400 kA整流柜水冷装置控制部分的改进

黄克勤，田占伟

(1.中孚实业股份有限公司，河南郑州451261;2.河南省冶金规划设计院，河南 郑州450000)

中孚实业400 kA电解铝系列整流柜采用的是上海海鼎的6套纯水冷却装置，每组装置都是闭式循环冷却系统，由副水系统和主水系统2套水循环系统组成，2系统通过板式热交换器实现热力上的换热和水力上的隔绝.装置在运行过程中向负载冷却水管道稳定输出额定温度、压力、水质、流量的高纯度冷却水，保证负载主机冷却系统在规定参数下安全运行.该装置采用液晶触摸屏对流程工况与参数进行监视并动态显示出来，与触摸屏操作、PLC、温度模块等组成控制系统，对各种参数实行智能控制;RS485通讯接口向后台终端传输本机各运行参数及警报信息［1］.

1 系统基本控制原理

该系统分为2种工作方式，调试和试运行阶段用“手动模式”，人为进行设备切换;正常运行时用“自动模式”，纯水泵按照设定时间进行自动轮换工作，各种参数经过在线测量后输入PLC－CPU226进行处理，然后通过触摸屏将信息直观地显示出来.

1.1 手动模式

将模式控制开关打向“手动模式”，其手动接点接通，则手动控制线圈带电，其常闭触点断开，PLC－CPU断电自动退出运行;常开触点闭合，此时将水泵选择开关打向水泵1，则水泵1的接触器1 kM经手动控制线圈的常开触点、水泵选择开关、热继电器接通，水泵1工作.当需要对水泵进行切换操作时，可将水泵选择开关快速打向水泵2即可实现，工作原理同1号泵.

1.2 自动模式

将模式控制开关打向“自动模式”，则手动控制线圈断电，其常开触点断开，水泵选择开关失去电源，退出手动模式;其常闭触点闭合，PLC－CPU上电，启动自动模式.在自动模式下，所有运行信息通过模拟量转换模块EM235及PLC－CPU226的程序进行控制，如纯水温度、纯水压力、纯水电导率、纯水流量等，当达到某一判据时，PLC输出相应信号，并经通信系统反应到后台控制器，从而实现在线实时监控.如果超过设定的报警或是跳闸定值，系统程序则会发出相应信号，启动报警或跳闸回路［2］.

2 副水压力在线监控系统的改进

2.1 问题的提出

副水的压力由副水循环系统中的水泵提供，副水只有保证一定的压力才能与主循环中的纯水发生充分热交换，带走纯水中热量，从而可以实现用纯水对整流装置降温的目的.在运行中，若副水压力发生异常(副水管路严重漏水、无人值守水泵房的水泵因过载或短路等原因而跳闸)，若不及时发现处理，则纯水温度就会升高，不能充分带走整流过程中产生的热量，严重影响整流效率，纯水温度升高至报警温度甚至达到跳闸温度，危及设备运行安全.

由以上分析可知，副水的压力信号至关重要.系统共有16个输出信号，其中11个信号有外供接点，分别由KA1，KA11提供，副水压力信号(4～20 mA)只是输入PLC－CPU，经运算后显示在就地柜的触摸屏上，导致运行人员不能在第一时间发现并处理.所以本次改造的任务:在不影响其他设备信号的情况下，用最少的投资、占用最少的系统资源，把副水压力异常信号传输到上位机，并且以报警信号和文字显示的方式传达给运行人员.

2.2 解决办法及可行性分析

副水压力的信号由电接点压力表提供，可利用压力表的电接点，将副水压力异常信号送入9600装置，再送入上位机进行处理［3］，如图1所示.

图1 压力信号处理流程

从纯水装置就地控制柜到整流机组综自屏有备用电缆可以利用，从9600到智能通讯管理器1280有通讯转换器CEIEC相连，然后用网线连接到HUB和上位机［4］，由于通讯系统具有足够的容量，所以不需要改造，因此该方案可以实现.

2.3 硬件连接

首先，在纯水装置就地控制柜的端子排上找到由P2提供的副水压力越下限信号的电接点，然后在图纸上找到纯水装置就地控制柜到整流机组综自屏的电缆，并用万用表校出其中的一对备用芯线，最后将副水压力异常信号送入此备用芯线，芯线的另一端分别接9600DIT的COM端和备用接点95.

2.4 信号处理

中孚400 kA铝厂的电力监控系统采用的是pecstar2.0，故可利用该软件对信号进行处理.下面以1#机组为例进行介绍.

1)音响报警设置.关闭前台对1#整流机组9600DIT的控制，打开参数整定画面，新增测点1212并进行如图2的设置.

2)后台报文显示设置.在pecstar目录文件中打开1#机组9600.DID文件，然后对第95个点进行如下设置:D95ON=副水压力异常(原数据为NA);D95OFF=副水压力正常(原数据为NA).

2.5 试验验证

有2种办法可以进行验证:一是停下某一台机组，关闭纯水泵以降低该机组的实际水压进行验证;二是调整水压下限的定值.为了不影响正常生产，此试验应在机组正常运行的情况下进行，故采用第2种方法进行试验.具体步骤为:用螺丝刀调整1#纯水冷却装置电接点压力表的下限指针，使其指向的数值大于当前水压，然后恢复正常定值，则上位机出现报警声音、报文显示1#，前台监控由0变为1然后恢复，经反复验证，此次改造切实可行.

图2 报警信号设置

3 加水泵启动程序的改进

3.1 问题的提出和解决办法

纯水冷却装置在运行的过程中会由于种种原因发生纯水损耗，或者是更换树脂时使回路中的纯水大量损失，因此需要不定期地给循环系统补充纯水.原有的运行情况是:水泵自动运行时，程序内部进行判断是否补水，不能进行手动补水;水泵手动运行时，程序不判断，只能进行手动补水.由于水泵的正常工作方式是自动运行，为此带来了以下问题.

1)树脂罐底部的单向截止阀必须打开，而截止阀的单向功能容易发生故障，致纯水回流泄露(实际运行中曾出现经常需补水而又找不到漏点).

2)如果关闭单向阀，则补水回路不通，系统需加水时不能补水，需手动打开单向阀补水.

3)自动状态下手动补水功能失去，需先切换到手动状态再补水，而如果切换的过程过于缓慢，则水泵会因为纯水水压低而全停.

针对以上问题，提出如下解决办法:修改PLC控制程序，去掉自动状态自动补水功能，允许自动状态手动补水.

3.2 改进可行性分析

加水泵启动开关的接点(原开关有备用点)，修改程序需要的STEP7－V4.0 P3软件可以从网上下载，通讯电缆PC/PPI(RS－232转换为RS－485)需要从市场上购买，所需设备能够满足的可以进行改造.

3.3 硬件连接及软件修改

把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS－232通信口(一般是COM1)，把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS－485通信口即可.建立连接后上载原PLC程序，从中找到加水泵的启动程序［5］，删除原有程序然后对梯形图做如图3所示的修改.

图3 加水泵新启动程序

当补水泵控制开关打开后，上升沿脉冲触发输出M13.0，然后再判断M13.1没有被触发、补水箱水位不低、补水泵没有断电、缓冲水箱缺水、电源没有故障，然后输出Q0.6启动加水泵;当关闭加水泵控制开关后，下降沿脉冲触发输出M13.1，从而切断加水泵控制回路，使其停止工作.

3.4 试验验证

首先让编程软件自行检测程序有无语法错误，然后在软件中测试运行并观察运行状态，显示一切正常，最后将程序下载到PLC－CPU中进行实物验证:纯水泵在手动工作状态时打开与关闭加水泵电源开关，加水泵能够正常补水与停止;纯水泵在自动工作状态时打开与关闭加水泵电源开关，加水泵也能够正常补水与停止.由以上试验结果可知本次改进达到了目的.

4 结语

副水压力在线监控报警系统从根本上解决了副水压力实时监控的盲区，使运行人员系统能够在副水压力异常的第一时间得到音响报警、报文显示等信息，以便进行快速处理，缩短事故时间;加水泵程序的改进可以使纯水冷却系统更加稳定地运行.这2项改进从根本上改善了整流系统的安全运行，同时也为今后这方面的改造提供了参考依据.

［1］强国文.纯水循环冷却装置在大功率传动系统中的应用［J］.冶金动力，2005(3):47－50.

［2］祁生军.基于S7－300 PLC的铝电解多功能机组遥控系统设计［J］.有色设备，2008(5):40－42.

［3］朱松林.变电站计算机监控系统及其应用［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［4］贾金玲，田安华，夏军.电力运行信息监控系统设计与实现［J］.四川理工学院学报，2005，18(2):11 －14.

［5］王永华.现代电气控制及PLC应用技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2003.