冷卻水控制系統改造方案設計研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠 桑 寧

冷卻水控制系統改造方案設計研究

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)，作為一種為工業控制設計的控制器，其設計和制造過程采用了多種抗干擾措施，從而實現系統能在惡劣的工業環境下正常工作。本文闡述了PLC在冷卻水控制系統改造方案中的應用，詳細敘述了型鋼廠小型軋鋼車間冷床區域冷卻水控制系統的具體設計方案和實現方法，改造滿足生產要求的良好應用效果及配電系統的安全運行要求。

PLC；編碼器；冷卻水控制系統改造；方案設計

0 前言

型鋼廠小型線矯直機調整系統2005年安裝調試完成。經過這幾年生產，為保證生產采取了許多權宜之法、圖紙與實物存在不符，設備情況也進一步劣化。面對嚴峻的市場形勢，型鋼廠小型線不斷進行產能挖潛攻堅，電氣設備的可靠運行已顯的越來越重要。小型線矯直機調整系統部分電氣設備因設備元件老化、故障率高、已不能與車間快速的生產節奏匹配，成為影響車間生產高效運行的一個設備隱患。因此，本文將PLC控制系統合理利用于冷卻水控制系統改造中，以達到小型線冷床區軋件冷卻系統安全穩定運行，提高設備精度的成效。

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，隨著計算機技術發展越來越快，PLC也具備了越來越強大的功能，其使用便捷性逐漸增強。整機可靠性是系統正常工作的前提條件，還需要在PLC設計過程和安裝過程采取一些手段，才能真正保障系統可靠性。在PLC工作的過程中，如遇工作環境惡劣的情況，例如出現溫度和濕度異常、震動和沖擊過強、電磁強干擾等情況時，整個控制系統的正常、安全和可靠運行會受到較大的影響。所以，在進行系統設計時，要充分考慮軟硬件的配置，進一步防范系統故障的發生。在企業的安全生產和正常運行過程中，PLC系統的抗干擾能力影響整個系統可靠性的關鍵。

2 PLC控制系統的可靠性設計

就電子控制系統而言，對其可靠性設計的目的是預測和預防系統所有可能發生的故障，并找到潛在的薄弱部分，通過一定的預防和設計改進措施，對隱患和薄弱部位進行有效改善，從而使系統達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中,系統的可靠性主要取決于與它的輸入、輸出端相連接,處于生產現場的輸入信號元件、輸出執行元件的可靠性。在提高PLC控制系統可靠性時，可采取一些措施：針對故障率高的元器件，可對其運行狀態進行監控并對其故障進行診斷，在對系統關鍵部分進行設計時，可進行冗余設計，這樣也能提升系統工作的可靠性。

2.1 設計故障檢測程序,提高系統工作可靠性

2.1.1 時間故障檢測法

在控制系統工作循環中，每一個工步的正常運作都有時間上的嚴格限定。在檢測工步動作之初，啟動定時器來對其工作狀態進行監測。對定時器的值進行設置，其時間設置為工步可能需花費的最長時間。假設動作完成的時間均在規定的允許范圍內，那么就可以通過發射信號使定時器初始化，這時，可表明監控對象處于正常運行狀態；否則，發出信號報警，使系統停止工作。

2.1.2 邏輯錯誤檢測法

當PLC控制系統處于正常工作狀態時，輸入信號、輸出信號以及中間記憶裝置這些因素之間的邏輯關系是確定的，一旦它們之間的邏輯關系發生不正常現象，就可以判定可能是系控制系統出現了故障。所以，可以通過前期編寫一些常見故障的異常狀態下的邏輯程序，將這些程序增添到用戶程序，當設備出現故障時，系統輸出故障信號,實現報警、停機等控制。

2.2 合理配置PLC及其硬件和軟件資源冗余

在對大型PLC系統或者對PLC系統關鍵部分進行設計時，可進行冗余設計，這樣也能提升系統工作的可靠性，從而保障系統運行可靠性。比如，在核電站、有毒有害的化工生產環境中,中央處理器的雙機熱備、雙機冷備冗余,這是比較常用的方式之一。除此之外,雙系統冗余即中央處理器和全部輸入/輸出、組網通信完全冗余,這些也是可采取的手段之一。在設計大型系統的時候,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 應用實例

本節闡述PLC控制系統在型鋼廠小型軋鋼車間冷床區域冷卻水控制系統中的應用案例。因小型軋鋼車間軋件定尺不同，在軋制短定尺時，需關閉部分噴嘴，以降低能源消耗，現無法保證供水壓力穩定，并且供水泵未采用變頻控制，無法實現恒壓供水；同時，水箱液位必須無法實現自動補水，經常出現缺水故障。

3.1 改造方案設計與實施

3.1.1 供水泵恒壓供水

在7#臺配電室安裝變頻柜，由變頻器控制供水泵運行；在供水管道上安裝壓力變送器，并將4-20mA反饋信號就近采集至冷鋸PLC系統中，經PLC將設定值和反饋值比較運算后，將頻率設定值發送給變頻器，以實現水泵恒壓供水。

圖1 型鋼廠小型軋鋼車間冷床區域冷卻水控制系統流程圖

3.1.2 水箱自動補水

在水箱內安裝投入式液位計，液位信號采集至冷鋸PLC系統中，根據液位變化，由PLC系統控制水箱補水管道上的電動球閥的開啟與關閉，已保證水箱水位控制在安全范圍之內。

3.1.3 將冷鋸PLC系統中的7#臺從站擴容

將冷鋸PLC系統中的7#臺從站擴容，新增模擬量輸入模塊1塊，模擬量輸出模塊1塊，開關量輸入輸出模塊1塊。同時在冷鋸監控畫面上新增供水泵監控畫面，以進行供水壓力設定及供水系統運行狀態監控。

3.2 改后效果

項目實施后，保證了小型線冷床區軋件冷卻系統安全穩定運行，提高設備精度。并且有效降低了職工勞動強度，預計效益顯著。

4 結束語

冷卻水自動控制系統改造后，實現了PLC自動控制，提高了系統的可靠性；維護簡單，運行穩定，運送效果良好，圓滿地完成了高效運行的控制要求，消除了設備隱患，經濟效益和社會效益顯著。

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