球磨机配套稀油控制站的改进设计

摘要:本文针对某新材料公司大型球磨机稀油站控制站在运行和使用过程中经常出现的问题和故障进行诊断分析，采用德国西门子公司S7－200系列PLC对控制站进行改造设计，针对性进行控制回路改造以及完善相应保护程序，提高设备的运转率及安全性。

      稀油站是球磨机专用润滑配套设备，主要用于球磨机设备轴瓦的润滑，稀油站由润滑油箱、加热器、过滤器、两台低压供油泵、两台高压供油泵、管路阀门以及输油和回油管道等组成。磨机运行时低压供油泵全程运行，将油供至磨机中空轴上部全面淋油;开停磨机时高压油泵运转，将油供到磨机大瓦和中空轴之间形成油膜，并顶起磨机;稀油站流量、油压等各项数据正常后，触发备妥信号准备开启磨机。在磨机运行过程中，如稀油控制站发生油压低，流量低、油泵停、或油箱液位低等异常信号时，发出报警并输出球磨机停车信号。此新材料公司大型球磨机稀油站控制系统由厂家配套提供，由于设计与配套存在很多问题，经常出现非正常停车和无法启动磨机的故障，诸多因素导致影响正常的生产组织，并对球磨机主体设备产生了安全威胁。经过全面的排查和分析，采用用西门子S7－200系列PLC对稀油站控制站系统进行了改进设计，原有电气及控制元件尽量保留和利用，并通过软硬件措施完善了控制保护功能。

1经常出现的问题及故障表现
      因现场工况环境恶劣，稀油站处于粉尘，油污环境，原稀油站控制箱薄膜开关面板经常失灵。其次经常因稀油站故障导致球磨机非正常停机，经检查无具体故障，重新开机有时会恢复正常。这种故障的经多次排查分析得出结论，因现场磨机运转时振动大，造成稀油站继电器触点接触不良，信号瞬间扰动导致磨机丢失允许开车信号导致磨机跳停，因瞬时接触不良，异常状态不能持续，导致准确判断故障点相当困难，维修处理往往需要耗费大量时间。

2改进方法
2．1改进电控箱电气元器件及材质，适应恶劣环境

      原有设计采用两块集成印刷电路板继电器，微型元器件，薄膜开关面板等组成的电控箱，并使用碳钢材质。虽然电控箱内部微型化，整体化可以减少配线，但未考虑现场设备实际运行状况，稀油站所处环境恶劣，振动，噪声，油污等，控制箱碳钢外壳经长期腐蚀变形后密封不严，导致印刷电路板、触点等经常发生短接故障，无法正常工作而且更换维修困难。鉴于此状况，用防护等级IP65、材质304不锈钢控制箱代替原有碳钢控制箱，采用结构密封的电气元器件代替印刷电路板继电器、薄膜开关面板，能够有效减少粉尘油污造成的触点接触不良，不仅适应了恶劣工况，方便了维修工作，而且故障率也大为下降。
2．2使用PLC输出通道直接驱动，减少中间环节
      原控制方案中，输入输出通道全部设置中间继电器隔离，并设有球磨机机旁自保持控制回路，造成接线繁琐复杂，控制回路中各种外部串接点多，端子虚接、中间继电器触点接触不良等现象时常发生，查找故障点困难重重。其次稀油站控制电缆与与球磨机高压电力电缆距离较近，使得有些控制电缆感应电压值经测量高达100V。综合现场环境粉尘大、振动严重、线路较长且有高压电缆干扰的特点，选用通道电压为AC220V的PLC，尽量省去中间继电器环节，增强抗电磁干扰能力。因此稀油控制站除保留(故障停机、油站备妥、电源正常)三个与球磨机联锁的信号设置中间继电器隔离，其余均采用输出通道220VAC直接驱动的方式。S7－200PLC要注意通道负载分配，PLC包含三个公共端，十个输出点，因此要合理分配负载，避免负载过于集中导致公共端烧毁。稀油站设备的控制输入点，仍使用PLC直流24VDC，来自球磨机电气控制信号的输入点，使用交流220V电源通过扩展模块通道直接输入。同时为简化控制回路，减少中间环节，去掉球磨机机旁自保持控制回路。改进设计实施后，15个隔离中间继电器减少至3个，控制回路得到了简化，减少了隐蔽故障点，**降低的球磨机的非正常停车次数。

改造后的控制原理图

2．3加入润滑油流量判断条件，确保润滑安全原稀油站油量
      根据电接点压力表控制，并设有油量高允许球磨机启动以及油量低停球磨机联锁。稀油站油压压力值的大小可以通过油泵管路的阀门调节，因此操作人员有时为了快速达到球磨机开机要求的压力值，去人为的调节油量阀门开度，忽略合理的供油量。操作工的人为刻意操作，会造成油流量少时，磨机磨瓦润滑不足，或油流量过大，导致瓦盒油外溢的现象，无法确保润滑安全。因此改造时加装流量开关，与电接点压力表接点同时作为输入条件，提高润滑的可靠性和安全性。
2．4减少不必要的油温低停车联锁
      该厂厂址位于南方，平均气温较高。且稀油站已经设置了油压、流量的联锁，已经提供了足够的保护。运行期间，发生过稀油站振动引起测温元件断线造成非正常停车事故，所以可以去掉油温低联锁的过度保护。
2．5油压压力接点做防抖延时
      稀油站运行中，机械振动较大，会造成上海自动化仪表四厂油压电接点压力表的触点抖动;夏季气温高时，有时会出现油箱内油温高，回油时高差产生气泡造成供油不稳。触点抖动会引起油压压力电接点开关信号不稳定，会造成低压误动作导致停车，或油压达不到PLC程序设定时间，无法满足油站备妥信号，导致球磨主机无法正常开停。改造中要采取消除设备运转时振动的影响，采集的油压信号通过软硬件手段充分过滤防抖，最大程度的减少因油站触点信号抖动引起的拒动和误动，所以在PLC内部编辑程序增加油压低防抖延时2s触发，经过2s延时后输出故障信号，同时取消输出侧中间继电器，直接采用220VAC驱动电气侧。

延时程序

2．6主/备油泵的启动程序做防竞争处理
      在稀油站系统中主/备油泵的启动程序要作防竞争处理。其主/备油泵启动要求是:先启动主油泵，2s后如检测油压无法达到规定值时，备用油泵启动。两台主/备油泵不能同时启动，从程序上尽量避免备用油泵的频繁启动。油站运行时如主油泵异常停止时，备用油泵立即被设定程序启动以维持工作油压，如油压仍低于工作压力，则不允许启动，并发出报警信号。

2．7PLC工作电源异常断电时实现断电保护

断电保护程序及电气回路

      当稀油站控制柜的电源正常时，运行中PLC检测到稀油站的故障后，PLC会联锁动作，实现球磨机的停机保护。但若稀油站控制箱供电电源中断，则PLC不能实现驱动电气侧故障停机线圈，可能会造成重大设备事故。为此要在程序里增加断电保护功能，采用S7－200PLC标志位SM0．0(内部特殊标志位)作为触发判断条件，驱动输出继电器，在电气侧回路把电源监控常闭点与故障停机常开触点并接，可满足功能要求。3结论此次改进设计解决了原稀油站控制回路和方式，提高了球磨机整体的运转率和设备安全性。经统计，球磨机非正常停机次数由原来的月平均5次降低到1次，因稀油站导致的球磨机故障停机已基本排除。在这次改进设计中，充分发挥PLC自带的软硬件优势，减少隐蔽故障点，简化外围电路。并结合稀油站所处的恶劣环境，改进更为合适220AC控制电压及保护程序，对可能发生的如电源中断等特殊状况进行诊断预测，尽可能完善稀油控制站的供油安全功能，取得明显效果。
作者：张 亮

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梦幻100 发表于 2020-6-5 08:28
谢谢分许

好经验，谢谢分享