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淺談脫水電器控制系統(tǒng)及故障診斷

文檔作者：楊秀蓮王種文檔來源：成都市排水有限公司維修中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月30日
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計實(shí) 《電氣自動化)20i2年第34卷第4期
Design Ideas
淺談脫水電器控制系統(tǒng)及故障診斷
楊秀蓮。王種
(成都市排水有限公司維修中心，I~IJIl 成都610042)
摘要：污水處理過程中產(chǎn)生大量污泥，污泥脫水是污水處理工藝中的重要環(huán)節(jié)之一。污泥能否及時處置，直接影響污水處理廠的正
常運(yùn)行。為此，首先要保證污泥處理的設(shè)備正常運(yùn)行。而電氣控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、及時性則是保證污泥處理設(shè)備正常
運(yùn)行的靈魂。
關(guān)鍵詞：離心機(jī)；泥餅泵；PLC；CPU
[中圖分類號]TP272／278 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]1000—3886(2012)04—0081—02
Disscussion on the Electrical Control System and Fault Diagnosis of the Dewatering
YANG Xiu—lian，WANG Chong
(Repairing Center，Chengdu Drainage Company，Chengdu Sichuan 610042，China)
Abstract：Large quantity of sludge is produced in the course of sewage treatment，sludge dewatefing is one of the important steps of sewage
treatment process．Whether the timely disposal of sludge directly affects the normal operation of sewage treatment plant．Hence，the
normal operation of equipment for sludge treatment should be guaranteed．The accuracy，reliability and promptness of electrical
control system is the soul to guarantee the normal operation of equipment for sludge treatment．
Keywords：centrifugal dewaterer sludge cake pump；PLC；CPU ’
0 引 言
成都市排水公司某廠脫水系統(tǒng)，于2008年進(jìn)行改造，2009年
6月投入試運(yùn)行至今。工程因種種原因除增加一套脫水系統(tǒng)外，
其它5套系統(tǒng)采取部分硬件設(shè)備改造。改造的主要設(shè)備有離心
機(jī)、泥餅泵、螺旋輸送機(jī)、切割機(jī)、泥泵電磁流量計、藥泵電磁流量
計、泥斗、泥斗物位計、破橋設(shè)備。未改造的設(shè)備為進(jìn)泥泵、藥泵
(圖一中虛線部分)、儲泥池液位計、配藥罐液位計、沖洗水泵。未
改造設(shè)備的控制系統(tǒng)由荷蘭DHV公司提供。改造的離心機(jī)是德
國WESTFALIA離心機(jī)，泥餅泵為英國MONO公司生產(chǎn)的。所有
流量計和物位計為美國ABB公司產(chǎn)品。螺旋輸送機(jī)以及電氣控
制柜由成都蜀潔環(huán)境工程公司提供。這一較為復(fù)雜的系統(tǒng)，因采
取部分設(shè)備改造的方式，在控制上每一個子系統(tǒng)與總PLC的無縫
含接，技術(shù)人員在技術(shù)上都具有縱深的要求。否則維修中心技術(shù)
人員，在投運(yùn)后的故障診斷及故障處理工作中面臨極大的挑戰(zhàn)。
1 工程電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制簡介
工程電氣控制由兩套PLC控制系統(tǒng)組成。一個是以泥餅泵
控制為主的總PLC系統(tǒng)；一個是以離心機(jī)控制為主的PLC系統(tǒng)，
兩套系統(tǒng)相互通訊相互控制。見圖1。
總PLC全套硬件采用西門子公司的產(chǎn)品，其中CPU為西門
子的s7—300? 。25個輸入輸出模塊，其中模擬量模塊6個，數(shù)
字量模塊19個。配置上傳信號通訊卡，以便離心機(jī)運(yùn)行狀態(tài)上
傳到總控室?？侾LC控制2臺泥餅泵、2臺螺旋輸送機(jī)、2臺破橋
機(jī)、2臺刀閘閥、4臺旋塞閥。并接收它們的反饋信號。同時還要
接收泥斗液位、泥餅泵出口壓力、泥餅泵干運(yùn)行保護(hù)信號并進(jìn)行
收稿日期：2011一叭一20
I廣 —]
I 6套 L,@LPLCI
圖1 脫水系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖
比較計算以便控制泥餅泵的運(yùn)行。其中旋塞閥設(shè)備在改造中未
采用。為滿足WESTFALIA的控制程序，乙方采用擴(kuò)展繼電器觸
點(diǎn)，虛擬反饋它們的狀態(tài)。
離心機(jī)PLC同樣全部硬件均采用西門子公司的產(chǎn)品，CPU
為s7—300。5個輸入輸出模塊，其中3個模擬量模塊，2個數(shù)字
量模塊。在實(shí)際結(jié)構(gòu)上有2個模塊與CPU組成在一起。離心機(jī)
模塊具有輸入輸出功能。離心機(jī)PLC控制進(jìn)泥泵、藥泵、切碎
機(jī)、沖洗水泵，并接收它們的反饋信號。對泥泵變頻、藥泵變頻進(jìn)
Electrical Automation 81
《電氣自動化}2012年第34卷第4期 設(shè)計實(shí)仞
Design ideas
行速度設(shè)定并接收它們扭矩反饋信號。除此之外，還要接收泥流
量、藥流量信號，并進(jìn)行比較計算以便控制離心機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。
2 故障案例分析
從2009年6月試運(yùn)行以來，多次主持對脫水系統(tǒng)電氣控制
故障診斷與排除工作。下面例舉幾個典型的故障案例。
2．1 離心機(jī)突然以螺旋輸送故障報警停機(jī)
2．1．1 故障現(xiàn)象描述
2010年3月18日脫水機(jī)(1、2、3)突然停機(jī)，停機(jī)以螺旋輸
送報警方式。泥餅柜00一K10繼電器失電，經(jīng)重新復(fù)位后，又能
開機(jī)。下午離心機(jī)(4．5．6)又突然停機(jī)，同樣重新復(fù)位后又能開
機(jī)。針對頻繁停機(jī)故障，采取用手動方式開泥餅泵、螺旋輸送機(jī)。
實(shí)現(xiàn)手動的措施是：將泥餅變頻器柜一X2“4”、“5”短接，實(shí)現(xiàn)泥
餅泵手動。將總PLC柜．00一K10、00K20兩個繼電器的6對觸點(diǎn)
短接，實(shí)現(xiàn)螺旋輸送機(jī)手動，而離心機(jī)仍然自動運(yùn)行。
2．1．2 故障技術(shù)分析
本次以螺旋輸送機(jī)故障報警頻繁停機(jī)的現(xiàn)象，從離心機(jī)、泥
餅泵、螺旋輸送泵控制圖分析出導(dǎo)致停機(jī)的原因在于：當(dāng)正常自
動開機(jī)時，在按離心機(jī)DCU8控制器上的“ON”后，轉(zhuǎn)筒馬達(dá)起
動，輔助馬達(dá)起動，離心機(jī)起動。離心機(jī)空載運(yùn)行至轉(zhuǎn)速達(dá)3000
轉(zhuǎn)／分鐘后，再按離心機(jī)DCU8控制器上的“PRODUCE”，起動泥
泵、藥泵。然后由總PLC DO模塊A16、A17一輸出信號，通過繼
電器控制螺旋輸送機(jī)“5—104”、“5—107”觸點(diǎn)一螺旋輸送機(jī)運(yùn)
行一通過5KM繼電器觸點(diǎn)反饋信號到總PLC DI模塊A6、A7一
再與DO模塊A25通訊一A25延時(約60 S)控制00一K20、00一
K1O一發(fā)送信號給每臺離心機(jī)DI模塊100：O0一AO．CPE2．7／31．
1一每臺離心機(jī)收到螺旋輸送機(jī)(德國人習(xí)慣叫固體側(cè))準(zhǔn)備好
信號。本次故障原因在于DO模塊A25無信號輸出，離心機(jī)PLC
DI模塊100=00一A0．CP E2．7／31．1不能收到螺旋輸送機(jī)準(zhǔn)備
好的信號(離心機(jī)帶負(fù)貨運(yùn)行的條件之一，必須要固體側(cè)準(zhǔn)備
好)。所以，此次故障導(dǎo)致離心機(jī)停機(jī)，并以螺旋輸送故障報警。
2．1．3 該故障的后續(xù)影響和采取的必要措施
由于生產(chǎn)的需要不容許停機(jī)，常常會采取復(fù)位后再開機(jī)。這
樣反反復(fù)復(fù)，容易導(dǎo)致螺旋輸送機(jī)交流接觸器線圈嚴(yán)重發(fā)熱，破
壞線圈絕緣，嚴(yán)重會導(dǎo)致燒線圈燒電機(jī)。這次故障對控制系統(tǒng)提
出了一個要求，就是在總PLC出故障后，為了不影響生產(chǎn)，由總
PLC控制的螺旋輸送機(jī)、泥餅泵可以采取手動的方式運(yùn)行。為此
采取實(shí)現(xiàn)手動功能措施，對原來的控制方案作一個補(bǔ)充。
2．2 離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵不能自動沖洗故障
2．2．1 故障現(xiàn)象描述及故障分析
2010年4月7日，發(fā)生4號離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵只能手動
不能自動沖洗的故障。通過對離心機(jī)和沖洗水泵控制回路進(jìn)行
分析(圖2)，發(fā)現(xiàn)故障原因在于停機(jī)后，離心機(jī)PLC收到一個錯
誤的反饋信號。當(dāng)離心機(jī)停機(jī)時，PLC應(yīng)該收到?jīng)_洗水泵正常并
準(zhǔn)備工作的信號。在實(shí)際控制線路中，現(xiàn)場未將沖洗水泵信號反
饋到離心機(jī)PLC。為了在控制上滿足控制程序的需要，采取虛擬
反饋的方式。具體手段是將執(zhí)行沖洗水啟動的13一K10繼電器
的常開觸點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展(擴(kuò)展繼電器的線圈并聯(lián)在13一KIO繼電
器的線圈上)[2 3。原來為1對觸點(diǎn)的繼電器擴(kuò)展為2對觸點(diǎn)。一
82 Electrical Automation
對觸點(diǎn)執(zhí)行沖洗水泵啟動；另一對觸點(diǎn)反饋到離心機(jī)PLC數(shù)字
量模塊o0一A0．6E8．7(該模塊具有輸入、輸出功能)，給PLC發(fā)
出一個信號：收到啟動沖洗泵的命令，并在正常執(zhí)行。本次故障
在于技術(shù)人員在規(guī)范控制柜接線端子時不小心將擴(kuò)展的13一
K10繼電器線圈接在啟動螺旋電機(jī)的繼電器上。當(dāng)停離心機(jī)時，
螺旋電機(jī)隨之也停。00一A0．6E8．7模塊不能收到?jīng)_洗水泵啟動
并正常運(yùn)行的信號。為此該模塊不發(fā)出執(zhí)行沖洗水泵啟動的信
號，導(dǎo)致離心機(jī)停機(jī)后沖洗水泵不能自動啟動。
2．2．2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段
該故障暴露出未改造的沖洗水泵控制系統(tǒng)，與改造的離心機(jī)
+24VDC
=o0—AO
=00
0V
63- Kto~ 3萋、 耋 饕 l 、I 、
1
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圖2 沖洗水泵控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)存在有縫含接的問題。這是整個系統(tǒng)有縫含接之一。
一般情況下，運(yùn)行人員在能采取自動運(yùn)行時都選擇自動運(yùn)行。當(dāng)
沖洗水泵控制系統(tǒng)真正出故障時，由于采取虛擬反饋，離心機(jī)
PLC根本檢測不到?jīng)_洗水泵控制系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)在自動運(yùn)行
的情況下停機(jī)后，理所當(dāng)然會認(rèn)為在自動沖洗離心機(jī)。其實(shí)離心
機(jī)并未在停機(jī)后接受沖洗(沖洗離心機(jī)是一個必須的過程)。下
一次運(yùn)行，特別是停的時間較長后再運(yùn)行，大量的污泥黏附在螺
旋和轉(zhuǎn)鼓上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓和螺旋振動過大，而損壞軸承。排除隱患
的手段是在控制線路上作整改，將沖洗水泵的運(yùn)行狀態(tài)信號反饋
到離心機(jī)PLC。
2．3 泥泵運(yùn)行3O分鐘左右自動停機(jī)
2．3．1 故障現(xiàn)象描述及分析
2009年1月11日3#脫水系統(tǒng)在一切參數(shù)正常的條件下，自
動開機(jī)運(yùn)行大約30分鐘，泥泵自動停機(jī)。反復(fù)多次開機(jī)都在約
3O分鐘左右后自動停機(jī)。經(jīng)對電路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泥泵控制繼
電器故障導(dǎo)致泥泵停機(jī)。泥泵運(yùn)行繼電器BK6線圈內(nèi)部接線端
由于接觸不良，接觸電阻增大，導(dǎo)致線圈電流減弱磁力下降。當(dāng)
運(yùn)行約3O分鐘后，電流下降到一定程度，觸點(diǎn)釋放。釋放后由泥
泵反饋到離心機(jī)控制柜11一X ?1’、?2’的泥泵狀態(tài)信號采集為
故障狀態(tài)，為此離心機(jī)PLC對控制泥泵運(yùn)行的11一K10繼電器
執(zhí)行停此命令(圖3)。經(jīng)更換BK6后系統(tǒng)故障排除，3#脫水系統(tǒng)
運(yùn)行恢復(fù)正常。
【下轉(zhuǎn)第93頁)
當(dāng)無線模塊收到數(shù)字信號后，通過串行
D／A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615，將數(shù)字信號以串行 。
通訊方式讀入，并將其轉(zhuǎn)化成幅值為1 V左
右的模擬信號由TLC5615的引腳7輸出。
這個模擬量與負(fù)載電壓成正比，將這個模擬j
電壓信號送到SG3525的1腳(誤差放大器 。
的反相輸入端)，將誤差放大器的同相輸入函 。
端。通過改變SG3525的輸出脈沖的占空
比，控制原邊主電路開關(guān)管VT 、VT2，改變
開關(guān)管的占空比。從而調(diào)節(jié)傳遞到副邊電
路的功率，起到穩(wěn)壓的目的。無線信號接收
模塊的程序流程圖如圖5(b)所示。
電子電路設(shè)計
Electronic Circuit Design
《電氣自動化}2012年第34卷第4期
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(a) ， 兩端的電壓波形
SG3525的引腳1是運(yùn)算放大器的反向
輸入端。該引腳接反饋信號(由TLC5615輸出后引到該端子)。
SG3525的引腳2為運(yùn)算放大器的同向輸入端。將l6引腳標(biāo)準(zhǔn)
5．1 V信號分壓后接到該端，該端子參考電壓設(shè)定為1 V。
SG3525的引腳5為振蕩器定時電容接入端。引腳5端、引腳6
端、引腳7端合起來可以根據(jù)公式計算出頻率。SG3525的振蕩
頻率可表示為：
=1／(Cr(0．7Rr+3Rd)) (2)
式中：C ，R 分別是與腳5、腳6相連的電容和電阻；R 是與
腳7相連的電阻。當(dāng)C 設(shè)定為3．3 nF時，R 設(shè)定為8．23 kQ，Rd
設(shè)定為100 Q。
3 結(jié)束語
設(shè)計供電電路的輸入電壓UD =24 V±10％(車載蓄電池電
壓波動)，Uo=10 V，負(fù)載為2O w 的非接觸LED車燈，波形如圖
6所示。當(dāng)輸入電壓在24 V±10％ 波動條件下，輸出電壓基本保
持穩(wěn)定。電路效率叼=64％ ，工作頻率 =50 kHz。
(上接第82頁)
2．3．2 故障暴露出問題的隱患以及排除手段
對該故障進(jìn)行診斷前，已有相關(guān)人員進(jìn)行了多次檢查。本來
是一個非常簡單的問題，故障卻難以診斷。問題是在工程改造的
泥泵控制柜中，對BK6繼電器進(jìn)行了擴(kuò)展(對藥泵也進(jìn)行了擴(kuò)
展)，擴(kuò)展后未做任何標(biāo)識。造成維修人員在故障診斷時無從下
手。花了大量的時間，反復(fù)清理線路才得以查出故障的原因。
離心機(jī)控制柜＼
圖3 二期脫水l#-5#泥泵、藥泵與離機(jī)控制圖
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(b) ， 兩端的電壓波形
圖6 實(shí)驗(yàn)波形
實(shí)驗(yàn)過程中，電路對原、副邊線圈的電感 、 ：、補(bǔ)償電容
C 、G較為敏感。經(jīng)過公式推導(dǎo)和仿真，逐個確定這4個值。如
果將來大批量生產(chǎn)產(chǎn)品，應(yīng)選擇高精度的元件。由于電路的工作
溫度上限大于8O℃，除無線模塊外，其它芯片均采用雙列直插式
封裝，輔助電源穩(wěn)壓芯片均采用開關(guān)電源芯片LT1170。
參考文獻(xiàn)：
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【作者簡介】周成虎(1973一)，男，河南息縣人，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)榉?
接觸供電應(yīng)用。
改造后的泥泵控制柜完全能滿足WESTFALIA離心機(jī)PIE控制
系統(tǒng)的要求。不需要對泥泵、藥泵、沖洗水泵控制繼電器作任何擴(kuò)
展，擴(kuò)展顯然是畫蛇添足。針對目前的隱患，一是可以通過恢復(fù)原來
的線路排除；二是要求對改后的線路做明標(biāo)識來排除。
3 結(jié)束語
從本文所舉的故障案例，發(fā)現(xiàn)了該改造系統(tǒng)主要存在三方面
問題。一是因?yàn)椴糠衷O(shè)備改造，系統(tǒng)自動控制的整體效果不如全
部改造的效果，需要進(jìn)行局部手動運(yùn)行的補(bǔ)充(案例1中提到)。
二是乙方為了滿足整個系統(tǒng)控制程序的需要，將未采用的設(shè)備信
號以虛擬反饋的方式與PLC通訊。部分虛擬反饋存在一定的風(fēng)
險和隱患(在第2個案例中提到)。三是未改造設(shè)備控制系統(tǒng)與
總PLC存在有縫含接的問題(在第3個案例中提到)。
參考文獻(xiàn)：
[1]李天真．PLC與控制技術(shù)(西門子版)[M]．北京：科學(xué)出版社，2010．
[2]向曉漢，陸彬．西門子PLC(高級應(yīng)用實(shí)例精解)[M]．北京：機(jī)械工
、I 出版社，2010．1
【作者簡介】楊秀蓮(1962一)，女，四川成都人，高級工程師，從事污水處
理儀器儀表自動化技術(shù)近二十年；四川省政府采購評標(biāo)專家。 王舯
(1972一)，男，四川成都人，技術(shù)員。

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