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卞家宏 马永水
摘 要 在改造意大利全自动离心机电控系统工程中,设计了基于Siemens S7 - 300 系列PLC 的电控系统,并根据离心机滤鼓调速的特点采用了西门子Micromaster 440 变频器作为滤鼓调速器,PLC 和MM440 变频器之间采用Profibus2DP 现场总线通信实现对变频器的自动调控。整个系统具有控制体系简明开放、布线简单可靠、控制运行准确平稳的特点。
要害词 全自动离心机 电控系统 变频器
1 应用背景
全自动离心机是化学合成制药生产中的要害设备, 其功能主要是通过有过滤作用的转鼓高速旋转产生离心作用, 实现混合物料在滤鼓上的固液分离。华北制药股份有限公司在生产中使用的是意大利产全自动离心机, 能够自动完成进料、洗涤、甩干、排液、卸料等功能, 还具有安全保护联锁措施。但是多年使用后的电控系统存在可靠性下降、备件奇缺、维护费用高昂等不足。离心机电控系统极易出现停车故障, 致使生产中断造成损失, 而且原有的操作流程设计不太适合新型生产工艺的运行。
为解决以上问题。2002 年8 月本工程对其电控系统进行了彻底改造,重新设计了基于Siemens S7 - 300系列PLC 的电控系统,采用了Micromaster 440 变频器作为滤鼓调速器。通过Profibus - DP 现场总线通信实现对变频器的自动调控。整个电控系统体系简明开放,布线简单可靠,控制运行准确平稳,大大提高了工效,收到了良好的效果。
2 系统组成
离心机电控系统主要由1 # 离心机主变频器、2 # 离心机主变频器、现场防爆操作屏Batech、远端SiemensTP170A触摸操作屏、Siemens CPU315 - 2DP 及I/ O 模块、上位监控计算机HP WinCC 组成,如图1 所示。
离心机电控系统作为上位计算机的1 个Profibus - DP从站,采用1 台Siemens CPU315 - 2DP 作为两台离心机的控制器。离心机操作现场是有危险性气体存在的危险区,人机操作界面采用德国Batech 防爆操作屏,离心机主电机功率为1815kW, 50Hz 时转速为1480r/ min ,离心机滤鼓电机采用Micromasteres 440 变频器进行调速,实现对离心机滤鼓转速的控制调整,如实现离心机的启、停、升速、降速、自动电机保护等功能。以上变频器、触摸屏、防爆操作屏均作为Slave节点通过Profibus - DP 与通信连接,通信速率为12MBaud 。
3 离心机滤鼓的调速要求
滤鼓是全自动离心机工作的核心,是直径115m、高019m 的带底圆简状不锈钢结构,滤鼓的旋转靠滤鼓电机带动齿轮皮带进行传动,具有转动惯量大、摩擦力小、转速高的特点。而且,离心机的几个要害工作步骤都要对滤鼓的转速进行准确控制和限定,具体如下:
① 离心机在不工作状态下应保持安全状态,滤鼓转速保持为0r/ min。
② 机盖闭合,防爆安全装置就位后,离心机可以启动进入进料状态,此时转速由0r/ min 升至120r/ min ,进行均匀进料。
③ 均匀进料完毕后,滤鼓转速升至200r/ min 进行滤饼洗涤操作。
④ 洗涤完成后,滤鼓转速由200r/ min 升至980r/min 进行高速甩干操作。
⑤ 甩干操作完成后进入卸料程序,滤鼓转速由980r/ min 降至500r/ min 并保持不变,然后启动卸料刮刀进行自动卸料操作。
⑥ 卸料操作完成后,滤鼓转速由500r/ min 降为120r/ min 等待下一次进料。
⑦ 重新开始②～ ⑥循环,直到停机,转速降为0r/min。
一个完整周期的离心机滤鼓的调速变化曲线如图2 所示。
离心机滤鼓调速的操作具有如下特点:
① 滤鼓转速需要经常调整,升降过程频繁,而且要根据物料不同经常变换各设定值。
② 转速定位精度要求高,如卸料时,转速不合适会造成物料飞溅或粘刀等不良现象。
③ 由于滤鼓本身转动惯量大, 摩擦力又非凡小, 且每次转速变化幅度较大, 故需要有机械刹车
或电力制动功能, 缩短降速过程时间, 提高工作效率。
4 变频器选型与特点
4. 1 变频器选型
根据以上所述离心机滤鼓调速的特点与要求,此工程项目中选用了西门子Micromaster 440 系列变频器。22kW,集成内置A 级EMC 滤波器及基本操作面板BOP ;并且附加Profibus2DP 通信模块, 实现与PLC(CPU315 - 2DP) 的通信; 另设置MLFB6SE6400 型制动电阻,利用MM440 内置集成的斩波器来实现对滤鼓的快速制动控制功能。本工程项目中Micromaster 440 变频器选型配置及标准附件详见表1 。
本工程中MM440 变频器的主要参数设定值如表2所示。
4. 2 特点
Micromaster 440 变频器是西门子公司新一代变频器,其在本次工程应用中的主要特点有:
① 控制功能强大,适用性强
其控制方式多样,FCC、各种VF、力矩控制等可根据负载特性灵活选择;
模拟、数字的输入输出端子功能可编程使用;75kW以下变频器集成斩波器,配合制动电阻可实现快速复合制动功能;
加速、减速的斜坡函数可编程;
具有快速电流限制功能(PCL) ,避免频繁跳闸现象。
② 保护功能完善
具有115 倍以上的抗过载能力且有过、欠压、过温、短路等保护功能,还有电动机I2t 过热、PTC 过热、电机失速等负载电机的保护功能。
③ 可选件丰富
具有Profibus 通信模块、EMC 滤波器、输入输出电抗器、脉冲编码器计数模块、制动电阻等通用型附件,可满足不同的使用要求。
④ 调试简单方便
可通过BOP、AOP 等对变频器进行基本参数的设置,也可以通过专用调试软件如Drivemoniter 或Stsrter进行面向参数表的调试和启动。
5 工程中解决的问题
系统调试运行过程中,针对变频器重点解决了以下几个问题:
① 设计联锁保护。在PLC 控制程序中加入对MM440 运行情况的监视和判定,并作为离心机进行其他工作步骤的首要条件。
② 配置制动电阻,加快离心机滤鼓的降速执行时间。通过实验找出合适的上升斜坡时间和下降斜坡时间,尤其是下降斜坡时间,既要保护制动电阻温升速率在合理工作范围内,又能最大限度地提高生产效率。
③ 制动电阻的安全接线。制动电阻要消耗滤鼓减速产生的大量热能,所以一定要防止制动电阻的温度过高,其热保护电路如图3 所示。
④ 解决好电控系统尤其是变频器部分的通风、散热问题。主要通过控制柜合理布局,使风道畅通,通风均匀,并定期清理过滤网。
⑤ 选型时要选择EMC 滤波器,保证Profibus 通信不受干扰。
⑥ 对电动机的保护措施有PTC 过热、过流、短路等保护。
⑦ 将变频器的运行状态参数上传给上位计算机进行监控报警和记录,方便把握变频器的运行状态。
6 结束语
本工程利用PLC 通过Profibus - DP 通信网络控制Micromaster 440 变频器实现了全自动离心机滤鼓转速的复杂调速控制要求,既简化了布线,减少了故障点,又增加了运行状态参数监视,提供了完善的保护措施,取得了非常好的使用效果。到目前为止,包括MM440在内的电控系统一直高效安全运行,故障率为零,充分体现了现场总线技术给工业生产带来的越来越明显的优越性。 |
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