球磨机配套稀油控制站的改进设计

张 亮

(山东鲁新设计工程有限公司，山东 淄博 255000)

稀油站是球磨机专用润滑配套设备，主要用于球磨机设备轴瓦的润滑，稀油站由润滑油箱、加热器、过滤器、两台低压供油泵、两台高压供油泵、管路阀门以及输油和回油管道等组成。磨机运行时低压供油泵全程运行，将油供至磨机中空轴上部全面淋油；开停磨机时高压油泵运转，将油供到磨机大瓦和中空轴之间形成油膜，并顶起磨机；稀油站流量、油压等各项数据正常后，触发备妥信号准备开启磨机。在磨机运行过程中，如稀油控制站发生油压低，流量低、油泵停、或油箱液位低等异常信号时，发出报警并输出球磨机停车信号。

此新材料公司大型球磨机稀油站控制系统由厂家配套提供，由于设计与配套存在很多问题，经常出现非正常停车和无法启动磨机的故障，诸多因素导致影响正常的生产组织，并对球磨机主体设备产生了安全威胁。经过全面的排查和分析，采用用西门子S7-200系列PLC对稀油站控制站系统进行了改进设计，原有电气及控制元件尽量保留和利用，并通过软硬件措施完善了控制保护功能。

1 经常出现的问题及故障表现

因现场工况环境恶劣，稀油站处于粉尘，油污环境，原稀油站控制箱薄膜开关面板经常失灵。其次经常因稀油站故障导致球磨机非正常停机,经检查无具体故障, 重新开机有时会恢复正常。这种故障的经多次排查分析得出结论，因现场磨机运转时振动大, 造成稀油站继电器触点接触不良，信号瞬间扰动导致磨机丢失允许开车信号导致磨机跳停, 因瞬时接触不良，异常状态不能持续，导致准确判断故障点相当困难，维修处理往往需要耗费大量时间。

2 改进方法

2.1 改进电控箱电气元器件及材质，适应恶劣环境

原有设计采用两块集成印刷电路板继电器，微型元器件，薄膜开关面板等组成的电控箱，并使用碳钢材质。虽然电控箱内部微型化，整体化可以减少配线，但未考虑现场设备实际运行状况，稀油站所处环境恶劣，振动，噪声，油污等，控制箱碳钢外壳经长期腐蚀变形后密封不严，导致印刷电路板、触点等经常发生短接故障，无法正常工作而且更换维修困难。

鉴于此状况，用防护等级IP65、材质304不锈钢控制箱代替原有碳钢控制箱，采用结构密封的电气元器件代替印刷电路板继电器、薄膜开关面板，能够有效减少粉尘油污造成的触点接触不良，不仅适应了恶劣工况，方便了维修工作，而且故障率也大为下降。

2.2 使用PLC输出通道直接驱动，减少中间环节

原控制方案中，输入输出通道全部设置中间继电器隔离，并设有球磨机机旁自保持控制回路，造成接线繁琐复杂，控制回路中各种外部串接点多，端子虚接、中间继电器触点接触不良等现象时常发生，查找故障点困难重重。其次稀油站控制电缆与与球磨机高压电力电缆距离较近，使得有些控制电缆感应电压值经测量高达100 V。综合现场环境粉尘大、振动严重、线路较长且有高压电缆干扰的特点，选用通道电压为AC220 V 的PLC，尽量省去中间继电器环节，增强抗电磁干扰能力。因此稀油控制站除保留(故障停机、油站备妥、电源正常)三个与球磨机联锁的信号设置中间继电器隔离，其余均采用输出通道220VAC直接驱动的方式。S7-200PLC要注意通道负载分配，PLC包含三个公共端，十个输出点，因此要合理分配负载，避免负载过于集中导致公共端烧毁。稀油站设备的控制输入点，仍使用PLC直流24VDC，来自球磨机电气控制信号的输入点，使用交流220 V电源通过扩展模块通道直接输入。同时为简化控制回路，减少中间环节，去掉球磨机机旁自保持控制回路。改进设计实施后，15个隔离中间继电器减少至3个，控制回路得到了简化，减少了隐蔽故障点，大大降低的球磨机的非正常停车次数。

图1 改造后的控制原理图

2.3 加入润滑油流量判断条件，确保润滑安全

原稀油站油量根据电接点压力表控制，并设有油量高允许球磨机启动以及油量低停球磨机联锁。稀油站油压压力值的大小可以通过油泵管路的阀门调节，因此操作人员有时为了快速达到球磨机开机要求的压力值，去人为的调节油量阀门开度，忽略合理的供油量。操作工的人为刻意操作，会造成油流量少时，磨机磨瓦润滑不足，或油流量过大，导致瓦盒油外溢的现象，无法确保润滑安全。因此改造时加装流量开关，与电接点压力表接点同时作为输入条件，提高润滑的可靠性和安全性。

2.4 减少不必要的油温低停车联锁

该厂厂址位于南方，平均气温较高。且稀油站已经设置了油压、流量的联锁，已经提供了足够的保护。运行期间，发生过稀油站振动引起测温元件断线造成非正常停车事故，所以可以去掉油温低联锁的过度保护。

2.5 油压压力接点做防抖延时

稀油站运行中，机械振动较大，会造成油压电接点压力表的触点抖动；夏季气温高时，有时会出现油箱内油温高，回油时高差产生气泡造成供油不稳。触点抖动会引起油压压力电接点开关信号不稳定，会造成低压误动作导致停车，或油压达不到PLC程序设定时间，无法满足油站备妥信号，导致球磨主机无法正常开停。改造中要采取消除设备运转时振动的影响，采集的油压信号通过软硬件手段充分过滤防抖，最大程度的减少因油站触点信号抖动引起的拒动和误动，所以在PLC内部编辑程序增加油压低防抖延时2 s触发，经过 2 s 延时后输出故障信号，同时取消输出侧中间继电器，直接采用220VAC驱动电气侧。

图2 延时程序

2.6 主/备油泵的启动程序做防竞争处理

在稀油站系统中主/备油泵的启动程序要作防竞争处理。其主/备油泵启动要求是: 先启动主油泵，2 s后如检测油压无法达到规定值时，备用油泵启动。两台主/备油泵不能同时启动，从程序上尽量避免备用油泵的频繁启动。油站运行时如主油泵异常停止时, 备用油泵立即被设定程序启动以维持工作油压，如油压仍低于工作压力，则不允许启动，并发出报警信号。

2.7 PLC工作电源异常断电时实现断电保护

图3 断电保护程序及电气回路

当稀油站控制柜的电源正常时，运行中PLC检测到稀油站的故障后，PLC会联锁动作，实现球磨机的停机保护。但若稀油站控制箱供电电源中断，则PLC不能实现驱动电气侧故障停机线圈，可能会造成重大设备事故。为此要在程序里增加断电保护功能，采用S7-200PLC标志位SM0.0(内部特殊标志位)作为触发判断条件，驱动输出继电器，在电气侧回路把电源监控常闭点与故障停机常开触点并接，可满足功能要求。

3 结论

此次改进设计解决了原稀油站控制回路和方式，提高了球磨机整体的运转率和设备安全性。经统计，球磨机非正常停机次数由原来的月平均5次降低到1次，因稀油站导致的球磨机故障停机已基本排除。在这次改进设计中，充分发挥PLC自带的软硬件优势，减少隐蔽故障点，简化外围电路。并结合稀油站所处的恶劣环境，改进更为合适220AC控制电压及保护程序，对可能发生的如电源中断等特殊状况进行诊断预测，尽可能完善稀油控制站的供油安全功能，取得明显效果。