球磨機(jī)配套稀油控制站的改進(jìn)設(shè)計(jì)

張 亮

(山東魯新設(shè)計(jì)工程有限公司，山東 淄博 255000)

稀油站是球磨機(jī)專用潤(rùn)滑配套設(shè)備，主要用于球磨機(jī)設(shè)備軸瓦的潤(rùn)滑，稀油站由潤(rùn)滑油箱、加熱器、過濾器、兩臺(tái)低壓供油泵、兩臺(tái)高壓供油泵、管路閥門以及輸油和回油管道等組成。磨機(jī)運(yùn)行時(shí)低壓供油泵全程運(yùn)行，將油供至磨機(jī)中空軸上部全面淋油；開停磨機(jī)時(shí)高壓油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將油供到磨機(jī)大瓦和中空軸之間形成油膜，并頂起磨機(jī)；稀油站流量、油壓等各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常后，觸發(fā)備妥信號(hào)準(zhǔn)備開啟磨機(jī)。在磨機(jī)運(yùn)行過程中，如稀油控制站發(fā)生油壓低，流量低、油泵停、或油箱液位低等異常信號(hào)時(shí)，發(fā)出報(bào)警并輸出球磨機(jī)停車信號(hào)。

此新材料公司大型球磨機(jī)稀油站控制系統(tǒng)由廠家配套提供，由于設(shè)計(jì)與配套存在很多問題，經(jīng)常出現(xiàn)非正常停車和無法啟動(dòng)磨機(jī)的故障，諸多因素導(dǎo)致影響正常的生產(chǎn)組織，并對(duì)球磨機(jī)主體設(shè)備產(chǎn)生了安全威脅。經(jīng)過全面的排查和分析，采用用西門子S7-200系列PLC對(duì)稀油站控制站系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，原有電氣及控制元件盡量保留和利用，并通過軟硬件措施完善了控制保護(hù)功能。

1 經(jīng)常出現(xiàn)的問題及故障表現(xiàn)

因現(xiàn)場(chǎng)工況環(huán)境惡劣，稀油站處于粉塵，油污環(huán)境，原稀油站控制箱薄膜開關(guān)面板經(jīng)常失靈。其次經(jīng)常因稀油站故障導(dǎo)致球磨機(jī)非正常停機(jī),經(jīng)檢查無具體故障, 重新開機(jī)有時(shí)會(huì)恢復(fù)正常。這種故障的經(jīng)多次排查分析得出結(jié)論，因現(xiàn)場(chǎng)磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)大, 造成稀油站繼電器觸點(diǎn)接觸不良，信號(hào)瞬間擾動(dòng)導(dǎo)致磨機(jī)丟失允許開車信號(hào)導(dǎo)致磨機(jī)跳停, 因瞬時(shí)接觸不良，異常狀態(tài)不能持續(xù)，導(dǎo)致準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)相當(dāng)困難，維修處理往往需要耗費(fèi)大量時(shí)間。

2 改進(jìn)方法

2.1 改進(jìn)電控箱電氣元器件及材質(zhì)，適應(yīng)惡劣環(huán)境

原有設(shè)計(jì)采用兩塊集成印刷電路板繼電器，微型元器件，薄膜開關(guān)面板等組成的電控箱，并使用碳鋼材質(zhì)。雖然電控箱內(nèi)部微型化，整體化可以減少配線，但未考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況，稀油站所處環(huán)境惡劣，振動(dòng)，噪聲，油污等，控制箱碳鋼外殼經(jīng)長(zhǎng)期腐蝕變形后密封不嚴(yán)，導(dǎo)致印刷電路板、觸點(diǎn)等經(jīng)常發(fā)生短接故障，無法正常工作而且更換維修困難。

鑒于此狀況，用防護(hù)等級(jí)IP65、材質(zhì)304不銹鋼控制箱代替原有碳鋼控制箱，采用結(jié)構(gòu)密封的電氣元器件代替印刷電路板繼電器、薄膜開關(guān)面板，能夠有效減少粉塵油污造成的觸點(diǎn)接觸不良，不僅適應(yīng)了惡劣工況，方便了維修工作，而且故障率也大為下降。

2.2 使用PLC輸出通道直接驅(qū)動(dòng)，減少中間環(huán)節(jié)

原控制方案中，輸入輸出通道全部設(shè)置中間繼電器隔離，并設(shè)有球磨機(jī)機(jī)旁自保持控制回路，造成接線繁瑣復(fù)雜，控制回路中各種外部串接點(diǎn)多，端子虛接、中間繼電器觸點(diǎn)接觸不良等現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，查找故障點(diǎn)困難重重。其次稀油站控制電纜與與球磨機(jī)高壓電力電纜距離較近，使得有些控制電纜感應(yīng)電壓值經(jīng)測(cè)量高達(dá)100 V。綜合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵大、振動(dòng)嚴(yán)重、線路較長(zhǎng)且有高壓電纜干擾的特點(diǎn)，選用通道電壓為AC220 V 的PLC，盡量省去中間繼電器環(huán)節(jié)，增強(qiáng)抗電磁干擾能力。因此稀油控制站除保留(故障停機(jī)、油站備妥、電源正常)三個(gè)與球磨機(jī)聯(lián)鎖的信號(hào)設(shè)置中間繼電器隔離，其余均采用輸出通道220VAC直接驅(qū)動(dòng)的方式。S7-200PLC要注意通道負(fù)載分配，PLC包含三個(gè)公共端，十個(gè)輸出點(diǎn)，因此要合理分配負(fù)載，避免負(fù)載過于集中導(dǎo)致公共端燒毀。稀油站設(shè)備的控制輸入點(diǎn)，仍使用PLC直流24VDC，來自球磨機(jī)電氣控制信號(hào)的輸入點(diǎn)，使用交流220 V電源通過擴(kuò)展模塊通道直接輸入。同時(shí)為簡(jiǎn)化控制回路，減少中間環(huán)節(jié)，去掉球磨機(jī)機(jī)旁自保持控制回路。改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)施后，15個(gè)隔離中間繼電器減少至3個(gè)，控制回路得到了簡(jiǎn)化，減少了隱蔽故障點(diǎn)，大大降低的球磨機(jī)的非正常停車次數(shù)。

圖1 改造后的控制原理圖

2.3 加入潤(rùn)滑油流量判斷條件，確保潤(rùn)滑安全

原稀油站油量根據(jù)電接點(diǎn)壓力表控制，并設(shè)有油量高允許球磨機(jī)啟動(dòng)以及油量低停球磨機(jī)聯(lián)鎖。稀油站油壓壓力值的大小可以通過油泵管路的閥門調(diào)節(jié)，因此操作人員有時(shí)為了快速達(dá)到球磨機(jī)開機(jī)要求的壓力值，去人為的調(diào)節(jié)油量閥門開度，忽略合理的供油量。操作工的人為刻意操作，會(huì)造成油流量少時(shí)，磨機(jī)磨瓦潤(rùn)滑不足，或油流量過大，導(dǎo)致瓦盒油外溢的現(xiàn)象，無法確保潤(rùn)滑安全。因此改造時(shí)加裝流量開關(guān)，與電接點(diǎn)壓力表接點(diǎn)同時(shí)作為輸入條件，提高潤(rùn)滑的可靠性和安全性。

2.4 減少不必要的油溫低停車聯(lián)鎖

該廠廠址位于南方，平均氣溫較高。且稀油站已經(jīng)設(shè)置了油壓、流量的聯(lián)鎖，已經(jīng)提供了足夠的保護(hù)。運(yùn)行期間，發(fā)生過稀油站振動(dòng)引起測(cè)溫元件斷線造成非正常停車事故，所以可以去掉油溫低聯(lián)鎖的過度保護(hù)。

2.5 油壓壓力接點(diǎn)做防抖延時(shí)

稀油站運(yùn)行中，機(jī)械振動(dòng)較大，會(huì)造成油壓電接點(diǎn)壓力表的觸點(diǎn)抖動(dòng)；夏季氣溫高時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)油箱內(nèi)油溫高，回油時(shí)高差產(chǎn)生氣泡造成供油不穩(wěn)。觸點(diǎn)抖動(dòng)會(huì)引起油壓壓力電接點(diǎn)開關(guān)信號(hào)不穩(wěn)定，會(huì)造成低壓誤動(dòng)作導(dǎo)致停車，或油壓達(dá)不到PLC程序設(shè)定時(shí)間，無法滿足油站備妥信號(hào)，導(dǎo)致球磨主機(jī)無法正常開停。改造中要采取消除設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)的影響，采集的油壓信號(hào)通過軟硬件手段充分過濾防抖，最大程度的減少因油站觸點(diǎn)信號(hào)抖動(dòng)引起的拒動(dòng)和誤動(dòng)，所以在PLC內(nèi)部編輯程序增加油壓低防抖延時(shí)2 s觸發(fā)，經(jīng)過 2 s 延時(shí)后輸出故障信號(hào)，同時(shí)取消輸出側(cè)中間繼電器，直接采用220VAC驅(qū)動(dòng)電氣側(cè)。

圖2 延時(shí)程序

2.6 主/備油泵的啟動(dòng)程序做防競(jìng)爭(zhēng)處理

在稀油站系統(tǒng)中主/備油泵的啟動(dòng)程序要作防競(jìng)爭(zhēng)處理。其主/備油泵啟動(dòng)要求是: 先啟動(dòng)主油泵，2 s后如檢測(cè)油壓無法達(dá)到規(guī)定值時(shí)，備用油泵啟動(dòng)。兩臺(tái)主/備油泵不能同時(shí)啟動(dòng)，從程序上盡量避免備用油泵的頻繁啟動(dòng)。油站運(yùn)行時(shí)如主油泵異常停止時(shí), 備用油泵立即被設(shè)定程序啟動(dòng)以維持工作油壓，如油壓仍低于工作壓力，則不允許啟動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.7 PLC工作電源異常斷電時(shí)實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)

圖3 斷電保護(hù)程序及電氣回路

當(dāng)稀油站控制柜的電源正常時(shí)，運(yùn)行中PLC檢測(cè)到稀油站的故障后，PLC會(huì)聯(lián)鎖動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的停機(jī)保護(hù)。但若稀油站控制箱供電電源中斷，則PLC不能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電氣側(cè)故障停機(jī)線圈，可能會(huì)造成重大設(shè)備事故。為此要在程序里增加斷電保護(hù)功能，采用S7-200PLC標(biāo)志位SM0.0(內(nèi)部特殊標(biāo)志位)作為觸發(fā)判斷條件，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器，在電氣側(cè)回路把電源監(jiān)控常閉點(diǎn)與故障停機(jī)常開觸點(diǎn)并接，可滿足功能要求。

3 結(jié)論

此次改進(jìn)設(shè)計(jì)解決了原稀油站控制回路和方式，提高了球磨機(jī)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)率和設(shè)備安全性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，球磨機(jī)非正常停機(jī)次數(shù)由原來的月平均5次降低到1次，因稀油站導(dǎo)致的球磨機(jī)故障停機(jī)已基本排除。在這次改進(jìn)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮PLC自帶的軟硬件優(yōu)勢(shì)，減少隱蔽故障點(diǎn)，簡(jiǎn)化外圍電路。并結(jié)合稀油站所處的惡劣環(huán)境，改進(jìn)更為合適220AC控制電壓及保護(hù)程序，對(duì)可能發(fā)生的如電源中斷等特殊狀況進(jìn)行診斷預(yù)測(cè)，盡可能完善稀油控制站的供油安全功能，取得明顯效果。