钠离子交换器PLC改造
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摘要：济源钢铁2#水泵房钠离子交换器是将生水转化为软水的重要设备，正常情况下炼钢所使用的软水全部来自该装置，原电气控制为传统继电器控制，运行不稳定，出现故障后多次影响软水质量，本文即针对这种情况，介绍了PLC控制的方案及改造后取得的效果。
关键词：PLC 软水 钠离子交换器
一、前言
钠离子交换器的传动设备主要有两个电机，一个电机由皮带传动，皮带轮带动丝杠同轴旋转，丝杠的旋转方向不同带动其上的搬杠，然后拨动后部的棘轮，棘轮的旋转带动旋转阀，从而完成原水到软水生成的各个流程。在丝杠上运行一个来回，后边的旋转阀走一个棘轮齿的行程，旋转阀一共有十个棘轮齿，对软水生成来说旋转阀转一周为一个完整循环。因本系统为双柱交替连续工作，即一个柱在产水运行，另一个做再生还原，所以对每五个棘轮齿的运行即为一个完整的电控循环，在每个完整的电控循环中要包括一次进盐动作，进盐由另一台电机拖动设备完成，因此本系统并不复杂，然而由于电控系统的不稳定性，使该系统使用一直不好，还多次造成大的生产事故。
二、钠离子交换器使用以来存在的主要问题
（1）因该系统为传统继电器控制系统，就地无专人值守，出现故障后远程的操作人员不能及时获取信息，软水的水质很难得到可靠的设备保障。
（2）系统选用的行程开关为机械式传动，因多次碰撞，造成信号不稳定出现搬杠越位，设备卡死，磨断皮带。
（3）该系统对使用的交流接触器释放功能有严格的要求，即线圈断电后，接触器应立即释放，释放过慢，可能出现搬杠越位现象，断皮带、机械卡死现象就会发生。
（4）由于机械原因出现卡死或传动脱节现象。机械卡死现象很容易被发现，而传动脱节这种故障常被人忽视，即搬杠在丝杠上运行完全正常，由于滑块及拨叉的故障，后部的棘轮并没有随着搬杠的运行而转动，旋转阀停留在原位， 这种故障若不及时被发现，所产软水钙离子、镁离子浓度将严重超标，软水质量不合格。
（5）由于机械传动部分缺陷，钠离子交换器出现连续两次进盐的现象，虽然软水硬度符合要求，但是软水氯离子浓度超标。工业盐用量增加，造成软水成本升高。
（6）由于时间继电器或其它电气原因，钠离子交换器接到启动命令后长时间不动作或未按设定周期动作，造成生成的软水量少，不能满足生产需要。
三、PLC控制改造方案
针对钠离子交换器存在的问题用PLC进行改造，可以使控制系统得到极大的完善和优化。采用一套S7-200的系列的224本体模块，就可完成系统升级改造，后来又在此基础上增加EM277模块，实现了S7-200 PLC与S7-400PLC现场远程站点的PROFIBUS通讯，然后通过S7-400PLC的上位机的wincc人机界面控制系统，实现对钠离子交换器的监控，由于西门子PLC与Wincc控制、报警等功能较为完善，对该系统改造后提高了设备的可控性和稳定性。
（1）PLC的程序判断出钠离子交换器故障时，强制系统断电，并立即发出故障信号至软水站运程I/O站，故障信息通过操作室至软水站的 PROFIBUS通讯将信号传至电脑画面上。在水泵房S7-400的PLC中增加报警程序，一旦S7-400接到故障信号，即发出连续的声光报警，通过电脑画面显示，操作工便可判断出远程钠离子交换器故障，迅速采取应对的方案，不会对软水的生成造成影响。
（2）行程开关属机械式开关，寿命有限，每年更换二十多个，且造成事故多起。钠离子交换器属频繁连续工作的设备，该开关不适合控制所需，因此我们选用性能优良的欧姆龙接近开关，以电子感应式替代了机械接触式开关，即使出现搬杠越位现象也不会出现接近开关损坏，接近开关使用寿命长、故障率低提高了电控系统的稳定性能。
（3）众所周知，接触器得电吸合，失电后断开是很正常的事，一般情况下，接触器在成千上万次动作中偶尔有一次释放过慢，即线圈断电后，接触器仍维持2-3秒钟的吸合状态是很正常的，但对该系统来说即使千分之一、万分之一的几率，就一定会出现越位卡死，并且对设备造成伤害。为了杜绝这种现象发生，程序中对接触器断电后，在1.5秒钟之内仍未接收到接触器释放的信号，即认为该系统故障，停机报警。同样在PLC发出接触器吸合指令后，3秒钟内若无吸合响应，也认为是系统故障，停机报警。该逻辑判断适时对接触器进行检测，接触器有任何故障都不会造成设备事故。
（4）为了防止机械故障，即旋转与前端传动脱节，在程序中启用计数器指令。当丝杠在运行五个往返动作中未检测到电机进盐动作，即判断旋转传动故障。同样当搬杠在丝杠上动作超过正常时同的3-5秒，系统即认可为机械卡死，停机报警。
（5）为了防止连续进盐事故的发生，在程序中如果确认一次进盐后，仍有进盐输入信号，程序中有严谨的逻辑将其屏蔽掉，为了防止机构动作过程中有进盐误动作，因丝杠动作时间来回不超过40秒，连续进盐时间超过2分钟程序认可为一次进盐，否则进盐动作为无效，确保一个循环中有进盐动作，保证離子交换的质量
（6）为了防止钠离子交换器长时间不动作，当选定某一交换器工作时，由于操作设定为10-15分钟一个动作间隔。当离子交换器20分钟内无动作发出，便发出故障报警。
以上所有报均分别在程序中分类记录，当钠离子交接器发生故障时，打开程序在线便可发现事故停机的原因，为问题的查找提供了便利的手段。
四、结语
钠离子交换器改造后从未发生过断带、各种原因的搬杠越位现象。同时由于实现了计算机适时监控，避免了操作人员两地频繁奔波的劳累之苦，因程序中对各种事故有详细的历史记录，为设备的维护提供了真实的资料。
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