1　引言
    工業(yè)離心機廣泛應用于石油、化工、冶金、醫藥、食品、輕工等部門(mén),一般是工藝流程中的后處理設備或成品環(huán)節,對其的應用和控制直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。離心機屬于起動(dòng)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(jìn)料、分離、出料、洗滌等幾個(gè)主要步驟。而根據生產(chǎn)工藝及物料的特性,要求能夠隨時(shí)更改離心機的進(jìn)料、分離、洗滌等步驟的次數、時(shí)間以及其他各種時(shí)間參數。因此,離心機電氣控制系統應具備以下功能:控制機器程序動(dòng)作,包括開(kāi)機、關(guān)機、報警自停,故障診斷等;具備人機對話(huà)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;系統中PLC、人機界面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信,使系統操作、運行更為簡(jiǎn)捷,可靠。
    2　離心機控制要求
    本離心機系統的控制方式分為:手動(dòng)步進(jìn)、單循環(huán)、全自動(dòng)等三種方式。手動(dòng)步進(jìn),單循環(huán)是在調試、故障恢復或者其它試車(chē)情況下使用,正常生產(chǎn)時(shí)使用全自動(dòng)循環(huán)方式。料液分次經(jīng)進(jìn)料管(閥)進(jìn)入離心機轉鼓,在高速旋轉產(chǎn)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(jìn)行洗滌準備下一循環(huán),從而實(shí)現了離心機對物料的連續分離過(guò)程。
    整個(gè)流程情況及控制過(guò)程要求既能由現場(chǎng)操作臺控制,又能在總控制室中進(jìn)行遠距離監控操作。
    3　監控系統硬件配置
    本離心機控制系統根據工藝和設備管理要求,由就地控制室(現場(chǎng)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場(chǎng),其中現場(chǎng)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、程控穩流穩壓電源、直流電源、繼電器、信號隔離轉換器等?？偪刂剖疑衔粰C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(jìn)性,可靠性和成本因素,硬件采用如下配置:
    (1)PLC采用西門(mén)子公司S7-300系列產(chǎn)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(lái)采集柜內和現場(chǎng)的各類(lèi)開(kāi)關(guān)量信號;底板上同時(shí)也配有處理模擬量信號的模數和數模轉換模塊,裝在現場(chǎng)的各類(lèi)變速器采集模擬信號如氮氣壓力、離心機振動(dòng)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(jīng)過(guò)換算,在人機界面上實(shí)時(shí)顯示。數模模塊用于根據生產(chǎn)要求,實(shí)時(shí)修改離心機的運行速度。
    (2)監控系統選用一臺研華工控機作為操作界面,監控軟件為WINCC6.0。
    WinCC(WindowsControlCenter,窗口控制中心)是西門(mén)子公司(SIMENS)實(shí)現PLC與上位機之間的通訊及上位機監控畫(huà)面的制作的組態(tài)軟件,可與SIMATIC產(chǎn)品實(shí)現無(wú)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(shí)現控制界面設計、硬件組態(tài)、變量管理、標簽歸擋、報警歸擋、打印歸擋與用戶(hù)管理等功能,并可使監控畫(huà)面根據現場(chǎng)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)顯示,建立完整的過(guò)程監控解決方案。
    本系統采用的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(shí)現通信,用戶(hù)可以通過(guò)WINCC操作和監控界面進(jìn)行設備的啟動(dòng)、停止,故障查詢(xún),歸檔數據的查詢(xún),各類(lèi)工藝參數的修改等。
    利用winCC作為監控軟件,不但可以簡(jiǎn)化上位機與PLC的通訊,方便地讀取來(lái)自于PLC的數據及向PLC傳送數據,而且很容易配置形象、逼真的監控畫(huà)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(chǎn)品。
    離心機為恒轉矩大慣性負載,采用變頻控制實(shí)現電機的軟啟動(dòng)既可減少對電網(wǎng)的沖擊,也減少機械沖擊而延長(cháng)設備壽命,還可以根據不同工藝要求進(jìn)行多段速運行。同時(shí)變頻器具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓等豐富的保護功能,當負載或電機出現異常時(shí)變頻器因故障停機并快速封鎖輸出以及時(shí)保護電機。
    4　監控系統軟件編制
    (1)根據使用廠(chǎng)家的要求,離心機的控制方式分為:手動(dòng)(步進(jìn))、單循環(huán)、全自動(dòng)循環(huán)。手動(dòng),單循環(huán)是在調試或者其它試車(chē)情況下使用,正常生產(chǎn)時(shí)使用全自動(dòng)方式。
    (2)編程采用編程軟件SIMATIC專(zhuān)業(yè)軟件包,它基于個(gè)人計算機,適用于西門(mén)子公司PLC的用戶(hù)程序編制和監控,通過(guò)計算機串行接口與PLC編程口相連,軟件中同時(shí)使用了語(yǔ)句表,梯形圖,GRAPH編程方法。不同的編程方法有不同的特點(diǎn),如工藝步驟的運行比較容易有GRAPH來(lái)實(shí)現。
    (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(lèi)閥的開(kāi)關(guān)不到位,離心機的前后軸溫度的上限,離心機振動(dòng)上限,離心機轉速上限等。
    重要故障如:緊急停止,門(mén)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(dòng)的上上限,離心機轉速的上上限等。
    一般故障發(fā)生時(shí),執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的繼續運行,或者工藝步驟的重新運行。操作者選擇好需要的運行方式后,離心機的速度即慢慢升高至設定速度,當離心機的實(shí)際運行速度在設定速度正負50轉范圍內時(shí),工藝步驟開(kāi)始運行。
    重要故障發(fā)生時(shí),離心機跳機,處于自由停車(chē)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(kāi)機。
    5　結束語(yǔ)
    該系統自改造投入運行以來(lái),結果令人滿(mǎn)意,各項指標滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝操作要求。系統啟動(dòng)平穩,運行穩定,界面友好,操作維護簡(jiǎn)便,為現場(chǎng)操作人員創(chuàng )造了一個(gè)高效率的工作環(huán)境,實(shí)現了較為先進(jìn)的離心機控制技術(shù)。