基于PLC的電氣自動化技術在高壓水除鱗系統中的應用

石 勇

（廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東 韶關 512123）

高壓水除鱗系統有兩套高壓除鱗泵組，一備一用。在運行過程中高壓除磷泵組經常出現主機軸瓦溫度超溫，供水水壓波動劇烈，管路堵塞，閥門損壞等現象，導致兩套高壓除鱗泵組頻繁不正常的更換，甚至影響生產節奏需要停機下來檢修。我們通過認真分析查找原因，并制定相應的改造方案，經過改造，系統兩套高壓除鱗泵組運行穩定，故障率大大降低。

1 高壓水除鱗系統供水方式介紹

高壓水除鱗系統原來的供水方式由濁循環1，2號泵從冷水井抽水給高壓水除鱗泵房，然后經過除鱗泵組加壓供給生產使用。

原供給方式主要缺陷：①由于濁循環1，2號泵共用同一臺變頻器即一拖二的控制方式，在實際生產過程中，同時開1，2號泵容易導致電機跳閘，電機一跳閘，供水水壓迅速降低，連鎖反應導致高壓水除鱗泵組入口水壓降低超過限度，然后高壓水除鱗泵組電機自動保護跳閘，導致影響生產。因此，一但其中一臺泵組電機出現故障，無法順利切換，只有在系統停機狀態下才可以更換。②由于濁循環水質比較差，含有較多雜質而且供水距離較長，進入高壓除鱗泵組管路后，容易導致水壓不穩閥門易壞，管路堵塞，泵組電機跳閘、超溫等故障。

高壓水除鱗系統改造后新增抽水泵組從凈循環冷水井直接抽水供給高壓水，途中經過過濾器以及低壓水灌共同給高壓除鱗泵組供水。

改造后供水方式的優點：由于凈循環水是從水庫直接進來未經過生產循環的干凈的水，雜質少，而且凈循環旁邊即是高壓水泵房，供水距離大大縮短。新增加的抽水泵，使用0號、1號兩臺獨立的抽水泵抽水供給高壓水，其中一臺損壞，還可以直接啟用另外一臺水泵抽水供給高壓水，保證了高壓水供水的穩定。由于水質干凈，供水水壓穩定，改造后高壓水電機故障率大大降低，由高壓水系統故障導致的生產停產的現象大大減少。

2 新增水泵電機與控制系統硬件介紹

2.1 硬件構成

控制系統采用SIEMENS公司的自動化產品組成：電源模塊使用的是PS 307 5A(6ES7 307-1EAOO-OAAO);CPU使用的是CPU 315-2 DP(6ES7 315-2G1OOABO)；數字輸入模塊為6ES7 321-1BLOO-OAAO；數字輸出模塊為6ES7 322-1BLOO-OAAO；模擬量輸入模塊6ES7 331-7KF02-OABO作為管路流量和壓力檢測信號模擬量的AI；前連接器使用的是6ES7 392-1AJOOOAAO(20-Pin)；PROFIBUS連接器使用的是6ES7 972-OBA12-OXAO；BL20耦合器使用的是BL20-GW-PBDP-DPV1；總線電源模塊使用的是BL20-BR-24VDC-D；電機起動器使用的是BL20-RSO-240-3K。通訊處理器模塊為CP 343-1（6GK7 343-1EX11-OEXO），將S7－300PLC掛接到工業以太網上。實現數據與上位機的交換和系統的遠程監控。系統的硬件組態如圖1所示。

圖1 系統硬件組態

數字量輸入輸出模塊用于水泵的手動/自動，機旁/集中，工作/備用工作方式的切換，起動，停止和閥門的開/關，以及開/關到位指示等開關量信號的接收和輸出。PLC的編程軟件采用SIMATIC STEP7。監控軟件采用WinCC。

3 水泵控制系統的軟件設計

新增加的水泵（以下均以0號泵為例）采用Y315L2－4單向離心泵，功率為200KW，電機啟停控制采用奧托的QB52－250系列的軟啟動器。與水泵配套的出口閥門采用可逆電動閥，功率0.37KW，閥門控制啟停采用雙向電機啟動器 T-MSC-R-10-M7(24DC)。0號水泵自動化控制采用插空法利用原有PLC輸入輸出模塊剩余的I/O點來控制，符號表如下：

P0_Flt I 8.4 BOOL 0#泵過熱P0_CtrlPwr I 8.5 BOOL 0#泵控制電源合閘P0_SftFlt I 8.3 BOOL 0#泵軟起故障P0_Run I 8.2 BOOL 0#泵運行P0_Pwr I 8.0 BOOL 0#水泵電源合閘P0_FltShw Q 24.1 BOOL 0#水泵故障指示P0_Local I 36.0 BOOL 0#水泵機旁操作模式P0_Rmt I 36.1 BOOL 0#水泵集中操作模式P0_ST I 36.4 BOOL 0#水泵啟動P0_SftFShw Q 2.5 BOOL 0#水泵軟起故障指示P0_SP I 36.5 BOOL 0#水泵停止P0_RunQ Q 0.6 BOOL 0#水泵運行

3.1 OB1

組織塊OB1是主程序的循環塊，在執行時候要調用數據塊DB1以及FC等實現不同功能的功能塊，所以要增加一個0號泵，需要在OB1塊中增加對FC0的調用，從而實現對0號水泵的控制。

3.2 基本信號控制功能塊FC0

主要完成對增加的0號水泵的手動/自動，機旁/集中，工作/備用工作方式的切換，起動，停止，閥門的開/關，以及開/關到位指示等調節控制。共有5個網絡構成，其中Network1為通過FB100的調用完成0號泵自動，手動工作方式選擇，由此產生的數據記錄在數據快DB90中。Network2為通過FB100的調用完成0號泵工作方式和備用工作方式選擇，由此產生的數據記錄在數據快DB91中。Network3為對功能塊FC20的調用，用于泵和閥門的各種啟、停控制。Network4為0號泵和閥門的故障顯示輸出。Network5完成0號泵的運行時間累計，和清零功能，調用到DB12數據快。與FC0塊相關的程序結構如圖2所示。

圖2 程序結構

改造過程中對原有PLC程序邏輯缺陷進行了改進如圖3所示。

圖3隱患：當設備控制線路故障（如接觸器線圈斷線、控制電源未送電）時按下起動鍵，設備實際未起動，此時維修人員排除故障，設備將意外起動，存在安全隱患。

將圖3中運行狀態反饋信號后串接的“（P）”脈沖信號更換成起動指令的常閉觸點后，隱患排除。

圖3 改造過程中對原有PLC程序邏輯缺陷進改進圖

4 典型故障處理

（1）故障現象。在遠程啟動高水除磷泵時，出現跳閘并在畫面報警，控制柜里的斷路器也跳開，軟啟動器因失電沒有顯示故障代碼。

（2）故障原因分析。①啟動電機斷路器開關跳閘，是電流過大造成的。引起電流過大的原因有多方面。首先，負載過重會引起電流過大，檢查的步驟：先轉動泵與電機的聯軸器，若轉不動，可以判定過載或者負載機械部分有故障。再進一步判斷是泵機械部分還是電機機械部分問題。②三相異步電動機工作的時候，由三相交流電源在定子產生旋轉磁場，帶動轉子旋轉，完成電動機的啟動過程，如果缺少一相，定子就不能產生旋轉磁場，電動機就不能啟動。首先檢查電源是否有電壓，如果三相電壓平衡。需要拆開電機的接線蓋，檢查那接線端子的接觸及斷相情況。如都完好，先用絕緣膠布包扎放好。再送電空載操作啟泵，可判斷主回路及控制回路上的斷路器、接觸器、中間繼電器、軟啟動器、熱繼、熔斷器等元件的好壞狀態。③電機本身的故障，首先已經排除電機機械方面的卡阻，只有定子繞組的斷路、短路及轉子端環脫焊或部分轉子繞組的導條斷裂的可能。電阻法用電橋測量三相繞組的電阻，如三相電阻相差5%以上，電阻較大的一相為斷路相。因泵組電動機的接線法為三角接法，所以測量時須拆開中間的連接片，用萬用表初步測量時發現電機的V1與V2沒有通，U1、U2和W1、W2通，可確認電機的定子內部繞組斷路缺相是造成電機電流過大，無法啟動的原因。

（3）故障處理。對于電動機定組繞組斷路問題，可通過更進一步檢查確定故障點，然后重新進行繞組來修復。更換電機備件后，試車電機運轉正常。

5 結語

高壓水除磷系統是一個經典的自動化控制運用實例，通過PLC進行系統的軟、硬件設計、組態，實現了對水泵電機的自動化控制，改造后，高壓水系統的各種故障大為減少，誤產時間少，降低了員工的勞動強度，經濟效益顯著。

[1]西門子（中國）有限公司.SIEMENS STEP7 V5.1編程手冊［S］.

[2]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2005:234~277.