電機控制方式在水泥廠應(yīng)用的探討

李 楠 ，劉永強 ，李 濤 ，何 玥

（1.軍械工程學院 河北 石家莊 050003；2.河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院 河北 石家莊 050050）

電機控制方式在水泥廠應(yīng)用的探討

李 楠1，劉永強2，李 濤1，何 玥1

（1.軍械工程學院 河北 石家莊 050003；2.河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院 河北 石家莊 050050）

基于目前國內(nèi)外水泥廠DCS（集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)對電動機起動采用哪種的控制方式更合理的目的，通過對機旁優(yōu)先和中控優(yōu)先這兩種控制方式的探討，再結(jié)合筆者實際的現(xiàn)場經(jīng)驗，實際應(yīng)用表明，中控優(yōu)先具有現(xiàn)場線路簡單，可靠性高的特點，更適合水泥廠惡劣的環(huán)境。

機旁優(yōu)先；中控優(yōu)先；DCS；水泥廠

南非曼巴水泥廠為2800t/d熟料的新型干法水泥廠，是中國冀東發(fā)展集團總包項目。整條生產(chǎn)線所有的低壓電機的控制方式都是采用“中控優(yōu)先”的控制方式，這與國內(nèi)水泥企業(yè)所采用的“機旁優(yōu)先”的控制方式[1]大大不同。筆者參與了整個項目的設(shè)計，現(xiàn)就低壓電機控制方式在該項目上與國內(nèi)水泥企業(yè)的不同作簡單介紹。

1 電動機起動方式的選擇

電動機分為直流電動機和交流電動機[2]，交流電動機又分為異步電動機和同步電動機；本文論述的鼠籠型電動機為異步電動機的一種，其余電動機的起動及控制方式由于篇幅的限制本文不再論述。

鼠籠型電動機滿足下列條件時，應(yīng)采用全壓起動：

1）生產(chǎn)機械允許承受全壓起動時的沖擊力矩；

2）電動機起動時，其端子電壓應(yīng)保證機械要求的起動轉(zhuǎn)矩，配電母線上的電壓不宜超過額定電壓的15%；

3）制造廠對電動機的起動方式無特殊要求。

鼠籠型電動機當不符合全壓起動條件時，可采用軟起動裝置，也可采用其他起動方式；有調(diào)速要求時，電動機的起動方式應(yīng)與調(diào)速方式相配合。

上述規(guī)定是規(guī)范面對高低壓鼠籠型和同步電動機及其所拖動各類機械的全面情況所做的規(guī)定[3]，對低壓配電設(shè)計中的鼠籠型電動機全壓起動的判斷條件可簡化為：電動機起動時配電線電壓不低于系統(tǒng)標稱電壓的85%。通常，只要電動機額定功率不超過電源變壓器額定容量的30%，即可全壓起動；僅在估算結(jié)果處于邊緣情況時，才需要進行詳細計算。故鼠籠型電動機全壓起動是最簡單、最經(jīng)濟、最可靠地起動方式，只要符合規(guī)定的條件就應(yīng)采用。

2 “中控優(yōu)先”和“機旁優(yōu)先”簡介

2.1 “機旁優(yōu)先”控制方式

這是一種在國內(nèi)使用較多的控制方式，圖1就是典型的“機旁優(yōu)先”控制原理圖[4]，LCB為機旁按鈕，安裝于設(shè)備現(xiàn)場，在機旁按鈕盒上增加一個“選擇開關(guān)”SA，當SA打至L位置（機旁）時，電機的起動權(quán)在現(xiàn)場，由現(xiàn)場人員決定電機的啟停；當SA打至C位置（中控）時，中控具備開車條件，這時電機只能由計算機來操作，機旁按鈕LCB不能控制。在SA在C位置時當操作員通過中央控制室操作員站對電機起動時，該電機的計算機的驅(qū)動信號為ON，中間繼電器1K動作，電機起動；當操作員對電機停機時，該電機的驅(qū)動信號為OFF，電機停止。在SA在L位置時操作員無權(quán)對電機啟停，也就是說計算機不能操作，由現(xiàn)場人員根據(jù)實際情況按動機旁按鈕盒LCB上的起動按鈕ST或停車按鈕STP就可控制電機運行。

圖1 典型的“機旁優(yōu)先”控制原理圖Fig. 1 Typical “Local Priority” control principle diagram

2.2 “中控優(yōu)先”控制方式

圖2就是典型的“中控優(yōu)先”控制原理圖，沒有機旁按鈕盒LCB，而是在設(shè)備現(xiàn)場增加了可視斷路器VCS，并帶有起動按鈕L1和停止按鈕LS，但是沒有選擇開關(guān)SA，而是在DCS程序中設(shè)置一個“選擇按鈕”，當它為ON時表示選擇中控，這時中控室操作員可以對該電機發(fā)出或取消驅(qū)動信號，當它為OFF表示選擇機旁，這時現(xiàn)場人員才能按動起動按鈕L1和停止按鈕LS來控制電機的啟停。

圖2 典型的“中控優(yōu)先”控制原理圖Fig. 2 Typical “Central Control Priority” control principle diagram

3 現(xiàn)場調(diào)試和常見故障及排障方法

電動機單轉(zhuǎn)檢測項目有轉(zhuǎn)向、空載電流和電壓、軸承和定子

筆者在現(xiàn)場調(diào)試中出現(xiàn)許多意想不到的故障，下面就在調(diào)試步驟中出現(xiàn)的故障及排障方法與讀者分享一下。

現(xiàn)場調(diào)試一般分為3個步驟：

1)電動機單轉(zhuǎn)：電動機單轉(zhuǎn)前應(yīng)完成電機測試和電氣保護回路模擬試驗，電動機單轉(zhuǎn)時相關(guān)的保護回路均應(yīng)投入；溫升以及振動，試轉(zhuǎn)持續(xù)時間應(yīng)使測值已達到穩(wěn)定，一般不少于2～4 h。在這期間可能遇到的故障是電動機反轉(zhuǎn)，電動機啟動不起來或者是工作一段時間后直接跳閘，應(yīng)調(diào)整電動機電源接線，根據(jù)電動機額定電流調(diào)整熱繼電器電流。

2)把低壓配電屏上的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到試驗位，從計算機畫面上對電動機進行模擬起動，檢查普通電動機的測點：一種是數(shù)字量輸入（即DI）：備妥，設(shè)備是否具備起動條件；應(yīng)答，設(shè)備是否運行；另一種是數(shù)字量輸出（即DO）：驅(qū)動，DCS是否給設(shè)備驅(qū)動。需要注意的故障是：檢查COM1電源，有時備妥沒有或者驅(qū)動發(fā)不過去就是沒有電源。

3)把低壓配電屏上的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到正常位，從計算機畫面上對電動機進行單機起動，再進行分組分系統(tǒng)調(diào)試，目的是檢查分系統(tǒng)各設(shè)備的協(xié)調(diào)運行情況，確保各分組分系統(tǒng)的功能達到設(shè)計要求；驗證系統(tǒng)是否能按功能組設(shè)定的程序，依次自動啟停各設(shè)備；檢查功能組設(shè)計的合理性；試驗當順控條件不滿足時，檢驗聯(lián)鎖、聯(lián)動保護執(zhí)行情況；重點檢查以下項目：

① 起動故障：設(shè)備驅(qū)動后在規(guī)定時間內(nèi)沒有返回應(yīng)答，計算機自動產(chǎn)生故障，報警并停止驅(qū)動[5]；

②運行故障：設(shè)備驅(qū)動后，返回應(yīng)答，驅(qū)動自保，運行期間應(yīng)答丟失，超過規(guī)定時間，自動產(chǎn)生故障，報警，停止驅(qū)動；

③安全聯(lián)鎖：電機本身的安全保護：如包括：綜合故障；溫度開關(guān)；速度開關(guān)；跑偏開關(guān)[6]；撕裂等；

④上位聯(lián)鎖：又名起動聯(lián)鎖，確保設(shè)備按照工藝順序起動；

⑤下位聯(lián)鎖：又名運行聯(lián)鎖，確保設(shè)備按照工藝順序運行；如下位設(shè)備（參與順序聯(lián)鎖）出現(xiàn)異常故障，將自動聯(lián)鎖停止本設(shè)備的驅(qū)動；

⑥停車聯(lián)鎖：確保設(shè)備按照工藝順序停車；允許停車命令的有效；

⑦抖動：由于現(xiàn)場各種原因所引起的、進入計算機系統(tǒng)的測點信號出現(xiàn)異常現(xiàn)象。具體包括：測點信號瞬間間斷、瞬間閉合、測量值超出正常范圍等；

現(xiàn)場遇到的故障有：①原料磨系統(tǒng)由于對講機的電磁干擾造成繞組溫度滿量程，進而造成設(shè)備跳停，對控制電纜做了防電磁處理后結(jié)果還是不理想，最后更換了現(xiàn)場儀表才正常。②根據(jù)工藝要求做好上下位聯(lián)鎖，做到該跳停的時候就跳停，不該跳停的時候正常運行。③DCS系統(tǒng)采用Profibus現(xiàn)場總線，要求DP線屏蔽層的剝離長度盡可能短，最好不超過1厘米，且DP接線要牢固。④經(jīng)常遇到安全聯(lián)鎖中由于某種原因造成設(shè)備跳停，但故障信號只是顯示一下很快就消失，設(shè)備都很正常，排障方法是在安全聯(lián)鎖加延時輸出保護：延時的時間可以定為1秒或適當?shù)臅r間；在規(guī)定的延時內(nèi)測點的抖動可以忽略不計，不參與聯(lián)鎖控制，一但超出規(guī)定時間，計算機系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖控制；同理下位聯(lián)鎖可以加延時斷開保護。例如現(xiàn)場人員不小心碰到跑偏開關(guān)等。⑤DCS接地系統(tǒng)要可靠，和電氣接地要嚴格分開。

4 兩種控制方式的比較

既然國內(nèi)外水泥廠對電機的起動控制方式采用不同的方案，那么這兩種控制方式有什么優(yōu)缺點呢，如下所述。

4.1 環(huán)境的影響

眾所周知，水泥廠設(shè)備運行環(huán)境惡劣，粉塵含量大[7]。當采用“機旁優(yōu)先”控制方式時，由圖1可知機旁按鈕盒開關(guān)觸點有5對之多，長期運行在這樣的環(huán)境中，按鈕盒很容易進灰，造成開關(guān)觸點接觸不良，導致中控及現(xiàn)場無法起動電機。“中控優(yōu)先”控制方式現(xiàn)場沒有機旁按鈕盒，只有可視斷路器VCS上的兩個按鈕，總的開關(guān)觸點比“機旁優(yōu)先”大大減少，故障率也大大減少，不會影響中控正常起動電機。

4.2 安全問題的影響

“中控優(yōu)先”的電機選擇權(quán)位置在“中控”的計算機程序上，操作員在畫面上把電機的起動置為“中控”，則可視斷路器VCS上面的“起動”“停止 按鈕失去作用，可以防止現(xiàn)場人員誤動作。而“機旁優(yōu)先”的電機選擇權(quán)位置在現(xiàn)場的 “機旁”按鈕盒，只能由現(xiàn)場人員來選擇，就把握生產(chǎn)大局來說就沒有 “中控優(yōu)先”方案安全性高。但也有不利的一面，操作員不能看到現(xiàn)場的實際情況，有時需要現(xiàn)場緊急停機，否則易造成生產(chǎn)事故。因此，“中控優(yōu)先”方案的可視斷路器VCS中“停止”按鈕在任何操作下都起作用。

4.3 計算機故障的影響

不管采用“中控優(yōu)先”還是“機旁優(yōu)先”，在生產(chǎn)過程中計算機都會出現(xiàn)故障，有人則認為前者對生產(chǎn)的影響較大，因為后者在計算機出現(xiàn)故障時仍可用“機旁”操作來維持生產(chǎn)，其實這是一個誤區(qū)，理由是：在計算機出現(xiàn)故障后就會停產(chǎn)搶修計算機，并非采用轉(zhuǎn)向“機旁”方式維持生產(chǎn)。再者，現(xiàn)今的計算機系統(tǒng)可靠性比較高，一般都有幾個操作員站，不可能所有操作員站都同時出現(xiàn)故障，出現(xiàn)的故障率很低；就是出現(xiàn)故障，現(xiàn)今的系統(tǒng)檢測手段功能很強，只要查出故障，一般通過更換硬件板，即可恢復(fù)系統(tǒng)運行[8]。

這里需要提出的是，不管采用“中控優(yōu)先”還是“機旁優(yōu)先”，在水泥廠處于安裝建設(shè)階段，只有計算機安裝調(diào)試好，才能對電機實現(xiàn)聯(lián)動調(diào)試。

5 結(jié)束語

筆者根據(jù)多年的工作實踐，認為在水泥企業(yè)現(xiàn)場惡劣、粉塵大的環(huán)境中“中控優(yōu)先”控制方式比“機旁優(yōu)先”控制方式更合適一些，主要原因是：前者具有現(xiàn)場線路簡單，可靠性高的優(yōu)點，后者控制線路繁瑣，機旁按鈕盒引起的故障率高。

[1]趙明. 工廠電氣控制設(shè)備[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2005.

[2]國家標準GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2012.

[3]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院編. 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M]. 北京：中國電力出版社, 2005.

[4]陳鵠.淺談“集中優(yōu)先”和“機旁優(yōu)先” [J].科技風,2012(4):82.

CHEN Hu. Focus on "Central control priority" and" Local priority" [J]. Science and Technology Wind, 2012(4):82.

[5]劉偉平.電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖的分析比較 [J].知識技術(shù),2010(8):118.

LIU Wei-ping.Analysis and comparison of motor positive inversion control principle diagram [J]. Knowledge and technology,2010(8):118.

[6]李長安.皮帶機就地啟動控制線路的改造 [J].港口裝卸,2011(4):43.

LI Chang-an.Transformation on local start-up control circuit of strap machine [J]. Port Handling,2011(4):43.

[7]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊編委會編.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1996.

[8]薛振聲,王魯寧.WebField ECS-100在100MW機組上的應(yīng)用 [J].寧夏電力,2007,S2:33-35.

XUE Zhen-sheng,WANG Lu-ning.Application of WebField ECS-100 in 100MW unit [J]. Ningxia Power, 2007, S2:33-35.

Discussion on the motor control method used in cement plant

LI Nan1, LIU Yong-qiang2，LI Tao1, HE Yue1
（1.Ordnance Engineering College, Shijiazhuang050003, China;2.Hebei Building Materials Industry Design and Research Institute, Shijiazhuang050050, China）

At present domestic and foreign cement factory DCS (distributed control system) for motor starting with the control way which is more reasonable for the purpose of motor based on, through the discussion on the machine by local priority and central control priority of these two kinds of control methods, combined with the author's practical experience in the field, practical application shows that the central control priority has the features of simple circuit,high reliability, it's more suitable for cement factory environment.

local priority; central control priority; distributed control system; cement plant

TN710

A

1674-6236(2014)07-0092-03

2013-06-08稿件編號201306055

李 楠(1982—)，女，河北石家莊人，碩士，講師。研究方向：計算機測控技術(shù)。