1 引言
工业离心机广泛应用于石油、化工、冶金、医药、食品、轻工等部门,一般是工艺流程中的后处理设备或成品环节,对其的应用和控制直接关系到最终产品的产量和质量。离心机属于起动惯量大、加减速频繁、周期运行的设备。离心机的工艺流程通常都可分为进料、分离、出料、洗涤等几个主要步骤。而根据生产工艺及物料的特性,要求能够随时更改离心机的进料、分离、洗涤等步骤的次数、时间以及其他各种时间参数。因此,离心机电气控制系统应具备以下功能:控制机器程序动作,包括开机、关机、报警自停,故障诊断等;具备人机对话功能,能够设置和显示工艺参数,并根据工艺的要求在人机界面上,修改参数;系统中PLC、人机界面进行网络通信,使系统操作、运行更为简捷,可靠。
2 离心机控制要求
本全自动离心机系统的控制方式分为:手动步进、单循环、全自动等三种方式。手动步进,单循环是在调试、故障恢复或者其它试车情况下使用,正常生产时使用全自动离心机的循环方式。料液分次经进料管(阀)进入离心机转鼓,在高速旋转产生的离心力作用下,固相颗粒分离沉积在转鼓内壁上,再由螺旋刮刀卸料,卸料后对转鼓进行洗涤准备下一循环,从而实现了离心机对物料的连续分离过程。
整个流程情况及控制过程要求既能由现场操作台控制,又能在总控制室中进行远距离监控操作。
3 监控系统硬件配置
本离心机控制系统根据工艺和设备管理要求,由就地控制室(现场操作台和控制柜)及总控室上位机两部分组成。就地控制室在离心机现场,其中现场操作屏安装有所用的操作按钮、指示灯、蜂鸣器、转速显示和主电机电流显示仪表等元件设备;控制柜内装有可编程控制器(PLC)、交流变频器、程控稳流稳压电源、直流电源、继电器、信号隔离转换器等。总控制室上位机与就地控制室间由通讯电缆联接。
根据设计要求,综合设备的先进性,可靠性和成本因素,硬件采用如下配置:
(1)PLC采用西门子公司S7-300系列产品。
中央处理单元为CPU315-2DP,带有DP口和MPI接口;底板上配有数字量的输入、输出模块,用来采集柜内和现场的各类开关量信号;底板上同时也配有处理模拟量信号的模数和数模转换模块,装在现场的各类变速器采集模拟信号如氮气压力、离心机振动幅度、离心机转速测量反馈,前后轴温度等信号输入模数模块,经过换算,在人机界面上实时显示。数模模块用于根据生产要求,实时修改离心机的运行速度。
(2)监控系统选用一台研华工控机作为操作界面,监控软件为WINCC6.0。
WinCC(WindowsControlCenter,窗口控制中心)是西门子公司(SIMENS)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件,可与SIMATIC产品实现无缝连接,界面友好,功能强大,结合Windows图形设计程序,能很方便地生成人机界面,实现控制界面设计、硬件组态、变量管理、标签归挡、报警归挡、打印归挡与用户管理等功能,并可使监控画面根据现场实际情况动态显示,建立完整的过程监控解决方案。
本系统采用的PLC是S7-300系列,通信模板是CP5611MPl,上位机与PLC用MPI电缆连接,采用MPI协议,上位工控机与下位PLC成功实现通信,用户可以通过WINCC操作和监控界面进行设备的启动、停止,故障查询,归档数据的查询,各类工艺参数的修改等。
利用winCC作为监控软件,不但可以简化上位机与PLC的通讯,方便地读取来自于PLC的数据及向PLC传送数据,而且很容易配置形象、逼真的监控画面,也利于保证程序运行的安全性。
(3)变频器采用三菱公司的系列产品。
离心机为恒转矩大惯性负载,采用变频控制实现电机的软启动既可减少对电网的冲击,也减少机械冲击而延长设备寿命,还可以根据不同工艺要求进行多段速运行。同时变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能,当负载或电机出现异常时变频器因故障停机并快速封锁输出以及时保护电机。
4 监控系统软件编制
(1)根据使用厂家的要求,离心机的控制方式分为:手动(步进)、单循环、全自动循环。手动,单循环是在调试或者其它试车情况下使用,正常生产时使用全自动方式。
(2)编程采用编程软件SIMATIC专业软件包,它基于个人计算机,适用于西门子公司PLC的用户程序编制和监控,通过计算机串行接口与PLC编程口相连,软件中同时使用了语句表,梯形图,GRAPH编程方法。不同的编程方法有不同的特点,如工艺步骤的运行比较容易有GRAPH来实现。
(3)根据故障对设备的损坏程度,将故障分为一般故障和重大故障。
一般故障如:氮气的上下限,各类阀的开关不到位,离心机的前后轴温度的上限,离心机振动上限,离心机转速上限等。
重要故障如:紧急停止,门盖未闭,氮气的上上限,氮气的下下限,前后轴温度的上上限,离心机振动的上上限,离心机转速的上上限等。
一般故障发生时,执行程序处于暂停状态,所有控制阀的输出信号停止输出,离心机的速度也慢慢降至待机速度,等到故障处理完毕,在人机界面上可选择工艺步骤重要故障发生时,离心机跳机,处于自由停车状态;工艺步骤处于停止状态,所有控制阀的输出信号停止输出。等到设备维修人员排除故障后,方可重新开机。
重要故障发生时,离心机跳机,处于自由停车状态;工艺步骤处于停止状态,所有控制阀的输出信号停止输出。等到设备维修人员排除故障后,方可重新开机。
5结束语
该系统自改造投入运行以来,结果令人满意,各项指标满足生产工艺操作要求。系统启动平稳,运行稳定,界面友好,操作维护简便,为现场操作人员创造了一个高效率的工作环境,实现了较为先进的离心机控制技术。