焦油超級離心機控制故障分析與改進

卞新亮，張述洪

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

經(jīng)驗交流

焦油超級離心機控制故障分析與改進

卞新亮，張述洪

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

對焦油超級離心機常見控制系統(tǒng)故障進行了分析。通過先后實施控制開關設備、變頻器自主改進以及連鎖控制功能完善工作，使設備運行穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的順行。

焦油超級離心機；PLC；變頻器；連鎖控制

1 前言

濟鋼化工廠焦油加工系統(tǒng)原料焦油的脫水脫渣工作由2臺超級三相臥式螺旋卸料離心機擔任，離心機具有轉(zhuǎn)速高、振動小、噪音小、維護周期長等優(yōu)點。設備采用模塊式PLC構(gòu)建控制系統(tǒng)，采用ABB ACS550系列變頻器為主調(diào)速設備，并輔以各類檢測元件、操作控制元件，實現(xiàn)焦油脫水脫渣的三相分離生產(chǎn)需求。其具備操作簡便、自動化程度高、勞動強度低、操作環(huán)境好、分離效率高的特點。但隨著設備的逐年老化、現(xiàn)場腐蝕以及生產(chǎn)操作進一步的精細化，逐步產(chǎn)生了一系列故障問題，對此，化工廠對設備進行改進。

2 系統(tǒng)故障原因分析

2.1 系統(tǒng)故障

1）因現(xiàn)場腐蝕等各種惡劣環(huán)境的影響，現(xiàn)場操作控制盤部分設備損壞，不能有效進行調(diào)速控制，致使焦油分離效果不能滿足生產(chǎn)需要。2）隨著設備逐步老化，原設計變頻器抗干擾能力逐步下降，多次出現(xiàn)誤報虛假故障；PLC系統(tǒng)多次出現(xiàn)問題，造成非正常停機，檢維修工作過度依賴廠方技術人員，故障處理不及時，停機時間長，嚴重影響生產(chǎn)的高效連續(xù)運行。3）焦油原料輸送泵與離心機未能進行連鎖控制，多次發(fā)生離心機故障停機而原料輸送泵未?，F(xiàn)象，造成跑焦油事故，嚴重污染了環(huán)境，也給生產(chǎn)操作人員帶來極大不便。

2.2 工作原理

焦油通過原料泵及供料管進入離心機內(nèi)，在離心力的作用下連續(xù)使固相焦油渣和液相的焦油、氨水分離開來，比重較大的焦油渣沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上，然后由螺旋輸送器傳送到筒體的錐體端，從排料口進入焦油渣集料箱；比重較小的焦油和氨水則在離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)部形成同心圓柱，氨水處于內(nèi)層，焦油處于外層，通過調(diào)節(jié)溢流堰和可變?nèi)~輪來改變和確定焦油、氨水的分界面，從而調(diào)節(jié)焦油的含水量和氨水的含油量，焦油和氨水通過重力作用分別從不同的通道排出。焦油渣的含油量則通過改變螺旋差速來控制。通過離心機處理后的焦油含水為1%～2%，含渣＜0.3%，處理能力為22.5 t/h。在焦油蒸餾工藝中，原料焦油含水量每降低1%，每噸焦油煤氣消耗量將降低1.34 m3/h，較低的焦油含水量有利于節(jié)能降耗。

2.3 系統(tǒng)組成

離心機控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊等組成。控制系統(tǒng)采用的通訊方式為Profibus-DP通訊，選用模塊為CP342-5通信處理器。離心機驅(qū)動電機的調(diào)速通過變頻器來完成，采用ABB ACS550系列變頻器，同時設有振動、溫度監(jiān)測，在設備出現(xiàn)故障振動大、溫度高時，可自行停機；設有差速控制和超載保護，通過控制轉(zhuǎn)筒和螺旋的轉(zhuǎn)速差，可調(diào)節(jié)焦油渣含油量，超載保護可自動控制進料量，防止離心機堵塞，保護設備。

2.3 系統(tǒng)功能分析

現(xiàn)場操作控制盤的主要作用：螺旋差速顯示、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速顯示、選擇數(shù)字顯示、多位旋鈕、設定值增/減旋鈕、報警指示、控制電源指示、燈測試按鈕、喇叭消音按鈕、螺旋啟動/停止按鈕、螺旋控制模式選擇、轉(zhuǎn)鼓啟動/停止按鈕、急停按鈕。各按鈕開關為開關量點進入PLC，顯示儀表通過速度轉(zhuǎn)換器顯示測速探頭檢測螺旋、轉(zhuǎn)鼓速度，與PLC無交叉。

離心機控制系統(tǒng)主要采集的數(shù)字量輸入信號（DI）：離心機振動報警信號、齒輪油位信號、驅(qū)動電機超溫報警信號（兩個）、急停按鈕報警信號、變頻器故障信號、空氣開關狀態(tài)信號等。輸出的數(shù)字量信號（DO）：螺旋啟動信號、轉(zhuǎn)鼓啟動信號。采集的模擬量輸入信號：螺旋驅(qū)動扭矩信號、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動功率信號、螺旋差速信號、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速信號（同差速信號）、進料溫度。輸出的模擬量信號：螺旋驅(qū)動設定信號、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動設定信號。螺旋、轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動設定信號作為變頻器的頻率輸入信號，實現(xiàn)控制電動機運轉(zhuǎn)速度的要求。

變頻器主要控制參數(shù)：電動機控制模式，啟動運行控制方式，頻率給定模式，電流、功率、扭矩輸出（至PLC），轉(zhuǎn)速、頻率保護功能（超限監(jiān)控數(shù)字量至PLC）。

3 改進方案與實施

3.1 控制開關設備改進

針對現(xiàn)場操作控制箱調(diào)速選擇開關損壞的問題，通過對該選擇控制開關進行檢查、測試以及與現(xiàn)場另一臺正常設備進行對比，結(jié)合現(xiàn)有資料進行功能分析，最終測定該開關為6對單極控制開關，其中兩對點未定義設計，即每操作1次僅有1對控制線路接通，且為順序控制，不產(chǎn)生交叉，因此采取了用6支單聯(lián)空氣開關代替該設備的措施，并根據(jù)原操作順序進行排序接線。根據(jù)原設備操作特點制定相應的操作方法，即每次操作僅能合上1個開關，進行功能切換時，遵循先分斷后合閘的操作方式。經(jīng)現(xiàn)場反復試驗操作，該方式完全可代替原控制設備功能，實現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓調(diào)速、螺旋差速調(diào)整、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)矩設定、螺旋轉(zhuǎn)矩設定功能。通過現(xiàn)場操作使用，實現(xiàn)了原控制設備功能，達到了便捷、可靠操作的要求。

3.2 變頻器自主控制

通過對離心機控制系統(tǒng)功能分析，探索實施利用現(xiàn)有變頻器取代原變頻器的攻關方案。通過對離心機控制原理、控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及現(xiàn)場設備的檢查分析，明確變頻器控制要點及相關重要參數(shù)。

利用現(xiàn)有抗干擾能力較強、使用穩(wěn)定性強的AB 1336系列、艾默生系列以及ACS800系列變頻器，此類變頻器均具有直接轉(zhuǎn)矩控制、啟動向?qū)Ъ白詣幼R別電機特征、優(yōu)化電機控制功能。

根據(jù)離心機控制系統(tǒng)要求，變頻器控制需實現(xiàn)以下功能。遠程控制功能：變頻器的啟停由PLC實現(xiàn)遠程控制且只能正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速信號由控制系統(tǒng)模塊輸出4～20 mA電流控制。變頻器運行參數(shù)輸出功能：變頻器運行功率、轉(zhuǎn)矩、電流等參數(shù)由變頻器模擬輸出端子輸出4～20 mA電流信號至PLC。設備運行保護功能：通過對變頻器保護參數(shù)的修改設定，實現(xiàn)電機過扭矩保護功能、轉(zhuǎn)鼓超速保護功能以及頻率保護功能。電機特征識別，控制優(yōu)化功能：通過選擇DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）電機控制模式功能，并選擇REDUCED辨識運行方式功能，對電機啟動特征進行辨識識別，自動優(yōu)化電機控制，提高控制精度，降低噪聲及諧波干擾。

經(jīng)多次試驗、調(diào)試，在保證各功能可靠的前提下，成功實現(xiàn)了利用現(xiàn)有變頻器替換原變頻器的目標，保證了離心機控制安全、穩(wěn)定、可靠運行，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.3 焦油原料輸送泵與離心機的連鎖控制

控制難點：兩臺離心機均需分別與兩臺焦油原料泵進行連鎖控制，兩臺設備處于不同電源段，控制電源不同相，處理不當極易造成不同段電源低壓并聯(lián)的惡性事故。

解決方案：采用增加中間繼電器的方式，將兩臺設備控制電源進行有效隔離。KM1、KM2為焦油原料泵控制接觸器；alm1、alm2為離心機控制系統(tǒng)總報警輸出點，采用220 V電源控制，KA1、KA2為新加連鎖控制繼電器，其輔點均為3對常開常閉。QL1與QL2為連鎖投入選擇開關，當開關閉合時連鎖解除，開關斷開連鎖投入；分別將新增連鎖繼電器KA1、KA2的兩對常閉點串行引入焦油原料輸送泵控制回路，離心機故障時報警點輸出220 V電壓，中間繼電器線圈得電，常閉點斷開，焦油原料泵控制回路斷開，從而實現(xiàn)連鎖保護功能。該控制方式無論哪一臺離心機出現(xiàn)故障停車，兩臺焦油原料輸送泵均連鎖停機，且在故障未復位的情況下焦油原料輸送泵亦不能啟動。通過現(xiàn)場試驗，連鎖控制功能安全可靠，有效避免了離心機故障狀態(tài)下原料泵未及時停機而發(fā)生的跑油事故，大大改善了操作環(huán)境，有效降低了勞動強度。

增加聲光報警裝置：為方便操作人員進行操作，能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)設備停機，在焦油操作室增加離心機故障停機聲光報警裝置，其控制采用新增連鎖繼電器KA1、KA2的第3對常開點。QL3、QL4為連鎖投入與解除選擇開關，當停機檢修或僅開1臺設備時可選擇性的連鎖投入，避免誤報警，方便操作監(jiān)控。

4 結(jié)語

通過對設備功能的全面分析，成功實施了現(xiàn)場操作控制設備的自主改造，改進后實現(xiàn)原控制設備的功能，且操作便捷，控制可靠；成功利用現(xiàn)有變頻器替換原控制設備，實現(xiàn)了備件的多樣性選擇，解決了PLC控制系統(tǒng)檢修維護難題；連鎖控制以及聲光報警裝置的增加，從根本上解決了離心機故障停機時的跑油難題，杜絕了環(huán)境污染事故的發(fā)生。

TQ520.5

B

1004-4620（2015）03-0067-02

2015-04-16

卞新亮，男，1982年生，2004年畢業(yè)于青島理工大學自動化專業(yè)?，F(xiàn)為濟鋼檢修工程公司工程師，從事電儀控制設備維護工作。