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(yī)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(huán)節(jié),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(tǒng)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(tǒng)中PLC、人機界面進行網絡通信,使系統(tǒng)操作、運行更為簡捷,可靠。
2 離心機控制要求
本離心機系統(tǒng)的控制方式分為:手動步進、單循環(huán)、全自動等三種方式。手動步進,單循環(huán)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(huán)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(huán),從而實現(xiàn)了離心機對物料的連續(xù)分離過程。
整個流程情況及控制過程要求既能由現(xiàn)場操作臺控制,又能在總控制室中進行遠距離監(jiān)控操作。
3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
本離心機控制系統(tǒng)根據工藝和設備管理要求,由就地控制室(現(xiàn)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(xiàn)場,其中現(xiàn)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(wěn)流穩(wěn)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(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)選用一臺研華工控機作為操作界面,監(jiān)控軟件為WINCC6.0。
WinCC(WindowsControlCenter,窗口控制中心)是西門子公司(SIMENS)實現(xiàn)PLC與上位機之間的通訊及上位機監(jiān)控畫面的制作的組態(tài)軟件,可與SIMATIC產品實現(xiàn)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(xiàn)控制界面設計、硬件組態(tài)、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(jiān)控畫面根據現(xiàn)場實際情況動態(tài)顯示,建立完整的過程監(jiān)控解決方案。
本系統(tǒng)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(xié)議,上位工控機與下位PLC成功實現(xiàn)通信,用戶可以通過WINCC操作和監(jiān)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(jiān)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(jiān)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(xiàn)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(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)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(huán)、全自動循環(huán)。手動,單循環(huán)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(yè)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(jiān)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(xiàn)。
(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(fā)生時,執(zhí)行程序處于暫停狀態(tài),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(fā)生時,離心機跳機,處于自由停車狀態(tài);工藝步驟處于停止狀態(tài),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(fā)生時,離心機跳機,處于自由停車狀態(tài);工藝步驟處于停止狀態(tài),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(tǒng)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(tǒng)啟動平穩(wěn),運行穩(wěn)定,界面友好,操作維護簡便,為現(xiàn)場操作人員創(chuàng)造了一個高效率的工作環(huán)境,實現(xiàn)了較為先進的離心機控制技術。
