電氣控制系統(tǒng)中保護(hù)環(huán)節(jié)的實(shí)踐與應(yīng)用

竇巖

（雞西大學(xué)，黑龍江 雞西 158100）

電氣控制系統(tǒng)中保護(hù)環(huán)節(jié)的實(shí)踐與應(yīng)用

竇巖

（雞西大學(xué)，黑龍江 雞西 158100）

文章主要說明電氣控制系統(tǒng)中常見的保護(hù)環(huán)節(jié)有電壓保護(hù)、電流保護(hù)、過載保護(hù)、位置保護(hù)、自動(dòng)控制保護(hù)，以及電氣控制系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中容易出現(xiàn)的誤區(qū)及相應(yīng)的措施。

電壓保護(hù)；電流保護(hù)；保護(hù)環(huán)節(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制中，電氣控制系統(tǒng)除了盡可能滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝要求外，還要保持設(shè)備長(zhǎng)期安全、可靠、無故障運(yùn)行，消除有害因素的影響，避免事故發(fā)生。因此，如何更好地選擇設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)是電氣控制系統(tǒng)的重要部分。電氣控制系統(tǒng)中常見的保護(hù)環(huán)節(jié)有電壓保護(hù)、電流保護(hù)、過載保護(hù)、位置保護(hù)、自動(dòng)控制保護(hù)等。

一、電氣控制系統(tǒng)中常見的保護(hù)環(huán)節(jié)

（一）電壓保護(hù)

工業(yè)生產(chǎn)自控系統(tǒng)中的各種設(shè)備在額定電壓下工作才能發(fā)揮更好的性能，電壓過高、過低或因故斷電，都可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞或事故的發(fā)生，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要根據(jù)工藝要求設(shè)置電壓保護(hù)環(huán)節(jié)。

失壓保護(hù)：設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)殡娫措妷和蝗幌Ф鴮?dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行，一旦電源電壓恢復(fù)正常，設(shè)備可能自動(dòng)運(yùn)行，從而造成設(shè)備損壞或人身事故。失壓保護(hù)環(huán)節(jié)是為了防止電壓恢復(fù)時(shí)設(shè)備自行啟動(dòng)投入工作而設(shè)置的。欠壓保護(hù)：當(dāng)用電設(shè)備電源電壓降至額定值的60%-80%時(shí)將電源切斷，使電路停止工作的環(huán)節(jié)。過電壓保護(hù)：電磁鐵等大電感負(fù)載和直流電磁機(jī)構(gòu)、直流繼電器等在通斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，造成電磁線圈被擊穿損壞。通常是在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電阻、電阻串接電容或二極管串接電阻，形成一個(gè)放電回路，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)，也可以采用過壓保護(hù)器。

（二）電流保護(hù)

電流保護(hù)主要是指短路保護(hù)、過電流保護(hù)和過載保護(hù)、短路保護(hù)。短路時(shí)產(chǎn)生的瞬間電流是額定電流的十幾至幾十倍，使電氣控制線路中的設(shè)備或線路的絕緣遭到損壞，還有負(fù)載短路和接線錯(cuò)誤時(shí)都產(chǎn)生短路故障。電氣設(shè)備或配電線路可能會(huì)因?yàn)槎搪冯娏髟斐煽刂齐娐窊p壞，甚至產(chǎn)生電弧，引起火災(zāi)。因此短路保護(hù)要求在短路故障產(chǎn)生后極短時(shí)間內(nèi)切斷電源，常用方法是在線路中串聯(lián)熔斷器或采用空氣開關(guān)。過電流保護(hù)：一般情況下過電流比短路電流要小很多，是電動(dòng)機(jī)額定電流的1-6倍。通常用過電流繼電器作為測(cè)量元件，接觸器作為執(zhí)行元件斷開電路。

二、電氣控制系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中容易出現(xiàn)的誤區(qū)

（一）設(shè)計(jì)容量選定偏差

在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)的時(shí)候，一般是根據(jù)用電設(shè)備的標(biāo)牌的額定數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，但是有些用電設(shè)備由于特殊原因，共用一路動(dòng)力電源（即使用同一個(gè)空氣開關(guān)）甚至同一臺(tái)接觸器，這種情況下，我們的設(shè)計(jì)人員在對(duì)保護(hù)設(shè)備的選擇容量上容易出現(xiàn)選定偏差。維護(hù)檢修人員在工作時(shí)也容易出錯(cuò)，例如忽視了另一用電設(shè)備的存在。

（二）保護(hù)概念的混淆

短路保護(hù)和過流保護(hù)概念混淆、過載保護(hù)與欠壓保護(hù)混淆等。短路保護(hù)設(shè)備不能當(dāng)作過流保護(hù)使用，因?yàn)樗旧淼谋Ｗo(hù)定義有本質(zhì)區(qū)別，短路保護(hù)要求具有瞬動(dòng)特性，短路的瞬時(shí)故障電流達(dá)到額定電流的幾倍到幾十倍，要求在短時(shí)間內(nèi)切斷電源。而過電流保護(hù)只要過電流值達(dá)到整定值，保護(hù)電器立即切斷電源。過載保護(hù)是采用熱繼電器FR與接觸器KM配合動(dòng)作的方法完成保護(hù)的。過載保護(hù)要求保護(hù)電器具有反時(shí)限特性，即根據(jù)電流過載倍數(shù)不同，其動(dòng)作時(shí)間是不同的，它隨著電流增加而減小。

（三）維護(hù)檢修中出現(xiàn)的違規(guī)操作

經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)追求的最主要目標(biāo)，但是我們不要忘記工業(yè)生產(chǎn)安全第一的原則。在對(duì)電氣控制系統(tǒng)維護(hù)檢修時(shí)，一定要按操作規(guī)程作業(yè)。在實(shí)際工作中容易出現(xiàn)的問題有：為迅速恢復(fù)電氣控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，將必要的保護(hù)環(huán)節(jié)取消，導(dǎo)致某些電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)處于無保護(hù)狀態(tài)，這時(shí)很容易出現(xiàn)設(shè)備損壞或其他事故。為作業(yè)方便，在更換保護(hù)電氣設(shè)備時(shí)，使用超出額定值的保護(hù)設(shè)備（例如熱繼電器、空氣開關(guān)、接觸器等），這時(shí)動(dòng)力設(shè)備（電機(jī)）容易出現(xiàn)工作參數(shù)超出額定值時(shí)沒有起到保護(hù)作用而損壞設(shè)備。實(shí)踐工作中最容易忽視的問題是：對(duì)保護(hù)設(shè)備的完好程度不進(jìn)行定期檢查更換，有些保護(hù)電器設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間使用，其各項(xiàng)指標(biāo)下降、保護(hù)性能降低，從而降低了電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)，容易發(fā)生事故。

三、電氣控制系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的有效措施和方法

（一）概念定義的準(zhǔn)確掌握

這是電氣控制保護(hù)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確地掌握好各種保護(hù)的概念定義，才能科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

（二）一定要深刻理解系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的工藝要求和目的

根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)過程保護(hù)環(huán)節(jié)，不僅對(duì)設(shè)備，更要對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量控制過程應(yīng)用經(jīng)濟(jì)、合理的保護(hù)環(huán)節(jié)。

（三）設(shè)置保護(hù)軟環(huán)節(jié)

例如告警指示、人機(jī)界面、智能判斷修復(fù)等較復(fù)雜的保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，當(dāng)然，這些可以應(yīng)用在大中型生產(chǎn)的電氣控制系統(tǒng)，或要求精度等級(jí)特別高的產(chǎn)品生產(chǎn)線上，一般小型控制系統(tǒng)沒必要投入費(fèi)用很高的保護(hù)環(huán)節(jié)。

（四）對(duì)特殊部分做重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)或詳細(xì)說明

在設(shè)計(jì)保護(hù)環(huán)節(jié)時(shí)，必要情況下要對(duì)特殊部分做重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)或詳細(xì)說明，避免在施工過程中忽視。

（五）設(shè)備標(biāo)識(shí)要清晰準(zhǔn)確

在實(shí)踐維護(hù)過程中，設(shè)備標(biāo)識(shí)要清晰準(zhǔn)確,維護(hù)人員要準(zhǔn)確掌握電氣控制原理和保護(hù)環(huán)節(jié)，避免在更換電氣元件時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在檢查作業(yè)時(shí)應(yīng)遵循以下步驟：總觀全局，從用電設(shè)備的主電路查起（從空氣開關(guān)到設(shè)備的輸入端），不要遺漏環(huán)節(jié)。對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立分析，選擇適宜的保護(hù)設(shè)備。再總觀系統(tǒng)查看額定參數(shù)，是否與工藝要求相符。

（六）進(jìn)行定期檢驗(yàn)和更換

根據(jù)實(shí)際情況，制定保護(hù)電器設(shè)備定期檢修維護(hù)計(jì)劃，對(duì)其進(jìn)行定期檢驗(yàn)和更換，保證保護(hù)電器的完好。

四、自動(dòng)控制保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)踐中的應(yīng)用

在電氣控制系統(tǒng)中，常要對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、運(yùn)動(dòng)速度等設(shè)置必要的控制與保護(hù)，要控制關(guān)鍵的物理量在一定的范圍以內(nèi)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。當(dāng)壓力、流量未達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，可能損壞器件，這時(shí)我們采用壓力開關(guān)和流量繼電器進(jìn)行保護(hù)，或者設(shè)置反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。例如在流量控制中，將流量信號(hào)作為流量控制的反饋信號(hào)，設(shè)定范圍使其保持穩(wěn)定。壓力保護(hù)控制也是同理。

在電氣控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同的工作情況，對(duì)用電設(shè)備采取一種或幾種保護(hù)措施。保護(hù)設(shè)備有很多種類，對(duì)于同一保護(hù)要求，可以選擇不同地點(diǎn)保護(hù)元件。選擇時(shí)，不但要考慮用電設(shè)備容量和電路以及保護(hù)設(shè)備自身特性，還要兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)性等問題。

五、未來電氣控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)與展望

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣控制保護(hù)系統(tǒng)將向集成化、智能化方向發(fā)展，對(duì)保護(hù)控制的精準(zhǔn)度會(huì)越來越高，穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確是電氣控制保護(hù)系統(tǒng)的基本要求。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，保護(hù)系統(tǒng)是保證生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)的最主要途徑，所以在未來的工業(yè)生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)中，保護(hù)環(huán)節(jié)將起到?jīng)Q定性作用，對(duì)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)貫穿出于整體控制環(huán)節(jié)。相繼出現(xiàn)了FCS（總線控制系統(tǒng)）和PAC（可編程智能控制器），其中以FCS為核心的總線控制技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，可以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)控制的要求，而PAC還處在起步階段，相信在不久的將來會(huì)普及應(yīng)用。由此可見，電氣控制系統(tǒng)的保護(hù)環(huán)節(jié)將朝著總線化、智能化方向發(fā)展，必將引領(lǐng)電氣控制領(lǐng)域新的變革。

TM

A

1673-0046（2012）8-0156-02