離心機的自動化程序控制及應用
1 引言
離心機廣泛應用于石油、化工、冶金、醫藥、食品、輕工等部門,一般是工藝流程中的后處理設備或成品環節,對其的應用和控制直接關系到最終產品的產量和質量。離心機屬于起動慣量大、加減速頻繁、周期運行的設備。離心機的工藝流程通常都可分為進料、分離、出料、洗滌等幾個主要步驟。而根據生產工藝及物料的特性,要求能夠隨時更改離心機的進料、分離、洗滌等步驟的次數、時間以及其他各種時間參數。因此,離心機電氣控制系統應具備以下功能:控制機器程序動作,包括開機、關機、報警自停,故障診斷等;具備人機對話功能,能夠設置和顯示工藝參數,并根據工藝的要求在人機界面上,修改參數;系統中PLC、人機界面進行網絡通信,使系統操作、運行更為簡捷,可靠。
2 離心機控制要求
本離心機系統的控制方式分為:手動步進、單循環、全自動等三種方式。手動步進,單循環是在調試、故障恢復或者其它試車情況下使用,正常生產時使用全自動循環方式。料液分次經進料管(閥)進入離心機轉鼓,在高速旋轉產生的離心力作用下,固相顆粒分離沉積在轉鼓內壁上,再由螺旋刮刀卸料,卸料后對轉鼓進行洗滌準備下一循環,從而實現了離心機對物料的連續分離過程。
整個流程情況及控制過程要求既能由現場操作臺控制,又能在總控制室中進行遠距離監控操作。
3 監控系統硬件配置
本離心機控制系統根據工藝和設備管理要求,由就地控制室(現場操作臺和控制柜)及總控室上位機兩部分組成。就地控制室在離心機現場,其中現場操作屏安裝有所用的操作按鈕、指示燈、蜂鳴器、轉速顯示和主電機電流顯示儀表等元件設備;控制柜內裝有可編程控制器(PLC)、交流變頻器、程控穩流穩壓電源、直流電源、繼電器、信號隔離轉換器等。總控制室上位機與就地控制室間由通訊電纜聯接。
根據設計要求,綜合設備的先進性,可靠性和成本因素,硬件采用如下配置:
(1)PLC采用西門子公司S7-300系列產品。
中央處理單元為CPU315-2DP,帶有DP口和MPI接口;底板上配有數字量的輸入、輸出模塊,用來采集柜內和現場的各類開關量信號;底板上同時也配有處理模擬量信號的模數和數模轉換模塊,裝在現場的各類變速器采集模擬信號如氮氣壓力、離心機振動幅度、離心機轉速測量反饋,前后軸溫度等信號輸入模數模塊,經過換算,在人機界面上實時顯示。數模模塊用于根據生產要求,實時修改離心機的運行速度。
(2)監控系統選用一臺研華工控機作為操作界面,監控軟件為WINCC6.0。
WinCC(WindowsControlCenter,窗口控制中心)是西門子公司(SIMENS)實現PLC與上位機之間的通訊及上位機監控畫面的制作的組態軟件,可與SIMATIC產品實現無縫連接,界面友好,功能強大,結合Windows圖形設計程序,能很方便地生成人機界面,實現控制界面設計、硬件組態、變量管理、標簽歸擋、報警歸擋、打印歸擋與用戶管理等功能,并可使監控畫面根據現場實際情況動態顯示,建立完整的過程監控解決方案。
本系統采用的PLC是S7-300系列,通信模板是CP5611MPl,上位機與PLC用MPI電纜連接,采用MPI協議,上位工控機與下位PLC成功實現通信,用戶可以通過WINCC操作和監控界面進行設備的啟動、停止,故障查詢,歸檔數據的查詢,各類工藝參數的修改等。
利用winCC作為監控軟件,不但可以簡化上位機與PLC的通訊,方便地讀取來自于PLC的數據及向PLC傳送數據,而且很容易配置形象、逼真的監控畫面,也利于保證程序運行的安全性。
(3)變頻器采用三菱公司的系列產品。
離心機為恒轉矩大慣性負載,采用變頻控制實現電機的軟啟動既可減少對電網的沖擊,也減少機械沖擊而延長設備壽命,還可以根據不同工藝要求進行多段速運行。同時變頻器具有過流、過載、過壓等豐富的保護功能,當負載或電機出現異常時變頻器因故障停機并快速封鎖輸出以及時保護電機。
4 監控系統軟件編制
(1)根據使用廠家的要求,離心機的控制方式分為:手動(步進)、單循環、全自動循環。手動,單循環是在調試或者其它試車情況下使用,正常生產時使用全自動方式。
(2)編程采用編程軟件SIMATIC專業軟件包,它基于個人計算機,適用于西門子公司PLC的用戶程序編制和監控,通過計算機串行接口與PLC編程口相連,軟件中同時使用了語句表,梯形圖,GRAPH編程方法。不同的編程方法有不同的特點,如工藝步驟的運行比較容易有GRAPH來實現。
(3)根據故障對設備的損壞程度,將故障分為一般故障和重大故障。
一般故障如:氮氣的上下限,各類閥的開關不到位,離心機的前后軸溫度的上限,離心機振動上限,離心機轉速上限等。
重要故障如:緊急停止,門蓋未閉,氮氣的上上限,氮氣的下下限,前后軸溫度的上上限,離心機振動的上上限,離心機轉速的上上限等。
一般故障發生時,執行程序處于暫停狀態,所有控制閥的輸出信號停止輸出,離心機的速度也慢慢降至待機速度,等到故障處理完畢,在人機界面上可選擇工藝步驟重要故障發生時,離心機跳機,處于自由停車狀態;工藝步驟處于停止狀態,所有控制閥的輸出信號停止輸出。等到設備維修人員排除故障后,方可重新開機。
重要故障發生時,離心機跳機,處于自由停車狀態;工藝步驟處于停止狀態,所有控制閥的輸出信號停止輸出。等到設備維修人員排除故障后,方可重新開機。
5 結束語
該系統自改造投入運行以來,結果令人滿意,各項指標滿足生產工藝操作要求。系統啟動平穩,運行穩定,界面友好,操作維護簡便,為現場操作人員創造了一個高效率的工作環境,實現了較為先進的離心機控制技術。
