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沉降罐耙機(jī)電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

文檔作者：代興明楊曉勇文檔來源：貴州開磷集團(tuán)有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月07日
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沉降罐耙機(jī)電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
代興明，楊曉勇
(貴州開磷集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽550302)
Optimization Design of the Thickener Raker Electrical Control System
DAI Xingming，YANG Xiaoyong
(Guizhou Kailin Group Co．，Ltd，Guiyang 550302，China)
摘要：分析耙機(jī)系統(tǒng)，針對深錐形沉降罐耙機(jī)
易發(fā)生誤動作和過載等故障，從電氣元器件選型、
PLC程序優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行改造，增加了PLC模塊自
檢測、故障自恢復(fù)和程序條件中斷等功能，降低故
障率，保障系統(tǒng)運行的可靠性。
關(guān)鍵詞：耙機(jī)；沉降罐；扭矩；PLC；控制系統(tǒng)
中圖分類號：TP23
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1001—2257(2015)03—0043—03
Abstract：The article analysis of the Raking
machine system ，Aim at Cone settling tank and ra—
king machine easy misoperation，overload fault．
Ftom the electrical components selection，PLC pro—
gram optimization design for the innovation，In—
crease PLC module Self—detection．fault Self—re—
covery，process conditions of interrupt function．
Reduce the failure rate，guarantee the reliability of
收稿日期：2014—12一l2
system operation．
Key words：raker；thickener；ttorque；PLC；con—
trol system
0 引言
耙機(jī)主要用于各類酸儲罐上，對酸和酸渣進(jìn)行
攪拌，并將酸渣沉淀聚攏，由罐底中間的排渣口排
出，避免酸渣在罐內(nèi)沉積和結(jié)晶，給酸的儲存和輸
送造成影響。耙機(jī)主要由耙臂、液壓油站、PLC控
制箱和信號采集裝置等組成。原有PLC控制系統(tǒng)
抗干擾能力差，運行不穩(wěn)定，常出現(xiàn)誤動作和酸渣
塌陷機(jī)械抱死等故障。維護(hù)保養(yǎng)工作量大，并且直
接影響了生產(chǎn)。
l 耙機(jī)系統(tǒng)
1．1 耙機(jī)控制系統(tǒng)工作原理
耙機(jī)系統(tǒng)由油泵電機(jī)、液壓油站、耙臂、壓力變
送器和電控箱等組成。當(dāng)耙機(jī)系統(tǒng)啟動后，油泵電
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作者簡介：萬仁全(199o一)，男，湖北孝感人，碩士研究生，研
究方向為機(jī)器視覺}王中任 (1974一)，男，湖北黃梅人，博士，副教
授，研究方向為智能制造與機(jī)器視覺。
· 43 ·
機(jī)運轉(zhuǎn)，耙機(jī)通過判別耙臂受到的扭矩大小間接判
斷酸液的濃稠度，改變電磁閥A，B的得失電以改變
油路系統(tǒng)的走向，以實現(xiàn)耙機(jī)的提耙、降耙和水平
運轉(zhuǎn)等動作。裝在主耙臂下部的刮泥器將沉淀的
酸渣刮向沉降罐底部的集泥錐內(nèi)，集泥錐內(nèi)的酸渣
再通過倒渣泵排出，其工作原理如圖1所示。當(dāng)扭
矩處于正常值時，電磁閥的線圈A，B均不得電，電
磁閥B的P—A通道接通，油直接通過電磁閥供給
液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)帶動耙臂運轉(zhuǎn)起來。當(dāng)扭矩過
大時，電磁閥的線圈A，B均得電，電磁閥A 的P—
A通道接通；電磁閥B的P—B通道接通，液壓馬達(dá)
停止，油通過電磁閥B，A 供給耙機(jī)，使耙機(jī)向上提
升。當(dāng)扭矩值過低時，電磁閥線圈A得電，B不得
電，電磁閥A 和B的P—A通道接通，所以油直接
供給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)，并且耙機(jī)由于自身
重力向下移動。
圖1 耙機(jī)油路控制系統(tǒng)
1．2 控制系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀
a．根據(jù)控制系統(tǒng)的原理，耙臂扭矩通過電流變
送器轉(zhuǎn)換為4～2o mA信號引至PLC的EM231模
擬量模塊，通過判別電流的大小控制電磁閥改變油
路以實現(xiàn)耙機(jī)的各個動作n]，其流程如圖2所示。
耙臂扭矩
采
靶機(jī)動作
— 恒垂 業(yè)
改變
1 EM231模擬量模塊I
~JlPLC(gPlAU／2D2轉(zhuǎn)4)換I
圖2 耙機(jī)信號采集控制系統(tǒng)
但酸罐周圍腐蝕性強(qiáng)，存在不定干擾大，
EM231所采集到的弱電流信號波動較大、且
EM231模塊自身存在發(fā)生故障的可能性，導(dǎo)致采集
信號不準(zhǔn)，造成系統(tǒng)誤動作。
b．沉降罐運行一段時間后，在罐壁會有酸渣沉
淀，沉淀物到達(dá)一定量時會塌陷導(dǎo)致耙臂抱死和過
載等機(jī)械設(shè)備_2]。需要定期清理(技術(shù)改造前約3
· 44 ·
個月清理1次)。
c．在強(qiáng)腐蝕性的工作環(huán)境條件下，耙機(jī)上下運
動的接觸式行程限位開關(guān)易腐蝕失效，且出現(xiàn)過因
上行程開關(guān)失效導(dǎo)致耙機(jī)超限上移，頂翻耙機(jī)的
情況。
d．現(xiàn)場不定因素的干擾導(dǎo)致系統(tǒng)誤停機(jī)頻率
頻繁，維修人員不能快速鎖定停機(jī)原因，維修量大，
已影響到系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
2 技術(shù)改造措施
考慮工藝操作人員的操作習(xí)慣和減小技術(shù)改
造成本的投入，技術(shù)改造中耙機(jī)延用了原有系統(tǒng)的
控制方式及運行指標(biāo)。根據(jù)統(tǒng)計記錄的耙機(jī)運行
參數(shù)，結(jié)合技術(shù)改造前系統(tǒng)的缺陷，對耙機(jī)系統(tǒng)從
硬件、軟件2方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。硬件方面將行
程開關(guān)更換為耐腐蝕的接近開關(guān)；軟件方面使用
SIEMENS公司Step 7 PLC編程軟件對PLC程序
進(jìn)行編寫完善。
2．1 數(shù)字濾波。增加抗干擾性
在PLC程序系統(tǒng)中，模擬量是判定耙機(jī)上升、
下降、水平運轉(zhuǎn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，所以模擬量的處理在
整個系統(tǒng)中顯得尤為重要。為確保采集信號的穩(wěn)
定性和真實性，PLC程序現(xiàn)對信號進(jìn)行通過A／D
轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化、平均值濾波l3]，再根據(jù)其整定值的大
小判定耙機(jī)的動作狀態(tài)。 ．
2．2 模塊檢測
因模擬量的采集、轉(zhuǎn)換、處理均在模擬量模塊
(EM231)中完成，所以模擬量模塊的正常與否對整
個PLC控制的穩(wěn)定性至關(guān)重要。所以在程序中寫
入了第1個擴(kuò)展模塊(EM231)的實時檢測功能，隨
時檢測模擬模塊工作狀態(tài)，當(dāng)模擬模塊出現(xiàn)斷線、
掉電以及模塊內(nèi)部錯誤等異常情況時，相應(yīng)的系統(tǒng)
寄存器SMB8、SMB9值發(fā)生變化，聯(lián)動報警系統(tǒng)，
系統(tǒng)立即停車，避免了因模擬模塊的硬件故障而導(dǎo)
致耙機(jī)誤動作，其PLC梯形圖如圖3所示。
雨 i
廿6
- I=S L————————— NOT1——
16#l8
檢查第1個模塊和電源是否正常
警：OO．5
圖3 模塊檢測梯形圖
《機(jī)械與電子》2Ol5(3)
沉
2．3 PLO條件中斷
技術(shù)改造中，在程序里插入了計數(shù)器C1對報
警次數(shù)進(jìn)行計數(shù)的程序段，當(dāng)累計報警次數(shù)達(dá)到4
次時，系統(tǒng)故障停機(jī)。并使用(END)指令自動鎖定
程序L4]，其PLC梯形圖如圖4所示。在系統(tǒng)停機(jī)
后，通過在線監(jiān)測方式，可以查看停機(jī)時刻PLC的
程序狀態(tài)，便于快速鎖定故障源，為設(shè)備電氣維修
提供有效的依據(jù)，同時也為維修節(jié)約了寶貴的時間。
萌
圖4 條件中斷梯形圖
2．4 系統(tǒng)故障自恢復(fù)
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，T42時間繼電器以2．5 s
的脈沖信號對故障信號進(jìn)行復(fù)位，若復(fù)位3次故障
仍不能解除，程序默認(rèn)故障不是外部干擾信號而為
真故障，系統(tǒng)停機(jī)。這避免了PLC模塊自身輸出異
常以及現(xiàn)場脈沖干擾信號造成耙機(jī)系統(tǒng)的停機(jī)現(xiàn)
象，其PLC梯形圖如圖5所示。
2．5 行程開關(guān)更換為接近開關(guān)
技術(shù)改造前耙機(jī)采用接觸式的行程開關(guān)，其在惡
劣、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境中，有效使用壽命僅2個月左右，為
減小因行程限位失效造成頂缸等重大設(shè)備故障。將
行程開關(guān)更換為耐腐蝕感應(yīng)非接觸式的接近開關(guān)。
l
圖5 故障自恢復(fù)梯形圖
《機(jī)械與電子))2015(3)
3 技術(shù)改造效果
在采用數(shù)字濾波、模擬量模塊檢測后，采集到
耙臂所受扭矩值更趨于平穩(wěn)，減小了因干擾、模塊
自身故障導(dǎo)致的耙機(jī)運行狀態(tài)的波動，耙機(jī)的倒渣
效率有了較大提升。并且設(shè)備的故障率得到了很
好的控制，技術(shù)改造完成前后為期1年的耙機(jī)電氣
運行對比數(shù)據(jù)如表1所示。在這1年的監(jiān)護(hù)運行期
耙機(jī)電氣維修次數(shù)零次，未出現(xiàn)無故停機(jī)、誤動作
和堵料等現(xiàn)象，其技術(shù)改造在故障控制和經(jīng)濟(jì)效益
等方面都取得了較好的成果。
表1 整改前后電氣運行數(shù)據(jù)對比
4 結(jié)束語
在技術(shù)改造過程中，工程技術(shù)人員通過現(xiàn)場
反復(fù)試驗，克服了原廠出于技術(shù)保密而加設(shè)程序
密碼的困難，直接通過設(shè)備運行時的邏輯關(guān)系分
析，結(jié)合現(xiàn)場運行狀況，運用自主編寫的PLC程方
式取代原有的程序，結(jié)果表明，不僅滿足了設(shè)備的
基本運行要求，還在控制性能上有較大程度的
提高。
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作者簡介：代興明 (1988一)，男，四川儀隴人，助理工程師，
研究方向為化工儀表及自動化系統(tǒng)控制；楊曉勇 (1969一)，男，貴
州遵義人，工程技術(shù)應(yīng)用研究員，研究方向為工業(yè)自動化。
· 45 ·

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