唐 磊

(云南中寮礦業(yè)開發(fā)投資有限公司，云南 昆明 650401)

我國(guó)是鉀肥消耗大國(guó)，但鉀資源又嚴(yán)重短缺。加快老撾萬象平原鉀鎂礦開采利用，形成海外鉀資源基地，對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)、保障糧食安全、促進(jìn)中老經(jīng)濟(jì)發(fā)展有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

鉀鹽礦加工工藝相對(duì)來說并不復(fù)雜，但對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求較高，如設(shè)備的耐腐蝕性、可靠性、安全性等都有較高要求。為保證工藝的連續(xù)性和裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，就必須對(duì)某些重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行技改升級(jí)。

1 鉀鹽公司離心機(jī)電控流程

中寮礦業(yè)鉀鹽公司位于老撾萬象平原，主要從事鉀鹽礦開采加工。光鹵石礦經(jīng)破碎后，加入含浮選劑的母液溶解，經(jīng)浮選機(jī)選出含氯化鉀的原漿液。 原漿液通過帶式過濾機(jī)過濾，送入離心機(jī)甩出大部分水分，然后由輸送帶送入干燥窯烘干，直至包裝成成品。

離心機(jī)機(jī)組主要由液壓站、離心機(jī)主機(jī)、成套電控組成。液壓站提供各工序電磁閥所需動(dòng)力，如進(jìn)料、反沖洗、虹吸、洗滌、撇液、卸料。離心機(jī)主機(jī)由一臺(tái) 90 kW 電機(jī)拖動(dòng)，臺(tái)達(dá)VFD-B 90 kW 變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)。離心機(jī)主軸上的編碼器測(cè)速，通過西門子S7-200PLC處理，顯示在西門子TD400C文本顯示器上。西門子S7-200PLC控制各部件動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)操作柜上的西門子TD400C文本顯示器和PLC使用的是RS485通訊。文本顯示器可以實(shí)時(shí)顯示各部件動(dòng)作工況、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、離心機(jī)振動(dòng)、軸承溫度等參數(shù)。工藝流程如圖1。

圖1 離心機(jī)工作流程圖

2 離心機(jī)工作過程中存在的問題

離心機(jī)負(fù)載必須均勻，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的最大量及最高轉(zhuǎn)速不能超離心機(jī)額定值。離心機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 1200 r/min。受設(shè)計(jì)的彈性基礎(chǔ)限制，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速限制在 500 r/min～1200 r/min 范圍內(nèi)，避免發(fā)生強(qiáng)度破壞。整個(gè)工序離心機(jī)都工作在全速，沒有對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行速度定義，這樣會(huì)存在以下問題：

氯化鉀物料脫水經(jīng)離心機(jī)幾個(gè)循環(huán)后，會(huì)在離心力作用下形成堅(jiān)實(shí)的氯化鉀殘留層，濾布因此堵塞。這時(shí)，母液脫水需很長(zhǎng)時(shí)間，有時(shí)甚至?xí)兊脽o法進(jìn)行離心分離。這樣，必須停機(jī)人工清理，耗時(shí)費(fèi)力。如在氯化鉀形成堅(jiān)實(shí)殘留層前增加反沖洗時(shí)間，就可避免這種情況。這樣在不停止離心機(jī)循環(huán)的情況下，保證了離心機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行。反沖洗工序全速運(yùn)行，濾布清洗效果不佳，雖然更換濾布的頻率有所下降，但仍然影響長(zhǎng)周期運(yùn)行。反之，反沖洗工序低速運(yùn)行，濾布得到充分浸潤(rùn)，殘留氯化鉀料層充分溶解在清洗水中，清洗效果好，濾布得以再生。

如果進(jìn)料時(shí)全速運(yùn)行，物料進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，受沖擊，電流、振動(dòng)增大，易引起變頻器過流跳閘或機(jī)組振動(dòng)值超預(yù)設(shè)值而停機(jī)。如增大變頻器過流保護(hù)設(shè)定值，離心機(jī)振動(dòng)保護(hù)設(shè)定值又起不到保護(hù)機(jī)組的作用。

如果洗滌工序全速運(yùn)行，氯化鉀在離心力作用下變得緊密，洗滌液不易滲透氯化鉀料層，氯化鉀中的雜質(zhì)不容易被洗滌出，產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。且料層緊密后，滲水能力變差，洗滌液排出不及時(shí)，導(dǎo)致變頻器過流跳閘或設(shè)備振動(dòng)加大。低速時(shí)洗滌液充分浸濕料層且易滲透料層，帶走鐵銹等雜質(zhì)，氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量提高，離心機(jī)振動(dòng)減小。

如果卸料工序全速運(yùn)行，刮刀、軸承磨損嚴(yán)重，機(jī)組振動(dòng)大，甚至有時(shí)因刮料阻力大，刮刀斷裂，損傷轉(zhuǎn)鼓和過濾布，造成事故。低速時(shí)刮刀使用壽命大大增加，軸承、刮刀、過濾布更換頻率下降，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小，不會(huì)因振動(dòng)值超限引起停機(jī)。

3 解決方法

在部分生產(chǎn)機(jī)械控制中，不同的工藝段常常需要不同的轉(zhuǎn)速，為此變頻器可預(yù)先設(shè)置多種運(yùn)行頻率，以滿足生產(chǎn)工藝的需要。這種控制功能稱多段速運(yùn)行功能。市面上所有變頻器都有多段速運(yùn)行的功能，且基本上都是通過多功能端口的通斷組合來進(jìn)行多段速運(yùn)行的控制。變頻器進(jìn)行多段速運(yùn)行必須對(duì)多功能端口進(jìn)行多段速運(yùn)行設(shè)置，對(duì)每段頻率進(jìn)行設(shè)置。部分變頻器還可以對(duì)每段的加減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。如三個(gè)多功能端口，外接三個(gè)開關(guān)，開關(guān)通斷用0、1表示。三個(gè)開關(guān)的通斷組合可以組成8個(gè)組合，也就是可以定義8個(gè)段的速度。這種控制方式需要外接外電路，并且需要編制PLC程序控制外電路開關(guān)的動(dòng)作。如果外電路動(dòng)作不可靠或出現(xiàn)故障，變頻器容易出現(xiàn)失速，造成事故或產(chǎn)生廢品。多段速運(yùn)行時(shí)，一個(gè)段速運(yùn)行結(jié)束，變頻器要將頻率降為0后再升高頻率到另一段速，轉(zhuǎn)速不能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。變頻器內(nèi)置程序運(yùn)行功能無需變頻器外接控制電路就可以完成多段速的單循環(huán)或連續(xù)循環(huán)運(yùn)行，可以取代復(fù)雜的繼電器控制線路和PLC控制電路。通過變頻器預(yù)設(shè)置，使變頻器按照既定的程序進(jìn)行多段速運(yùn)行，有時(shí)也叫簡(jiǎn)易PLC功能[2]。程序自動(dòng)運(yùn)行多段速控制功能相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：內(nèi)置程序控制多段速自動(dòng)運(yùn)行設(shè)置有效、自動(dòng)運(yùn)行的段數(shù)、每段運(yùn)行的頻率、每段運(yùn)行的方向、每段運(yùn)行的加減速時(shí)間、每段運(yùn)行時(shí)間、自動(dòng)運(yùn)行模式選擇(循環(huán)周期)。每個(gè)參數(shù)都必須設(shè)置正確，多段速功能才生效。

應(yīng)用變頻器多段速控制功能，設(shè)置不同工序使用不同的轉(zhuǎn)速來達(dá)到滿足工藝的要求。啟動(dòng)離心機(jī)，速度升至反沖洗速 600 r/min，編碼器測(cè)速并通過PLC運(yùn)算輸出控制反沖洗電磁閥動(dòng)作，反沖洗工序工作。反沖洗速運(yùn)行時(shí)間到，PLC控制反沖洗電磁閥關(guān)閉，變頻器升速至加料工序速度 900 r/min，編碼器測(cè)得加料速度。此速度與程序設(shè)定速度比較后，PLC控制進(jìn)料電磁閥動(dòng)作，進(jìn)料工序工作。進(jìn)料時(shí)間到，關(guān)閉進(jìn)料電磁閥，等待一段時(shí)間后再次開啟進(jìn)料電磁閥進(jìn)料。進(jìn)料兩次，關(guān)閉進(jìn)料電磁閥，離心機(jī)升速至脫水分離速度 1200 r/min，料漿在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)脫水分離。脫水分離時(shí)間到，離心機(jī)降速至清洗速度 900 r/min，清洗電磁閥打開清洗物料，清洗時(shí)間到，關(guān)閉清洗電磁閥，再次升速至脫水分離速 1200 r/min，甩干物料。脫水分離工序完成后，減速至卸料工序速度 750 r/min，卸料電磁閥動(dòng)作，刮刀進(jìn)給卸料。卸料時(shí)間到達(dá)，關(guān)閉卸料電磁閥，刮刀退回，減速至反沖洗速度 600 r/min，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。流程圖、時(shí)序圖如圖2、圖3。

圖2 改進(jìn)后的離心機(jī)流程圖

圖3 改進(jìn)后的離心機(jī)工作時(shí)序圖(各段速升降速時(shí)間按 300 s 設(shè)置)

PLC順序控制功能是指在生產(chǎn)過程中，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照生產(chǎn)工藝中預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作順序以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，一步一步進(jìn)行的自動(dòng)有序的過程[1]。所謂的步進(jìn)式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步的得電，必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)換主令信號(hào)已發(fā)出為條件。前一步動(dòng)作未完成，后一步動(dòng)作無法進(jìn)行，不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作順序錯(cuò)亂。

使用S7-200 PLC順序控制功能指令編程，PLC通用程序段如圖4。

圖4 離心機(jī)PLC程序

SCR指令為各工序的開始。編碼器測(cè)速，通過高速計(jì)數(shù)模塊轉(zhuǎn)換成電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，與程序設(shè)定轉(zhuǎn)速比較。速度相等時(shí)，比較指令為1，計(jì)時(shí)器輸入IN使能，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，且相對(duì)應(yīng)工序的電磁閥PLC內(nèi)部繼電器Q動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)外部電磁閥工作。工序設(shè)定時(shí)間到，計(jì)時(shí)器常開接點(diǎn)接通指令SCRT，復(fù)位計(jì)時(shí)器、輸出繼電器Q，工序停止執(zhí)行并跳轉(zhuǎn)下一工序執(zhí)行。SCRE為本工序結(jié)束指令。如反沖洗工序，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 600 r/min，比較指令輸出為1，反沖洗計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，反沖洗電磁閥動(dòng)作，反沖洗工序開始工作。反沖洗時(shí)間到，計(jì)時(shí)器接點(diǎn)T閉合，SCRT指令執(zhí)行，停止反沖洗工序復(fù)位反沖洗計(jì)時(shí)器，程序跳轉(zhuǎn)到加料工序程序段。這樣依次執(zhí)行各工序程序段，直到一個(gè)循環(huán)結(jié)束后又返回第二個(gè)循環(huán)。

4 應(yīng)用后的效果

離心機(jī)電控經(jīng)改進(jìn)，氯化鉀含水率大大降低，節(jié)約了下一道烘干工序所需用煤量；刮刀、軸承檢修更換頻率降低(原控制工藝下，刮刀、過濾布2～3 d 需要打磨更換，軸承4～5 d 需加潤(rùn)滑脂一次)；離心機(jī)正常運(yùn)行時(shí)間增加，氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；勞動(dòng)強(qiáng)度降低，設(shè)備利用率增加。