浅谈脱水电器控制系统及故障诊断

杨秀莲，王翀

(成都市排水有限公司维修中心，四川 成都 610042)

0 引言

成都市排水公司某厂脱水系统，于2008年进行改造，2009年6月投入试运行至今。工程因种种原因除增加一套脱水系统外，其它5套系统采取部分硬件设备改造。改造的主要设备有离心机、泥饼泵、螺旋输送机、切割机、泥泵电磁流量计、药泵电磁流量计、泥斗、泥斗物位计、破桥设备。未改造的设备为进泥泵、药泵(图一中虚线部分)、储泥池液位计、配药罐液位计、冲洗水泵。未改造设备的控制系统由荷兰DHV公司提供。改造的离心机是德国WESTFALIA离心机，泥饼泵为英国MONO公司生产的。所有流量计和物位计为美国ABB公司产品。螺旋输送机以及电气控制柜由成都蜀洁环境工程公司提供。这一较为复杂的系统，因采取部分设备改造的方式，在控制上每一个子系统与总PLC的无缝含接，技术人员在技术上都具有纵深的要求。否则维修中心技术人员，在投运后的故障诊断及故障处理工作中面临极大的挑战。

1 工程电气控制系统的结构以及控制简介

工程电气控制由两套PLC控制系统组成。一个是以泥饼泵控制为主的总PLC系统;一个是以离心机控制为主的PLC系统，两套系统相互通讯相互控制。见图1。

图1 脱水系统控制结构图

总PLC全套硬件采用西门子公司的产品，其中CPU为西门子的S7－300[1]。25个输入输出模块，其中模拟量模块6个，数字量模块19个。配置上传信号通讯卡，以便离心机运行状态上传到总控室。总PLC控制2台泥饼泵、2台螺旋输送机、2台破桥机、2台刀闸阀、4台旋塞阀。并接收它们的反馈信号。同时还要接收泥斗液位、泥饼泵出口压力、泥饼泵干运行保护信号并进行比较计算以便控制泥饼泵的运行。其中旋塞阀设备在改造中未采用。为满足WESTFALIA的控制程序，乙方采用扩展继电器触点，虚拟反馈它们的状态。

离心机PLC同样全部硬件均采用西门子公司的产品，CPU为S7－300。5个输入输出模块，其中3个模拟量模块，2个数字量模块。在实际结构上有2个模块与CPU组成在一起。离心机模块具有输入输出功能。离心机PLC控制进泥泵、药泵、切碎机、冲洗水泵，并接收它们的反馈信号。对泥泵变频、药泵变频进行速度设定并接收它们扭矩反馈信号。除此之外，还要接收泥流量、药流量信号，并进行比较计算以便控制离心机系统的运行。

2 故障案例分析

从2009年6月试运行以来，多次主持对脱水系统电气控制故障诊断与排除工作。下面例举几个典型的故障案例。

2.1 离心机突然以螺旋输送故障报警停机

2.1.1 故障现象描述

2010年3月18日脱水机(1、2、3)突然停机，停机以螺旋输送报警方式。泥饼柜00－K10继电器失电，经重新复位后，又能开机。下午离心机(4.5.6)又突然停机，同样重新复位后又能开机。针对频繁停机故障，采取用手动方式开泥饼泵、螺旋输送机。实现手动的措施是:将泥饼变频器柜－X2“4”、“5”短接，实现泥饼泵手动。将总PLC柜00－K10、00K20两个继电器的6对触点短接，实现螺旋输送机手动，而离心机仍然自动运行。

2.1.2 故障技术分析

本次以螺旋输送机故障报警频繁停机的现象，从离心机、泥饼泵、螺旋输送泵控制图分析出导致停机的原因在于:当正常自动开机时，在按离心机 DCU8控制器上的“ON”后，转筒马达起动，辅助马达起动，离心机起动。离心机空载运行至转速达3000转/分钟后，再按离心机 DCU8控制器上的“PRODUCE”，起动泥泵、药泵。然后由总PLC DO模块 A16、A17→输出信号，通过继电器控制螺旋输送机“5－104”、“5－107”触点 →螺旋输送机运行→通过5KM继电器触点反馈信号到总PLC DI模块A6、A7→再与DO模块A25通讯→A25延时(约60 s)控制00－K20、00－K10→发送信号给每台离心机 DI模块100=00－A0.CPE2.7/31.1→每台离心机收到螺旋输送机(德国人习惯叫固体侧)准备好信号。本次故障原因在于DO模块A25无信号输出，离心机PLC DI模块100=00－A0.CP E2.7/31.1不能收到螺旋输送机准备好的信号(离心机带负货运行的条件之一，必须要固体侧准备好)。所以，此次故障导致离心机停机，并以螺旋输送故障报警。

2.1.3 该故障的后续影响和采取的必要措施

由于生产的需要不容许停机，常常会采取复位后再开机。这样反反复复，容易导致螺旋输送机交流接触器线圈严重发热，破坏线圈绝缘，严重会导致烧线圈烧电机。这次故障对控制系统提出了一个要求，就是在总PLC出故障后，为了不影响生产，由总PLC控制的螺旋输送机、泥饼泵可以采取手动的方式运行。为此采取实现手动功能措施，对原来的控制方案作一个补充。

2.2 离心机停机后冲洗水泵不能自动冲洗故障

2.2.1 故障现象描述及故障分析

2010年4月7日，发生4号离心机停机后冲洗水泵只能手动不能自动冲洗的故障。通过对离心机和冲洗水泵控制回路进行分析(图2)，发现故障原因在于停机后，离心机PLC收到一个错误的反馈信号。当离心机停机时，PLC应该收到冲洗水泵正常并准备工作的信号。在实际控制线路中，现场未将冲洗水泵信号反馈到离心机PLC。为了在控制上满足控制程序的需要，采取虚拟反馈的方式。具体手段是将执行冲洗水启动的13－K10继电器的常开触点进行扩展(扩展继电器的线圈并联在13－K10继电器的线圈上)[2]。原来为1对触点的继电器扩展为2对触点。一对触点执行冲洗水泵启动;另一对触点反馈到离心机PLC数字量模块00－A0.6E8.7(该模块具有输入、输出功能)，给 PLC发出一个信号:收到启动冲洗泵的命令，并在正常执行。本次故障在于技术人员在规范控制柜接线端子时不小心将扩展的13－K10继电器线圈接在启动螺旋电机的继电器上。当停离心机时，螺旋电机随之也停。00－A0.6E8.7模块不能收到冲洗水泵启动并正常运行的信号。为此该模块不发出执行冲洗水泵启动的信号，导致离心机停机后冲洗水泵不能自动启动。

2.2.2 故障暴露出问题的隐患以及排除手段

图2 冲洗水泵控制系统

该故障暴露出未改造的冲洗水泵控制系统，与改造的离心机控制系统存在有缝含接的问题。这是整个系统有缝含接之一。一般情况下，运行人员在能采取自动运行时都选择自动运行。当冲洗水泵控制系统真正出故障时，由于采取虚拟反馈，离心机PLC根本检测不到冲洗水泵控制系统的状态。系统在自动运行的情况下停机后，理所当然会认为在自动冲洗离心机。其实离心机并未在停机后接受冲洗(冲洗离心机是一个必须的过程)。下一次运行，特别是停的时间较长后再运行，大量的污泥黏附在螺旋和转鼓上，导致转鼓和螺旋振动过大，而损坏轴承。排除隐患的手段是在控制线路上作整改，将冲洗水泵的运行状态信号反馈到离心机PLC。

2.3 泥泵运行30分钟左右自动停机

2.3.1 故障现象描述及分析

2009年1月11日3#脱水系统在一切参数正常的条件下，自动开机运行大约30分钟，泥泵自动停机。反复多次开机都在约30分钟左右后自动停机。经对电路进行分析，发现泥泵控制继电器故障导致泥泵停机。泥泵运行继电器BK6线圈内部接线端由于接触不良，接触电阻增大，导致线圈电流减弱磁力下降。当运行约30分钟后，电流下降到一定程度，触点释放。释放后由泥泵反馈到离心机控制柜11－X2“1”、“2”的泥泵状态信号采集为故障状态，为此离心机PLC对控制泥泵运行的11－K10继电器执行停此命令(图3)。经更换BK6后系统故障排除，3#脱水系统运行恢复正常。

2.3.2 故障暴露出问题的隐患以及排除手段

对该故障进行诊断前，已有相关人员进行了多次检查。本来是一个非常简单的问题，故障却难以诊断。问题是在工程改造的泥泵控制柜中，对BK6继电器进行了扩展(对药泵也进行了扩展)，扩展后未做任何标识。造成维修人员在故障诊断时无从下手。花了大量的时间，反复清理线路才得以查出故障的原因。

图3 二期脱水1#-5#泥泵、药泵与离机控制图

改造后的泥泵控制柜完全能满足WESTFALIA离心机PLC控制系统的要求。不需要对泥泵、药泵、冲洗水泵控制继电器作任何扩展，扩展显然是画蛇添足。针对目前的隐患，一是可以通过恢复原来的线路排除;二是要求对改后的线路做明标识来排除。

3 结束语

从本文所举的故障案例，发现了该改造系统主要存在三方面问题。一是因为部分设备改造，系统自动控制的整体效果不如全部改造的效果，需要进行局部手动运行的补充(案例1中提到)。二是乙方为了满足整个系统控制程序的需要，将未采用的设备信号以虚拟反馈的方式与PLC通讯。部分虚拟反馈存在一定的风险和隐患(在第2个案例中提到)。三是未改造设备控制系统与总PLC存在有缝含接的问题(在第3个案例中提到)。

[1]李天真.PLC与控制技术 (西门子版)[M].北京:科学出版社，2010.

[2]向晓汉，陆彬.西门子PLC(高级应用实例精解)[M].北京:机械工业出版社，2010.1