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PLC在冷却循环水系统改造中的应用

冲压车间有3台大型压力机，需要用冷却循环系统对压力机的温度进行降温。 因冷却循环水系统没有和压力机进行联机控制，每天需要操作人员对循环水系统进行上班开机和下班关机。但是，生产期间有部分压力机没有作业，水泵依然在开启状态造成电能的浪费。为了解决这些问题，迫切需要对此进行电气改造，同时可以减少人员的操作水泵的开启和关闭，取得更高的经济效益。以下将阐述改造思路和实施过程。

1.方案调研

1.1冷却循环水系统简介

构成：冲压车间循环水系统构成室外水塔/水槽/ 室内3台水泵/进水和回水循环水管道/电气控制柜等。（图1-1）

原理：通过循环水泵将热水输送到设备热交换器中，吸收设备产生的热量后，再送至冷却塔。在冷却塔内，水与空气进行热交换，通过蒸发和对流等方式将热量散发到空气中，从而降低水温。冷却后的水再回流至设备，继续循环使用，以此实现设备的持续降温。 

1.2改造背景

  运行时间：早上8：30开启3台循环水泵，下午17：30关闭水泵。

①如果当天只有1台压力机在运行，开启1台水泵就可以满足设备的降温，现在开启2台水泵的状态下，严重浪费。

②如果在冬季寒冷的天气下可以等设备温度升高后需要降温的情况下在进行开启冷却系统，但是操作人员习惯性一早就开启水泵。

③班后如果操作人员麻痹大意忘记关闭循环水系统，水泵就会运行一夜。

但是由于循环水系统没有和生产设备联机运行，这些情况都已经发生过，

④由于操作人员长期只开启1台水泵，其他水泵长期未开启，时间久了水泵的密封圈就会老化漏水。

2.改造方案

2.1改造的目标

通过对循环水泵运行的改造，能做到水泵自动运行，自动轮值运行，故障状态指示，并且做到无需人员操作和车间压力机联动，以降低电能的使用增加公司效益。

为达到改造目标，需要对循环水系统控制部分和状态指示部分等一一改造，以下将详细阐述改造方案。

2.2.1. 水泵启动控制，车间3台压力机只要有一台压力机在且回水温度达到35℃时水泵运行水泵就会立刻启动。

2.2.2.水泵停止控制，班后车间3台压力机全部停止运行后延时5分钟自动关闭是水泵

2.2.3.自动轮值，每台水泵运行30天自动切换到另外一台水泵。3台水泵轮值完毕后重新从第一台开始再次轮值30天。

2.2.4.流量检测，开启水泵30秒后会无回水检测会触发报警。

2.2方案确定

2.2.1改造原来控制柜，并且增加一个西门子PLC控制柜用来控制原有的电动机接触器；（图2-2-1左）

2.2.2设计手动和自动模式并输出水泵运行状态指示（图2-3-1右）

2.2.3利用原有的智能仪表输出温度信号和水流信号发送给PLC；

2.2.4分别在3台压力机控制系统中输出需要降温的数字量信号发送给PLC。

图2-2-1（左 PLC 226 / 右 灯塔）

2.3设备的选择

原有线体的硬件基本上都可以使用，主要对电气元件进行了更换和添加，PLC采用西门子CPU 226 CN，电器柜加装一个三色塔灯和按钮用来指示线体运行状态，具体清单见表2-1。

序号

名称

型号

厂家

数量

单位

备注

1

PLC

216-2BD230XB8

西门子

1

台

2

开关电源

NDR-240-24

明纬

1

只

导轨安装

3

空气开关

1P 6A

施耐德

2

个

4

中间继电器

RXM 2LB2BD

施耐德

3

只

5

急停按钮

XB2-BS542C

施耐德

1

只

按下锁定，旋转复位

6

按钮触点

ZB2-BE101C

施耐德

8

只

常开触点

7

按钮触点

ZB2-BE102C

施耐德

9

只

常闭触点

8

信号灯

XB2-BVB3LC

施耐德

1

只

电源电压DC 24V；绿色

9

信号灯

XB2-BVB4LC

施耐德

1

只

电源电压DC 24V；红色

10

按钮标识牌

ф22mm

40

只

11

急停按钮标识牌

ф22mm

2

只

12

三色塔灯

DC 24V

1

套

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

表2-1  备件清单

3.工程实施

3.1硬件操作

根据控制要求，确定元器件的数量，改制 画出电气原理图，主电路图和控制电路图分别如图3-1和图3-2所示。

图3-1

                  图 3-2     控制线路图

系统采用三相五线制供电，在原来控制电路上有一电源指示灯，控制电源分别单独加装空气开关，为了维护人员的方便，还在在柜体内设计安装了插座，设计了带有轴流风扇进行主动散热。

图3-3  PLC控制原理电路图

3.2软件实施

根据原理图确定输入、输出元件地址分配。根据元件地址分配表，以及控制要求编制PLC梯形图，见图3-4，然后根据生产设备的发热量设定设定水泵启动温度，最后将PLC程序下载至PLC中，通电模拟各种输入状态，检查各输入输出信号是否正确[3]。

为了排除压力机温度在临界点时造成温度信号频繁断开和关闭。在PLC程序设计时采用输入滤波的思路，增加了5分钟延时。这样，中继信号的频繁断开和关闭就不会造成水泵频繁的启动和停止。从而延长电机的使用寿命。

图3-3  冷却循环水PLC程序

3.3调试

在接通主电源前，先断开各支路断路器，并测量主电路和各支路有无短路和接地故障，如有故障，应先排除故障再通电。

接通主电源，然后依次接通各支路电源，看PLC运行指示灯是否正常，按照顺

序依次检查PLC输入、输出是否正常，模拟运行中的各种工况，看PLC输出是否正常。

线体通电试运行，在运行中测试急停开关和各停止按钮是否有效，观察塔灯颜色和现场实际状态是否吻合。持续运行线体半小时，在此期间密切关注是否有异常状态发生，若无异常则可交付于使用单位。

4.结论

冷却循环水系统自改造后，系统运行稳定，系统状态直观明了，无任何异常发生，使用单位给予了较高的评价。本次改造在原有设备的基础上，利用了较少的投资得到了较大的收益，降低了电能使用，在同类设备上有很大的推广价值。