉(zhuǎn)速或者進(jìn)料、加藥量波動(dòng)較大，影響分離效果。原因可能是變頻器出現(xiàn)信號(hào)干擾。解決方法：加隔離變壓器，其主要針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前；使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還可以防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能；使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是為了減少變頻器輸出過(guò)程中線路產(chǎn)生的電磁輻射，以免影響其他設(shè)備正常工作。

3.4 離心機(jī)自動(dòng)停機(jī)，CPU 出現(xiàn)異常報(bào)警

外部元器件短路，引起離心機(jī)運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)停機(jī)，CPU 異常報(bào)警。解決方法：檢查CPU 單元連接于內(nèi)部總線上的所有元器件，依次更換可能產(chǎn)生故障的單元，找出故障單元，作出相應(yīng)處理。

3.5 離心機(jī)二次開(kāi)機(jī)時(shí)程序畫面丟失

離心機(jī)二次開(kāi)機(jī)時(shí)程序畫面丟失的原因可能是內(nèi)存故障或電磁干擾。解決方法：更換內(nèi)存或增加屏蔽防干擾措施。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化程度越高對(duì)工廠帶來(lái)的效益就越大。PLC 控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、合理性、開(kāi)放性、擴(kuò)展性很好地體現(xiàn)了它的特點(diǎn)。離心機(jī)PLC 自動(dòng)控制在二氧化鈦分級(jí)工藝中的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展了設(shè)備對(duì)工藝的適應(yīng)性，降低了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，隨著設(shè)備穩(wěn)定性的提高，提升了分離效率，使生產(chǎn)成本大大降低。