PLC在大型設(shè)備潤滑油站控制中的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)

1　引言  
　　
近年來，我國新建或改造的大中型水泥生產(chǎn)線基本采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制方式已由過去的儀表、繼電器或計(jì)算機(jī)單機(jī)小系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了整個(gè)生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)集中操作與分散控制，但目前國內(nèi)隨主機(jī)配套的潤滑油站電控產(chǎn)品，大多還停留在過去傳統(tǒng)的控制方式上，與當(dāng)前的生產(chǎn)管理方式和控制水平不相適應(yīng)。由于傳統(tǒng)方式控制柜均采用繼電器硬連線實(shí)現(xiàn)電控與聯(lián)鎖保護(hù)，存在著諸如可靠性低、聯(lián)鎖保護(hù)功能少及故障率高等許多問題；與計(jì)算機(jī)全線監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)聯(lián)鎖很少甚至沒有，影響了現(xiàn)場(chǎng)巡檢、中控集中操作管理；且在實(shí)際使用過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，使得傳統(tǒng)方式下的控制柜安裝與調(diào)試存在較大難度。針對(duì)這種情況，我們采用可編程控制器(PLC)對(duì)潤滑油站進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)開發(fā)了CPO-OSC(Cement Process Optinum Control-Oil Station Control)系列潤滑油站控制系統(tǒng)，并在山東魯碧及福建南平等水泥廠的生產(chǎn)線上使用，取得了較為滿意的應(yīng)用效果。  
　　
本文以山東魯碧建材有限公司日產(chǎn)1000t水泥熟料生產(chǎn)線上的大型設(shè)備潤滑油站電氣控制為例，介紹PLC在這些油站控制中的使用情況。  

2　潤滑油站系統(tǒng)的控制方案  
　　
魯碧建材有限公司水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模為日產(chǎn)熟料1000t，全線計(jì)算機(jī)監(jiān)控采用美國Honeywell公司的Micro TDC 3000集散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)，分為生料、燒成和煤磨三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，中控室集中操作管理。該生產(chǎn)線有五個(gè)大型設(shè)備潤滑油站：生料磨頭軸承、生料磨尾軸承、生料磨主減速機(jī)、生料磨主電機(jī)和高溫風(fēng)機(jī)潤滑油站。  

2.1　生料磨潤滑油站  
　　
生料磨采用Φ3.5m×10m中卸烘干磨系統(tǒng)，由唐山水泥機(jī)器廠制造，生產(chǎn)能力為75t/h，為保護(hù)磨機(jī)主軸承，在前后軸承各設(shè)置了一個(gè)潤滑油站，用強(qiáng)制循環(huán)給油方式進(jìn)行潤滑。每個(gè)供油站備有1臺(tái)高壓泵和2臺(tái)低壓泵，兩個(gè)潤滑油站由一套CPO-OSC系統(tǒng)控制。  

2.2　主減速機(jī)及主電機(jī)潤滑油站  
　　主減速機(jī)及主電機(jī)主要參數(shù)如下：  
　　主電機(jī)：型號(hào)YR1400-8，功率1400kW  
　　　　　　轉(zhuǎn)速742r/min  
　　　　　　電壓6000V，電壓頻率50Hz  
　　主減速機(jī)：型號(hào)JS110-B  
　　輸入轉(zhuǎn)速742r/min，輸出轉(zhuǎn)速16.9r/min，輸入功率1400kW，傳遞功率1400kW。  
　　為了保護(hù)主減速機(jī)及主電機(jī)的安全運(yùn)行，也設(shè)置了強(qiáng)制潤滑油站，各備有2臺(tái)低壓泵，兩個(gè)潤滑油站由一套CPO-OSC系統(tǒng)控制。  

2.3　高溫風(fēng)機(jī)潤滑油站  
　　高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)容量630kW，轉(zhuǎn)速1430r/min，配有：  
　　1)YDT63/15液力偶合器，傳遞功率350～650kW。  
　　2)進(jìn)風(fēng)口裝百葉閥門，配有電動(dòng)執(zhí)行器。  
　　3)高溫風(fēng)機(jī)軸承潤滑油站，配置兩臺(tái)油泵進(jìn)行強(qiáng)制潤滑。  
　　為了確保大型主機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性，我們采用以SIEMENS公司S7 PLC為主控器開發(fā)的CPO-OSC潤滑油站控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生料磨減速機(jī)及主電機(jī)潤滑油站、磨頭及磨尾軸承潤滑油站及高溫風(fēng)機(jī)潤滑油站的電氣控制及聯(lián)鎖保護(hù)。  
　　
因生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件差，電噪音干擾大，系統(tǒng)的輸入輸出模塊均采用高電壓等級(jí)模板，以避免干擾信號(hào)而產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成系統(tǒng)損壞。  
　　
為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便于中控室的監(jiān)控及管理，我們將潤滑油站控制系統(tǒng)與其他優(yōu)化控制系統(tǒng)(生料質(zhì)量控制系統(tǒng)、窯優(yōu)化控制系統(tǒng))聯(lián)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。   
  
圖1　通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖  

3　控制系統(tǒng)的組成及功能  

3.1　潤滑油站提供給TDC3000的信號(hào)  
　　1)備妥信號(hào)  
　　2)允許啟動(dòng)信號(hào)  
　　3)聯(lián)鎖停車信號(hào)  

3.2　TDC3000提供給潤滑油站的信號(hào)  
　　啟/停信號(hào)  

3.3　信號(hào)的處理  

3.3.1　備妥信號(hào)  
　　包括以下內(nèi)容：  
　　1)“集中/機(jī)旁”控制方式中選擇開關(guān)置于“集中”位置；  
　　2)總電源空氣開關(guān)的輔助接點(diǎn)閉合；  
　　3)控制電源空氣開關(guān)的輔助接點(diǎn)閉合；  
　　4)油泵主回路空氣開關(guān)的輔助接點(diǎn)閉合。  

3.3.2　允許啟動(dòng)信號(hào)  
　　“允許啟動(dòng)信號(hào)”應(yīng)由以下幾個(gè)條件組成：  
　　1)高壓壓力建立并達(dá)到整定值；  
　　2)低壓壓力建立并達(dá)到整定值；  
　　3)油溫不低于下限；  
　　4)油流不低于下限；  
　　5)油位不低于下限。  

3.3.3　聯(lián)鎖停車信號(hào)  
　　
在一般的油站控制系統(tǒng)中，聯(lián)鎖停車信號(hào)是根據(jù)運(yùn)行時(shí)“壓力低”建立的。由于在本控制系統(tǒng)中采用了功能強(qiáng)、靈活性大的PLC，因此，我們也將大型設(shè)備的保護(hù)功能編制到系統(tǒng)中。如在減速機(jī)油站系統(tǒng)中，我們將減速機(jī)溫度的上限報(bào)警信號(hào)引入聯(lián)鎖停車中；在磨機(jī)主軸承及高溫風(fēng)機(jī)油站中，將軸承溫度上限報(bào)警信號(hào)引入聯(lián)鎖停車中?？紤]到油壓波動(dòng)情況以及溫度檢測(cè)出現(xiàn)瞬時(shí)干擾，對(duì)于跳閘信號(hào)，我們對(duì)其加以10s延時(shí)后再送出。  

3.3.4　備泵控制  
　　
低壓備用泵的自動(dòng)投運(yùn)，一般是利用壓力信號(hào)來處理的，包括備泵起動(dòng)壓力信號(hào)及備泵停止壓力信號(hào)，當(dāng)油壓低于備泵起動(dòng)壓力值時(shí)，啟動(dòng)備泵；當(dāng)油壓高于備泵停止壓力值時(shí)，關(guān)閉備泵。  
3.4　其他要點(diǎn)  
　　
潤滑油站在集中方式下的啟動(dòng)及停車，應(yīng)完全由中控人員決定。在正常情況下，潤滑油站只能順從地為主機(jī)服務(wù)，而不對(duì)上級(jí)控制有制約條件，如主機(jī)停車后潤滑油站自動(dòng)停車。  
　　
由于DCS系統(tǒng)的SSR輸出模板普遍存在漏電流過大，致使信號(hào)關(guān)斷時(shí)仍存在電壓(在Micro TDC3000及N-90等系統(tǒng)中均存在)，因此，由TDC 3000系統(tǒng)發(fā)送的油站啟停信號(hào)都采用中間繼電器加以隔離。  

3.5　通訊網(wǎng)絡(luò)  
　　
在一般的應(yīng)用情況下，可單獨(dú)使用CPO-OSC系列潤滑油站控制系統(tǒng)，但CPO-OSC控制系統(tǒng)具備良好的開放性及網(wǎng)絡(luò)功能，可根據(jù)用戶的實(shí)際需求，聯(lián)成不同形式的通訊網(wǎng)絡(luò)。在魯碧公司，我們建立了一條包括8個(gè)站點(diǎn)的MPI控制網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)油站信號(hào)參數(shù)引入中控室的上位監(jiān)控系統(tǒng)。  
　　多點(diǎn)接口MPI是一個(gè)集成在SIMATIC S7-300 CPU內(nèi)的通訊接口，MPI能同時(shí)連接如下站點(diǎn)：  
　　1)IBM PC兼容機(jī)；  
　　2)編程器(PG)；  
　　3)操作員界面(HMI)；  
　　4)S7-300、M7-300；  
　　5)S7-400、M7-400。  
　　連網(wǎng)的CPU可利用“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”服務(wù)，周期性地相互交換數(shù)據(jù)。它最多可連接32個(gè)MPI站，其傳輸速度為187.5bps，且其相鄰的MPI站點(diǎn)的距離最大可為9100m，(使用10個(gè)中繼器)。  
　　在使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)：通訊電纜的敷設(shè)應(yīng)引起重視，若通訊電纜與高壓電纜敷設(shè)在一起，會(huì)出現(xiàn)干擾，引起通訊錯(cuò)誤，因此通訊電纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，以提高系統(tǒng)的可靠性。  

4　上位監(jiān)控系統(tǒng)  
　　
上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用PC總線工控機(jī)，配置SIMATICMPI通訊網(wǎng)卡，采用WINDOWS中文操作系統(tǒng)，通訊波特率為1.5Mbps。通過數(shù)據(jù)通訊對(duì)各油站數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，以便操作員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)進(jìn)行處理。  
　　在MPI網(wǎng)絡(luò)中，配置有兩臺(tái)操作員站，分別運(yùn)行生料磨優(yōu)化系統(tǒng)(CPO-QCS)及窯優(yōu)化系統(tǒng)(CPO-KOS)。  
　　潤滑油站監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行于生料磨優(yōu)化操作站上，其監(jiān)控畫面示于圖2。  

5　工程師工作站  
　　
為便于今后系統(tǒng)維護(hù)及監(jiān)控，如對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制柜中的程序進(jìn)行修改、下裝等工作，我們利用魯碧公司原有的一臺(tái)聯(lián)想Pentinum166MHz商用機(jī)，配置CP5411通訊卡，聯(lián)入MPI網(wǎng)，成為一個(gè)在線工程師工作站，工程師站采用Windows95操作系統(tǒng)，安裝STEP7軟件包。  
　　STEP7是用于S7系列PLC編程的應(yīng)用軟件包，包括：  
　　1)SIMATIC管理器；  
　　2)符號(hào)編輯器，用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型等；  
　　3)硬件組態(tài)，用于為自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)和各模板參數(shù)設(shè)置；  
　　4)通訊，用于定義MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸；  
　　5)程序編輯器。  
　　允許使用梯形邏輯圖(LAD)、語句表(STL)和功能塊(FBD)任何一種來編寫程序，并進(jìn)行在線調(diào)試及監(jiān)控。   
  
圖2　油站監(jiān)控畫面  

6　結(jié)語  
　　
通過在幾條水泥生產(chǎn)線上采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)潤滑油站控制的實(shí)踐證明，利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備潤滑油站的控制已成為一種必然趨勢(shì)，它與以往的繼電器控制柜相比，可靠性及擴(kuò)展性有了很大的提高，取得了較好的應(yīng)用效果。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，例如柜體設(shè)計(jì)時(shí)沒有后開門，導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試儀表時(shí)發(fā)生困難。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)儀表的油流、油位及壓差信號(hào)不準(zhǔn)確，因此在具體實(shí)施時(shí)，未將這些信號(hào)考慮進(jìn)去，避免因允許啟動(dòng)信號(hào)難以建立而延誤投料時(shí)間。因魯碧公司現(xiàn)場(chǎng)油站所用的電接點(diǎn)壓力表損壞較多，我們只根據(jù)壓力正常信號(hào)來啟停備用泵，若壓力未達(dá)到整定值，則啟動(dòng)備用泵；若壓力達(dá)到整定值，則停止備用泵。采用這種控制方式，若在運(yùn)行時(shí)，工作泵體損壞，則會(huì)出現(xiàn)備用泵頻繁開停車的振蕩現(xiàn)象，極易損壞泵體和電機(jī)。因此，擬在今后的控制系統(tǒng)中做如下改進(jìn)：若“驅(qū)動(dòng)信號(hào)”已發(fā)送，選定“工作”泵已工作，在指定時(shí)間內(nèi)，例如20s，若壓力仍不能建立，則“備用”泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為主泵投入運(yùn)行，原“工作”泵轉(zhuǎn)為備用。