冉祥濤

(中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

潤滑系統(tǒng)在有色冶煉的生產中占有十分重要的位置,其設計、調試和維修保養(yǎng),對于提高設備的使用壽命和保障生產的穩(wěn)定進行有重要的作用。生產中很多機械設備以及高壓電機的傳動系統(tǒng)中,基本采用集中潤滑系統(tǒng)進行潤滑和降溫。集中潤滑系統(tǒng)是一個或者兩個油液壓油泵提供一定排量、一定壓力的潤滑油,為系統(tǒng)中需要高速或低速旋轉的齒輪箱供油,由分流器將油按所需油量分配到各潤滑點,同時帶走旋轉所產生的大部分熱量,以實現(xiàn)潤滑并降溫的目的。

某工程項目現(xiàn)場某機械設備所在廠房環(huán)境一般,散熱量較大,加上項目所處地理位置常年高溫干燥,需要工作穩(wěn)定的潤滑系統(tǒng)進行降溫和潤滑。早期的設計為傳統(tǒng)的繼電器、接觸器潤滑系統(tǒng),故障率高、穩(wěn)定性差。經(jīng)過對控制系統(tǒng)的改造,利用PLC控制器來實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)的功能,較好地解決了故障率高穩(wěn)定性差的問題,極大提高了生產效率。

1 潤滑系統(tǒng)的構造及其工作原理

1.1 潤滑系統(tǒng)的構造

改造前的潤滑系統(tǒng)設計于20 世紀90 年代,系統(tǒng)全部采用工業(yè)繼電器來控制。整個系統(tǒng)由兩臺油泵電機和一臺加熱器組成,還有配套的冷卻水降溫系統(tǒng)。兩臺油泵中其中一臺為備用機,當工作的一臺發(fā)生故障時,備用機會自動投入工作。因為潤滑中潤滑油的粘稠度跟溫度有關,所以在溫度低的情況時不能直接開潤滑泵潤滑,需通過加熱器給潤滑油加熱后,才能開潤滑泵。同樣,在潤滑過程中,油溫也不能過高,過高會影響對工作機械的降溫,所以當油溫達到設定值時開冷卻閥利用冷卻水給潤滑油降溫,從而保證整個系統(tǒng)工作在一個設定的安全溫度范圍內。整個潤滑系統(tǒng)的主要工作原理如圖1、圖2 所示。

1.2 潤滑系統(tǒng)的工作原理

由圖1 可知,油泵的啟動分為三種情況,一是開一泵備二泵,二是手動,三是開二泵備一泵,開一備二和開二備一都屬于自動狀態(tài),此處說的自動不是自動啟動,而是當開一個泵的時候,如果這個泵出現(xiàn)故障跳閘則另一個備用泵自動啟動。手動狀態(tài)則簡單,是手動來控制開油泵一或油泵二。

圖1 潤滑系統(tǒng)控制原理圖

由圖2 可知,當潤滑系統(tǒng)開始工作后,若油溫低于10 ℃時,油泵不能啟動。當油溫大于10 ℃小于20 ℃時,雖油泵可以正常啟動,但粘稠度達不到要求,潤滑時的流量就會偏低,所以當油溫小于20 ℃時,要求加熱器工作,開始對潤滑油加熱。當潤滑油溫度加熱到35 ℃時,加熱器自鎖打開,加熱結束。當出口油溫過高時,此時如果繼續(xù)潤滑,則不能很好地給傳動系統(tǒng)的齒輪箱降溫,時間長會造成齒輪等傳動設備的損害,所以當溫度超過設定值50 ℃的時候,冷卻水閥門打開,利用冷卻水對油路進行降溫,隨著溫度的下降,當溫度降低到設定值35 ℃以下時,冷卻水閥門自動停止,冷卻結束。

圖2 潤滑系統(tǒng)中加熱器冷水閥及高低溫報警控制原理圖

系統(tǒng)除了檢測油溫油壓保持正常工作之外,還有溫度高低值的報警功能,當檢測傳感器檢測到油溫達到報警的限制時,系統(tǒng)通過報警燈和電笛進行報警,同時還設置了報警復位功能。

2 基于PLC 的潤滑系統(tǒng)的硬件選擇及原理圖設計

2.1 系統(tǒng)的硬件選擇

由于改造前潤滑系統(tǒng)使用數(shù)量眾多的工業(yè)繼電器控制,所以故障率較高。改造后采用西門子公司生產的S7-200 系列PLC 來代替實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)的控制。

S7-200 是西門子可編程邏輯控制器家族中的一員,運用于各個行業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200 系列PLC 雖然屬于一種小型的控制器,但其功能強大,無論獨立運行,還是通過組網(wǎng)的方式,都能實現(xiàn)較為復雜的控制功能。S7-200 系列PLC 集成24 個輸入點,16 個輸出點,共40個數(shù)字量I/O 點。最大可連接7 個擴展模塊,通過連接擴展模塊,可將I/O 點數(shù)最大擴展至248 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。S7-200 系列PLC 標配13 K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,擁有6 個獨立的30 kHz 高速計數(shù)器,2 路獨立的20 kHz 高速脈沖輸出,還具有PID 控制功能。S7-200 系列PLC還有豐富的編程接口,不但具有PPI 通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議,還有自由方式通訊能力,還可以通過擴展模塊實現(xiàn)DP 的通訊方式。S7-200 系列PLC 的端子排可靈活拆卸,方便故障時更換。所以對于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)適用 S7 -200 系列PLC[1,4-5]。

對于該潤滑系統(tǒng)來說,S7-200 系列PLC 足以完成所有需要的任務和要求,并且接線簡潔方便、性能可靠穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)的原理圖設計

PLC 系統(tǒng)設計時要最大限度地滿足被控對象的功能要求,還要保證長期運行中安全、可靠、穩(wěn)定,根據(jù)潤滑系統(tǒng)的工作需求,將PLC 的輸入輸出端子分配,如表1 所示。

根據(jù)輸入輸出端子的分配,系統(tǒng)的硬件設計如圖3 所示。在硬件設計的過程中,考慮全面要實現(xiàn)的各種功能,對系統(tǒng)總體的輸入輸出要有全局的把握。其中油壓、油流、壓差、油溫均由分布于油路中的相應傳感器檢測輸入。

圖3 PLC 集中潤滑控制系統(tǒng)硬件圖

3 控制系統(tǒng)的程序設計及說明

利用S7-200 可編程控制器的專用編程軟件進行程序設計,它支持很多種編程方式,如梯形圖、指令表及功能圖等,本文主要是以梯形圖的方式進行軟件編程。流程圖根據(jù)潤滑系統(tǒng)控制的工作流程設計,在程序設計的過程中,采用了結構化設計的方法。

3.1 控制系統(tǒng)的主程序流程圖設計

根據(jù)要實現(xiàn)的功能及原理,系統(tǒng)的主程序流程如圖4 所示,當油溫滿足要求時,油泵一啟動,當油泵出現(xiàn)故障時或者管路壓力檢測到低于設定值時,油泵二自動投入運行,當檢測到出油溫度過高時,開冷卻器降溫。當回油溫度過高或者檢測到管路壓力過低時,系統(tǒng)報警。

圖4 系統(tǒng)的主程序流程圖

整個系統(tǒng)的啟動由油路的溫度檢測開始,啟動后油路壓力傳感器開始工作,油溫和油壓的檢測貫穿在系統(tǒng)運行的整個過程中。

設計好主程序流程圖后,可按照流程圖來設計潤滑系統(tǒng)的程序,這樣編程時就可以按照各個功能分塊來編寫。

3.2 程序的設計及說明

在進行軟件編程時,根據(jù)流程圖的設計,將整個系統(tǒng)的控制過程分成不同功能的模塊,編寫各個模塊子程序,在子程序中編寫具體的控制程序。本程序主要由油泵啟動程序、加熱器啟動程序、冷水閥工作程序以及故障綜合顯示程序組成,篇幅所限,僅對部分主要程序的重點予以說明。

油泵啟動程序主要通過轉換開關來設定各油泵的工作狀態(tài),啟動投入運行還是作為備自投,當油壓傳感器測量到油壓達設定壓力值以下時,兩個泵同時投入運行。

加熱器啟動程序設置了手動和自動兩種工作方式,選擇加熱器手動時,按下熱器啟動按鈕,加熱器啟動。當油溫傳感器測到出油溫度高于設定值時,加熱器停止運行。選擇自動時,若油溫低于設定值,加熱器自動投入運行,若系統(tǒng)檢測到出油溫度低于設定值,加熱器開始自動投入運行,當溫度加熱到設定值,加熱器自動停止。

冷水閥工作程序,當系統(tǒng)檢測到出油溫度高于設定值,冷水閥開始工作給油路降溫,當溫度降低到設定值以下時,冷水閥自動斷電停止工作。

故障綜合顯示程序,當檢測傳感器檢測到潤滑故障時,潤滑故障報警燈報警。在故障的判斷上,為避免啟動時誤報警的情況,低油壓和流量低采用延時輸出方式[2-3]。

4 結語

本文通過對潤滑系統(tǒng)的改造,說明了隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展,PLC 可編程邏輯控制器控制領域發(fā)揮著越來越重要的作用,隨著PLC 的網(wǎng)絡化應用,其在未來工業(yè)控制領域必然會獲得更加廣闊的發(fā)展空間,并將為現(xiàn)代化工業(yè)生產的自動化和能源管控提供強大的技術支持。在新系統(tǒng)投入運行的三年里,故障率低、穩(wěn)定性極高,保證了生產的安全穩(wěn)定運行,取得了不錯的效果。