卞新亮，张述洪

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南 250101）

经验交流

焦油超级离心机控制故障分析与改进

卞新亮，张述洪

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南 250101）

对焦油超级离心机常见控制系统故障进行了分析。通过先后实施控制开关设备、变频器自主改进以及连锁控制功能完善工作，使设备运行稳定，保证了生产的顺行。

焦油超级离心机；PLC；变频器；连锁控制

1 前言

济钢化工厂焦油加工系统原料焦油的脱水脱渣工作由2台超级三相卧式螺旋卸料离心机担任，离心机具有转速高、振动小、噪音小、维护周期长等优点。设备采用模块式PLC构建控制系统，采用ABB ACS550系列变频器为主调速设备，并辅以各类检测元件、操作控制元件，实现焦油脱水脱渣的三相分离生产需求。其具备操作简便、自动化程度高、劳动强度低、操作环境好、分离效率高的特点。但随着设备的逐年老化、现场腐蚀以及生产操作进一步的精细化，逐步产生了一系列故障问题，对此，化工厂对设备进行改进。

2 系统故障原因分析

2.1 系统故障

1）因现场腐蚀等各种恶劣环境的影响，现场操作控制盘部分设备损坏，不能有效进行调速控制，致使焦油分离效果不能满足生产需要。2）随着设备逐步老化，原设计变频器抗干扰能力逐步下降，多次出现误报虚假故障；PLC系统多次出现问题，造成非正常停机，检维修工作过度依赖厂方技术人员，故障处理不及时，停机时间长，严重影响生产的高效连续运行。3）焦油原料输送泵与离心机未能进行连锁控制，多次发生离心机故障停机而原料输送泵未停现象，造成跑焦油事故，严重污染了环境，也给生产操作人员带来极大不便。

2.2 工作原理

焦油通过原料泵及供料管进入离心机内，在离心力的作用下连续使固相焦油渣和液相的焦油、氨水分离开来，比重较大的焦油渣沉降到转鼓壁上，然后由螺旋输送器传送到筒体的锥体端，从排料口进入焦油渣集料箱；比重较小的焦油和氨水则在离心机转筒内部形成同心圆柱，氨水处于内层，焦油处于外层，通过调节溢流堰和可变叶轮来改变和确定焦油、氨水的分界面，从而调节焦油的含水量和氨水的含油量，焦油和氨水通过重力作用分别从不同的通道排出。焦油渣的含油量则通过改变螺旋差速来控制。通过离心机处理后的焦油含水为1%～2%，含渣＜0.3%，处理能力为22.5 t/h。在焦油蒸馏工艺中，原料焦油含水量每降低1%，每吨焦油煤气消耗量将降低1.34 m3/h，较低的焦油含水量有利于节能降耗。

2.3 系统组成

离心机控制系统采用西门子S7-300系列PLC，由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块等组成。控制系统采用的通讯方式为Profibus-DP通讯，选用模块为CP342-5通信处理器。离心机驱动电机的调速通过变频器来完成，采用ABB ACS550系列变频器，同时设有振动、温度监测，在设备出现故障振动大、温度高时，可自行停机；设有差速控制和超载保护，通过控制转筒和螺旋的转速差，可调节焦油渣含油量，超载保护可自动控制进料量，防止离心机堵塞，保护设备。

2.3 系统功能分析

现场操作控制盘的主要作用：螺旋差速显示、转鼓转速显示、选择数字显示、多位旋钮、设定值增/减旋钮、报警指示、控制电源指示、灯测试按钮、喇叭消音按钮、螺旋启动/停止按钮、螺旋控制模式选择、转鼓启动/停止按钮、急停按钮。各按钮开关为开关量点进入PLC，显示仪表通过速度转换器显示测速探头检测螺旋、转鼓速度，与PLC无交叉。

离心机控制系统主要采集的数字量输入信号（DI）：离心机振动报警信号、齿轮油位信号、驱动电机超温报警信号（两个）、急停按钮报警信号、变频器故障信号、空气开关状态信号等。输出的数字量信号（DO）：螺旋启动信号、转鼓启动信号。采集的模拟量输入信号：螺旋驱动扭矩信号、转鼓驱动功率信号、螺旋差速信号、转鼓转速信号（同差速信号）、进料温度。输出的模拟量信号：螺旋驱动设定信号、转鼓驱动设定信号。螺旋、转鼓驱动设定信号作为变频器的频率输入信号，实现控制电动机运转速度的要求。

变频器主要控制参数：电动机控制模式，启动运行控制方式，频率给定模式，电流、功率、扭矩输出（至PLC），转速、频率保护功能（超限监控数字量至PLC）。

3 改进方案与实施

3.1 控制开关设备改进

针对现场操作控制箱调速选择开关损坏的问题，通过对该选择控制开关进行检查、测试以及与现场另一台正常设备进行对比，结合现有资料进行功能分析，最终测定该开关为6对单极控制开关，其中两对点未定义设计，即每操作1次仅有1对控制线路接通，且为顺序控制，不产生交叉，因此采取了用6支单联空气开关代替该设备的措施，并根据原操作顺序进行排序接线。根据原设备操作特点制定相应的操作方法，即每次操作仅能合上1个开关，进行功能切换时，遵循先分断后合闸的操作方式。经现场反复试验操作，该方式完全可代替原控制设备功能，实现转鼓调速、螺旋差速调整、转鼓转矩设定、螺旋转矩设定功能。通过现场操作使用，实现了原控制设备功能，达到了便捷、可靠操作的要求。

3.2 变频器自主控制

通过对离心机控制系统功能分析，探索实施利用现有变频器取代原变频器的攻关方案。通过对离心机控制原理、控制系统、PLC系统及现场设备的检查分析，明确变频器控制要点及相关重要参数。

利用现有抗干扰能力较强、使用稳定性强的AB 1336系列、艾默生系列以及ACS800系列变频器，此类变频器均具有直接转矩控制、启动向导及自动识别电机特征、优化电机控制功能。

根据离心机控制系统要求，变频器控制需实现以下功能。远程控制功能：变频器的启停由PLC实现远程控制且只能正转，转速信号由控制系统模块输出4～20 mA电流控制。变频器运行参数输出功能：变频器运行功率、转矩、电流等参数由变频器模拟输出端子输出4～20 mA电流信号至PLC。设备运行保护功能：通过对变频器保护参数的修改设定，实现电机过扭矩保护功能、转鼓超速保护功能以及频率保护功能。电机特征识别，控制优化功能：通过选择DTC（直接转矩控制）电机控制模式功能，并选择REDUCED辨识运行方式功能，对电机启动特征进行辨识识别，自动优化电机控制，提高控制精度，降低噪声及谐波干扰。

经多次试验、调试，在保证各功能可靠的前提下，成功实现了利用现有变频器替换原变频器的目标，保证了离心机控制安全、稳定、可靠运行，提升了系统稳定性。

3.3 焦油原料输送泵与离心机的连锁控制

控制难点：两台离心机均需分别与两台焦油原料泵进行连锁控制，两台设备处于不同电源段，控制电源不同相，处理不当极易造成不同段电源低压并联的恶性事故。

解决方案：采用增加中间继电器的方式，将两台设备控制电源进行有效隔离。KM1、KM2为焦油原料泵控制接触器；alm1、alm2为离心机控制系统总报警输出点，采用220 V电源控制，KA1、KA2为新加连锁控制继电器，其辅点均为3对常开常闭。QL1与QL2为连锁投入选择开关，当开关闭合时连锁解除，开关断开连锁投入；分别将新增连锁继电器KA1、KA2的两对常闭点串行引入焦油原料输送泵控制回路，离心机故障时报警点输出220 V电压，中间继电器线圈得电，常闭点断开，焦油原料泵控制回路断开，从而实现连锁保护功能。该控制方式无论哪一台离心机出现故障停车，两台焦油原料输送泵均连锁停机，且在故障未复位的情况下焦油原料输送泵亦不能启动。通过现场试验，连锁控制功能安全可靠，有效避免了离心机故障状态下原料泵未及时停机而发生的跑油事故，大大改善了操作环境，有效降低了劳动强度。

增加声光报警装置：为方便操作人员进行操作，能够在第一时间发现设备停机，在焦油操作室增加离心机故障停机声光报警装置，其控制采用新增连锁继电器KA1、KA2的第3对常开点。QL3、QL4为连锁投入与解除选择开关，当停机检修或仅开1台设备时可选择性的连锁投入，避免误报警，方便操作监控。

4 结语

通过对设备功能的全面分析，成功实施了现场操作控制设备的自主改造，改进后实现原控制设备的功能，且操作便捷，控制可靠；成功利用现有变频器替换原控制设备，实现了备件的多样性选择，解决了PLC控制系统检修维护难题；连锁控制以及声光报警装置的增加，从根本上解决了离心机故障停机时的跑油难题，杜绝了环境污染事故的发生。

TQ520.5

B

1004-4620（2015）03-0067-02

2015-04-16

卞新亮，男，1982年生，2004年毕业于青岛理工大学自动化专业。现为济钢检修工程公司工程师，从事电仪控制设备维护工作。