冉祥濤

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

潤(rùn)滑系統(tǒng)在有色冶煉的生產(chǎn)中占有十分重要的位置,其設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修保養(yǎng),對(duì)于提高設(shè)備的使用壽命和保障生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行有重要的作用。生產(chǎn)中很多機(jī)械設(shè)備以及高壓電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中,基本采用集中潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑和降溫。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)是一個(gè)或者兩個(gè)油液壓油泵提供一定排量、一定壓力的潤(rùn)滑油,為系統(tǒng)中需要高速或低速旋轉(zhuǎn)的齒輪箱供油,由分流器將油按所需油量分配到各潤(rùn)滑點(diǎn),同時(shí)帶走旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的大部分熱量,以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑并降溫的目的。

某工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)某機(jī)械設(shè)備所在廠房環(huán)境一般,散熱量較大,加上項(xiàng)目所處地理位置常年高溫干燥,需要工作穩(wěn)定的潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行降溫和潤(rùn)滑。早期的設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)的繼電器、接觸器潤(rùn)滑系統(tǒng),故障率高、穩(wěn)定性差。經(jīng)過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的改造,利用PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)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(chǎn)效率。

1 潤(rùn)滑系統(tǒng)的構(gòu)造及其工作原理

1.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)的構(gòu)造

改造前的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)于20 世紀(jì)90 年代,系統(tǒng)全部采用工業(yè)繼電器來(lái)控制。整個(gè)系統(tǒng)由兩臺(tái)油泵電機(jī)和一臺(tái)加熱器組成,還有配套的冷卻水降溫系統(tǒng)。兩臺(tái)油泵中其中一臺(tái)為備用機(jī),當(dāng)工作的一臺(tái)發(fā)生故障時(shí),備用機(jī)會(huì)自動(dòng)投入工作。因?yàn)闈?rùn)滑中潤(rùn)滑油的粘稠度跟溫度有關(guān),所以在溫度低的情況時(shí)不能直接開潤(rùn)滑泵潤(rùn)滑,需通過(guò)加熱器給潤(rùn)滑油加熱后,才能開潤(rùn)滑泵。同樣,在潤(rùn)滑過(guò)程中,油溫也不能過(guò)高,過(guò)高會(huì)影響對(duì)工作機(jī)械的降溫,所以當(dāng)油溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)開冷卻閥利用冷卻水給潤(rùn)滑油降溫,從而保證整個(gè)系統(tǒng)工作在一個(gè)設(shè)定的安全溫度范圍內(nèi)。整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要工作原理如圖1、圖2 所示。

1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作原理

由圖1 可知,油泵的啟動(dòng)分為三種情況,一是開一泵備二泵,二是手動(dòng),三是開二泵備一泵,開一備二和開二備一都屬于自動(dòng)狀態(tài),此處說(shuō)的自動(dòng)不是自動(dòng)啟動(dòng),而是當(dāng)開一個(gè)泵的時(shí)候,如果這個(gè)泵出現(xiàn)故障跳閘則另一個(gè)備用泵自動(dòng)啟動(dòng)。手動(dòng)狀態(tài)則簡(jiǎn)單,是手動(dòng)來(lái)控制開油泵一或油泵二。

圖1 潤(rùn)滑系統(tǒng)控制原理圖

由圖2 可知,當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)開始工作后,若油溫低于10 ℃時(shí),油泵不能啟動(dòng)。當(dāng)油溫大于10 ℃小于20 ℃時(shí),雖油泵可以正常啟動(dòng),但粘稠度達(dá)不到要求,潤(rùn)滑時(shí)的流量就會(huì)偏低,所以當(dāng)油溫小于20 ℃時(shí),要求加熱器工作,開始對(duì)潤(rùn)滑油加熱。當(dāng)潤(rùn)滑油溫度加熱到35 ℃時(shí),加熱器自鎖打開,加熱結(jié)束。當(dāng)出口油溫過(guò)高時(shí),此時(shí)如果繼續(xù)潤(rùn)滑,則不能很好地給傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪箱降溫,時(shí)間長(zhǎng)會(huì)造成齒輪等傳動(dòng)設(shè)備的損害,所以當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值50 ℃的時(shí)候,冷卻水閥門打開,利用冷卻水對(duì)油路進(jìn)行降溫,隨著溫度的下降,當(dāng)溫度降低到設(shè)定值35 ℃以下時(shí),冷卻水閥門自動(dòng)停止,冷卻結(jié)束。

圖2 潤(rùn)滑系統(tǒng)中加熱器冷水閥及高低溫報(bào)警控制原理圖

系統(tǒng)除了檢測(cè)油溫油壓保持正常工作之外,還有溫度高低值的報(bào)警功能,當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到油溫達(dá)到報(bào)警的限制時(shí),系統(tǒng)通過(guò)報(bào)警燈和電笛進(jìn)行報(bào)警,同時(shí)還設(shè)置了報(bào)警復(fù)位功能。

2 基于PLC 的潤(rùn)滑系統(tǒng)的硬件選擇及原理圖設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的硬件選擇

由于改造前潤(rùn)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(chǎn)的S7-200 系列PLC 來(lái)代替實(shí)現(xiàn)潤(rùn)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(yùn)用于各個(gè)行業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 系列PLC 雖然屬于一種小型的控制器,但其功能強(qiáng)大,無(wú)論獨(dú)立運(yùn)行,還是通過(guò)組網(wǎng)的方式,都能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制功能。S7-200 系列PLC 集成24 個(gè)輸入點(diǎn),16 個(gè)輸出點(diǎn),共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。最大可連接7 個(gè)擴(kuò)展模塊,通過(guò)連接擴(kuò)展模塊,可將I/O 點(diǎn)數(shù)最大擴(kuò)展至248 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35 路模擬量I/O 點(diǎn)。S7-200 系列PLC 標(biāo)配13 K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,擁有6 個(gè)獨(dú)立的30 kHz 高速計(jì)數(shù)器,2 路獨(dú)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(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)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(shí)更換。所以對(duì)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)適用 S7 -200 系列PLC[1,4-5]。

對(duì)于該潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)說(shuō),S7-200 系列PLC 足以完成所有需要的任務(wù)和要求,并且接線簡(jiǎn)潔方便、性能可靠穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)

PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要最大限度地滿足被控對(duì)象的功能要求,還要保證長(zhǎng)期運(yùn)行中安全、可靠、穩(wěn)定,根據(jù)潤(rùn)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(shè)計(jì)如圖3 所示。在硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中,考慮全面要實(shí)現(xiàn)的各種功能,對(duì)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(yīng)傳感器檢測(cè)輸入。

圖3 PLC 集中潤(rùn)滑控制系統(tǒng)硬件圖

3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明

利用S7-200 可編程控制器的專用編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì),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(jìn)行軟件編程。流程圖根據(jù)潤(rùn)滑系統(tǒng)控制的工作流程設(shè)計(jì),在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中,采用了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的方法。

3.1 控制系統(tǒng)的主程序流程圖設(shè)計(jì)

根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能及原理,系統(tǒng)的主程序流程如圖4 所示,當(dāng)油溫滿足要求時(shí),油泵一啟動(dòng),當(dāng)油泵出現(xiàn)故障時(shí)或者管路壓力檢測(cè)到低于設(shè)定值時(shí),油泵二自動(dòng)投入運(yùn)行,當(dāng)檢測(cè)到出油溫度過(guò)高時(shí),開冷卻器降溫。當(dāng)回油溫度過(guò)高或者檢測(cè)到管路壓力過(guò)低時(shí),系統(tǒng)報(bào)警。

圖4 系統(tǒng)的主程序流程圖

整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)由油路的溫度檢測(cè)開始,啟動(dòng)后油路壓力傳感器開始工作,油溫和油壓的檢測(cè)貫穿在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中。

設(shè)計(jì)好主程序流程圖后,可按照流程圖來(lái)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的程序,這樣編程時(shí)就可以按照各個(gè)功能分塊來(lái)編寫。

3.2 程序的設(shè)計(jì)及說(shuō)明

在進(jìn)行軟件編程時(shí),根據(jù)流程圖的設(shè)計(jì),將整個(gè)系統(tǒng)的控制過(guò)程分成不同功能的模塊,編寫各個(gè)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(dòng)程序、加熱器啟動(dòng)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(duì)部分主要程序的重點(diǎn)予以說(shuō)明。

油泵啟動(dòng)程序主要通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)設(shè)定各油泵的工作狀態(tài),啟動(dòng)投入運(yùn)行還是作為備自投,當(dāng)油壓傳感器測(cè)量到油壓達(dá)設(shè)定壓力值以下時(shí),兩個(gè)泵同時(shí)投入運(yùn)行。

加熱器啟動(dòng)程序設(shè)置了手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式,選擇加熱器手動(dòng)時(shí),按下熱器啟動(dòng)按鈕,加熱器啟動(dòng)。當(dāng)油溫傳感器測(cè)到出油溫度高于設(shè)定值時(shí),加熱器停止運(yùn)行。選擇自動(dòng)時(shí),若油溫低于設(shè)定值,加熱器自動(dòng)投入運(yùn)行,若系統(tǒng)檢測(cè)到出油溫度低于設(shè)定值,加熱器開始自動(dòng)投入運(yùn)行,當(dāng)溫度加熱到設(shè)定值,加熱器自動(dòng)停止。

冷水閥工作程序,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到出油溫度高于設(shè)定值,冷水閥開始工作給油路降溫,當(dāng)溫度降低到設(shè)定值以下時(shí),冷水閥自動(dòng)斷電停止工作。

故障綜合顯示程序,當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到潤(rùn)滑故障時(shí),潤(rùn)滑故障報(bào)警燈報(bào)警。在故障的判斷上,為避免啟動(dòng)時(shí)誤報(bào)警的情況,低油壓和流量低采用延時(shí)輸出方式[2-3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造,說(shuō)明了隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展,PLC 可編程邏輯控制器控制領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,隨著PLC 的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用,其在未來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域必然會(huì)獲得更加廣闊的發(fā)展空間,并將為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和能源管控提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。在新系統(tǒng)投入運(yùn)行的三年里,故障率低、穩(wěn)定性極高,保證了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,取得了不錯(cuò)的效果。