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基于比例控制阀和高速计数器的离心机转速测量及控制改进方法
摘要:本文介绍了一种基于国产化产品(比例控制阀)对离心机转速测量及控制的改进方法。原有离心机选用的是国外品牌设备,离心机最大工作转速3400RPM,在生产使用过程中,测量转速的伺服放大器经常发生故障或者损坏,严重影响正常生产运行,该伺服放大器受制于国外厂商的技术保护,价格昂贵,供货周期非常长,导致维护成本居高不下。本文介绍了对该元器件进行国产化替代的方案,并从测量和控制方面进行了改进,取了良好的效果。
关键词:离心机;转速;测量;控制;比例控制阀;国产化
离心脱水机是污水处理中的一项重要设备,上个世纪,因我国的技术相对落后,国外大量的污泥离心脱水机进入我国,应用于各个水质净化厂。这些进口的设备,均存在技术封锁,关键核心配件采购周期长,价格昂贵,维护成本非常高。随着设备使用年限的增加,故障率居高不下,严重影响正常生产运行,迫切需要对故障率高的零配件进行国产化改造。
本案例基于广州某水质净化厂的污泥离心脱水机,该水质净化厂设计污水处理量7.5万吨/日,离心脱水机的主要功能是将浓度1-3%的污水处理到含固率约80%,主要通过3台离心机和外围的污泥供料泵、絮凝剂PAM投加泵、污泥切割机、PAM干粉投加装置和螺旋输送机等设备组成。3台离心机的运行方式是两用一备,以保证正常的生产运行。
离心机设备从国外引进,最大工作转速3400RPM,属于两相固液分离设备,由主传动电机驱动,螺旋卸料通过液压马达驱动。设备投产初期运行状况良好,随着设备使用年限的增加,故障率升高,暴露出了不少问题,维修维护成本高。主要有以下几个方面的问题:
首先是液压站部分,液压回路上的电磁换向阀、比例控制阀等部件,需要定期拆卸、清理、维护,以保证润滑油路的通畅及电磁阀的正常工作,为设备的维护保养增加了很多工作量。
电气控制方面,与液压站配套使用的伺服放大器,是一种专用部门,经常发生故障损坏,进而导致系统停产,且频率较高。该伺服放大器受制于设备厂商的技术保护,无法直接从市面上采购替换,只能向原有的厂商采购,价格昂贵,4-6周的交货期严重的影响离心机的正常生产运行,3台离心机经常需要更换该伺服放大器,导致维护成本居高不下。因此,对该控制方式的升级改造就非常有必要。
该套离心机脱水系统,采用的是Allen-Bradley 1769系列PLC和Panelview Plus 触摸屏进行控制,三台离心机共用一套PLC控制系统。离心机变频器采用Allen-Bradley PowerFlex 系列产品对离心机进行调速控制。离心机主要通过高速旋转的离心力来实现固液分离,通常情况下,离心机产生的离心力可以达到3000g(g为重力加速度值),离心机转鼓与螺旋之间的差速度是通过液压马达的作用实现,在离心机的螺旋传动端,通过液压站上的比例控制阀进行离心机螺旋转速调节。该比例控制阀是进口品牌产品,通过设在电气控制柜内的伺服放大器,对比例控制阀做精确调节,比例控制阀驱动信号为0~10VDC。
要解决多年来离心机运行中伺服放大器故障的问题,需要从控制和通讯两个方面入手,首先要解决伺服放大器发生故障后系统无法启动的问题,其次就是寻求国产性能优异的元器件进行更换。
经过对比,以及为了与现有系统匹配,尽量减小控制程序和电气线路上的修改,本次改造选用了杭州励贝电液科技有限公司的RT-PSGM产品,选用的比例控制阀的控制信号为0-10VDC,其线性关系与原伺服放大器啮合满足要求,当PLC控制系统发出指令需要调节比例控制阀的时候,新的放大器可以做到同比例调整。现场安装图片如下:
解决比例控制阀的替代问题后,在原有的电气控制柜,增加一套Allen-Bradley Mirco 850 PLC,配置如下:
增加的Allen-Bradley Mirco 850 PLC,主要用途如下:
1、测量离心机转鼓和螺旋的转速,利用Allen-Bradley Mirco 850 PLC的高速计数器功能,对离心机旋转的高速脉冲进行捕捉,从而精确的对转速进行测量。
2、接收液压站压力传感器的测量值,液压站上的压力传感器输出信号为4~20mA,可以直接Allen-Bradley Mirco 850 PLC的模拟信号输入模块。
通过上面的技术改造,压力测量、转速测量、比例控制均可以实现,完全可以替换原有旧的伺服放大器功能,新增加的Allen-Bradley Mirco 850 PLC将各项数据进行汇总,通过网络通讯协议写入CompactLogix 控制器。
下面是Allen-Bradley Mirco 850 PLC部分梯形图程序:
通过对离心机控制系统进行上述改造,采用性能优异的国产元器件,替换外国厂家技术封锁的元器件,提供了一种新的转速测量及控制方法,从根本上解决了伺服放大器黑盒子技术壁垒的问题,使用市场通用产品替换了替代性差的进口部件,保证了备品备件的后续采购,也为将来可能出现的故障进行维修提供了更加简便、快捷的方案。
改造完成后,系统可以正常启动、运行、停止,可以根据工艺运行需求进行调整,系统运行稳定、可靠,满足正常生产运行需求,同时降低了故障率,提高了设备系统运行的稳定性,经过长时间的运行,未发生改造前同类故障,为生产运行提供了技术保障,也大大节约了设备的维修维护成本,提高了国产化替代率,具有良好的实际应用价值,也为其他行业提供了一个良好的参考。
参考文献
[1]1769-L35E用户手册.
[2]PanelView Plus 6 Compact终端用户手册.
[3]PowerFlex 750系列交流变频器用户手册.
[4]Micro850可编程控制器用户手册.
[5] RT-PSGM放大器手册.
作者简介:江海汕(1988-),男,汉族,江西赣州人,本科学历,电气工程师,研究方向:电气、自动控制、智能控制。