鈉離子交換器PLC改造

李超 賈建紅 杜銀川

摘要：濟源鋼鐵2#水泵房鈉離子交換器是將生水轉化為軟水的重要設備，正常情況下煉鋼所使用的軟水全部來自該裝置，原電氣控制為傳統繼電器控制，運行不穩定，出現故障后多次影響軟水質量，本文即針對這種情況，介紹了PLC控制的方案及改造后取得的效果。

關鍵詞：PLC? 軟水? 鈉離子交換器

一、前言

鈉離子交換器的傳動設備主要有兩個電機，一個電機由皮帶傳動，皮帶輪帶動絲杠同軸旋轉，絲杠的旋轉方向不同帶動其上的搬杠，然后撥動后部的棘輪，棘輪的旋轉帶動旋轉閥，從而完成原水到軟水生成的各個流程。在絲杠上運行一個來回，后邊的旋轉閥走一個棘輪齒的行程，旋轉閥一共有十個棘輪齒，對軟水生成來說旋轉閥轉一周為一個完整循環。因本系統為雙柱交替連續工作，即一個柱在產水運行，另一個做再生還原，所以對每五個棘輪齒的運行即為一個完整的電控循環，在每個完整的電控循環中要包括一次進鹽動作，進鹽由另一臺電機拖動設備完成，因此本系統并不復雜，然而由于電控系統的不穩定性，使該系統使用一直不好，還多次造成大的生產事故。

二、鈉離子交換器使用以來存在的主要問題

（1）因該系統為傳統繼電器控制系統，就地無專人值守，出現故障后遠程的操作人員不能及時獲取信息，軟水的水質很難得到可靠的設備保障。

（2）系統選用的行程開關為機械式傳動，因多次碰撞，造成信號不穩定出現搬杠越位，設備卡死，磨斷皮帶。

（3）該系統對使用的交流接觸器釋放功能有嚴格的要求，即線圈斷電后，接觸器應立即釋放，釋放過慢，可能出現搬杠越位現象，斷皮帶、機械卡死現象就會發生。

（4）由于機械原因出現卡死或傳動脫節現象。機械卡死現象很容易被發現，而傳動脫節這種故障常被人忽視，即搬杠在絲杠上運行完全正常，由于滑塊及撥叉的故障，后部的棘輪并沒有隨著搬杠的運行而轉動，旋轉閥停留在原位， 這種故障若不及時被發現，所產軟水鈣離子、鎂離子濃度將嚴重超標，軟水質量不合格。

（5）由于機械傳動部分缺陷，鈉離子交換器出現連續兩次進鹽的現象，雖然軟水硬度符合要求，但是軟水氯離子濃度超標。工業鹽用量增加，造成軟水成本升高。

（6）由于時間繼電器或其它電氣原因，鈉離子交換器接到啟動命令后長時間不動作或未按設定周期動作，造成生成的軟水量少，不能滿足生產需要。

三、PLC控制改造方案

針對鈉離子交換器存在的問題用PLC進行改造，可以使控制系統得到極大的完善和優化。采用一套S7-200的系列的224本體模塊，就可完成系統升級改造，后來又在此基礎上增加EM277模塊，實現了S7-200 PLC與S7-400PLC現場遠程站點的PROFIBUS通訊，然后通過S7-400PLC的上位機的wincc人機界面控制系統，實現對鈉離子交換器的監控，由于西門子PLC與Wincc控制、報警等功能較為完善，對該系統改造后提高了設備的可控性和穩定性。

（1）PLC的程序判斷出鈉離子交換器故障時，強制系統斷電，并立即發出故障信號至軟水站運程I/O站，故障信息通過操作室至軟水站的 PROFIBUS通訊將信號傳至電腦畫面上。在水泵房S7-400的PLC中增加報警程序，一旦S7-400接到故障信號，即發出連續的聲光報警，通過電腦畫面顯示，操作工便可判斷出遠程鈉離子交換器故障，迅速采取應對的方案，不會對軟水的生成造成影響。

（2）行程開關屬機械式開關，壽命有限，每年更換二十多個，且造成事故多起。鈉離子交換器屬頻繁連續工作的設備，該開關不適合控制所需，因此我們選用性能優良的歐姆龍接近開關，以電子感應式替代了機械接觸式開關，即使出現搬杠越位現象也不會出現接近開關損壞，接近開關使用壽命長、故障率低提高了電控系統的穩定性能。

（3）眾所周知，接觸器得電吸合，失電后斷開是很正常的事，一般情況下，接觸器在成千上萬次動作中偶爾有一次釋放過慢，即線圈斷電后，接觸器仍維持2-3秒鐘的吸合狀態是很正常的，但對該系統來說即使千分之一、萬分之一的幾率，就一定會出現越位卡死，并且對設備造成傷害。為了杜絕這種現象發生，程序中對接觸器斷電后，在1.5秒鐘之內仍未接收到接觸器釋放的信號，即認為該系統故障，停機報警。同樣在PLC發出接觸器吸合指令后，3秒鐘內若無吸合響應，也認為是系統故障，停機報警。該邏輯判斷適時對接觸器進行檢測，接觸器有任何故障都不會造成設備事故。

（4）為了防止機械故障，即旋轉與前端傳動脫節，在程序中啟用計數器指令。當絲杠在運行五個往返動作中未檢測到電機進鹽動作，即判斷旋轉傳動故障。同樣當搬杠在絲杠上動作超過正常時同的3-5秒，系統即認可為機械卡死，停機報警。

（5）為了防止連續進鹽事故的發生，在程序中如果確認一次進鹽后，仍有進鹽輸入信號，程序中有嚴謹的邏輯將其屏蔽掉，為了防止機構動作過程中有進鹽誤動作，因絲杠動作時間來回不超過40秒，連續進鹽時間超過2分鐘程序認可為一次進鹽，否則進鹽動作為無效，確保一個循環中有進鹽動作，保證離子交換的質量

（6）為了防止鈉離子交換器長時間不動作，當選定某一交換器工作時，由于操作設定為10-15分鐘一個動作間隔。當離子交換器20分鐘內無動作發出，便發出故障報警。

以上所有報均分別在程序中分類記錄，當鈉離子交接器發生故障時，打開程序在線便可發現事故停機的原因，為問題的查找提供了便利的手段。

四、結語

鈉離子交換器改造后從未發生過斷帶、各種原因的搬杠越位現象。同時由于實現了計算機適時監控，避免了操作人員兩地頻繁奔波的勞累之苦，因程序中對各種事故有詳細的歷史記錄，為設備的維護提供了真實的資料。