溫度信號故障引起風機聯鎖停車的原因淺析和改進措施

郭宇杰

（巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內蒙古 巴彥淖爾015543）

1 設備概述

某冶煉廠有一套二氧化硫鼓風機系統，是該廠煙氣制酸系統中最大的電動機，是煙氣制酸流程的動力來源，屬于制酸生產系統煙氣輸送環節的關鍵生產設備。該風機由德國KK＆K公司提供機組設備和控制系統，本體及輔助配套設備上檢測儀表為設備廠家配套，包括主電動機前后軸承溫度、電動機定子繞組溫度、風機軸承溫度、齒輪變速箱高速/低速軸承溫度、風機入口溫度、潤滑油壓、風機軸（水平、垂直方向）振動值檢測等。

風機控制系統選用觸摸屏式人機操作界面和西門子S7－300PLC實施對風機的啟停控制、安全保護、過程調整、數據采集和運行監測。風機操作人員可通過觸摸屏實現風機、輔助油泵、事故油泵、油站加熱器和入口導葉裝置的控制，并對軸承溫度、電機繞組溫度、油溫、油壓、油位、入口導葉裝置以及油過濾器油壓等參數進行實時監控。

該風機的聯鎖控制主要是指風機與風機關鍵部位的油溫油壓、輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器、過濾器油壓等的聯鎖控制，用于保護風機軸瓦和主電機。主要聯鎖設置情況如下：

當出現下列情況之一時，控制系統發出報警并將聯鎖10kV開關柜跳閘：（1）風機軸承溫度大于110 ℃；（2）變速箱高速或低速軸承溫度大于110 ℃；（3）主電機軸承溫度大于85 ℃；（4）主電機繞組溫度大于145 ℃；（5）風機入口溫度大于75 ℃；（6）潤滑油壓小于80kPa（0.8bar）；（7）風機軸振動大于142μm。

2 故障現象

該設備于2009年投入使用。2014 年至今，出現兩次因風機軸承溫度信號異常而引起控制系統保護聯鎖停車的故障，對企業的正常生產、經濟效益、環境治理產生了不利影響。該故障現象主要表現為：二氧化硫鼓風機系統在日常運行穩定、各項參數正常的情況下，會突然在某個時刻，控制系統中顯示的風機軸承溫度快速上升，在2min左右的時間內上升至聯鎖停機值110 ℃，造成風機停機，風機停機后溫度值逐步恢復正常，風機可正常啟動。

3 原因分析

針對故障現象進行分析，初步判斷其可能由以下原因造成：

3.1 用于采集風機軸承溫度的信號電纜存在虛接、連接不牢固情況

如果用于采集風機軸承溫度的信號電纜存在虛接、連接不牢固的情況，該信號就會出現因設備振動等原因造成信號波動的現象，當波動值過大，信號值超過停車聯鎖設定值時，就會引起風機聯鎖停車故障。當風機停機后，因振動源消除或減小，信號電纜恢復接觸，系統中檢測信號正常，可正常啟動。

3.2 I/O模塊故障

造成風機跳閘的故障信號主要為風機軸承溫度這一溫度測點，在檢查信號線路時未發現線路虛接的情況，確認線路連接牢固后，較大可能是該信號的I/O 模塊通道存在問題；同時，本系統沒有采用西門子熱電阻專用模塊6ES73317PF010AB0，而是采用通用AI模塊6ES77KF010AB0 進行熱電阻模式測量，也有可能造成信號不穩定。

3.3 系統干擾問題

PLC控制系統中由于電磁干擾造成系統故障的情況也比較多。檢修中常見的電磁干擾的來源主要有：

（1）來自信號線引入的干擾：與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。對于隔離性能差的系統，可能出現信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。

（2）來自接地系統混亂的干擾：正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC 系統無法正常工作。PLC 控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

在本案中，由于系統的遠程分布式I/O 站安裝在風機旁，電磁干擾也有可能對數據采集和測量造成干擾，從而導致數據波動。系統的接地不正確也有可能對系統造成干擾，而西門子模塊共模電壓大于5V 時，會造成信號的缺失，產生接地故障。

3.4 熱電阻測量元件故障

熱電阻測量元件是否正常及測量的插入位置也會對測量結果造成影響，從而影響數據測量的準確性。

4 解決措施

由于設備平時運行穩定，風機軸承溫度傳感器工作正常，故應重點考慮排除系統干擾問題，可采取以下措施：

4.1 信號線路隱患排查

按照設備圖紙，檢查所有模擬量信號的接線回路，在現場端和模塊端均進行加固，如有必要，重新制作電纜的接線鼻，確保線路部分連接牢固，無虛接等故障隱患。

4.2 I/O卡件更換

檢查聯鎖停機信號所在的I/O 卡件及前端連接器，確保安裝可靠牢固，連接件無松動，如存在問題，可更換I/O 卡件及前端連接器，排除卡件故障。

4.3 信號聯鎖冗余

由于二氧化硫鼓風機系統屬于冶煉流程中的關鍵設備，若其出現跳閘事故且不能及時修復，則會造成整個焙燒制酸生產系統停車，產生較大的經濟損失和安全風險。因此，從增強設備運行穩定性方面考慮，可對引起跳閘的聯鎖信號進行冗余設計。針對該設備，因測量軸承溫度的熱電阻測量元件本身為冗余設計，在使用中為一用一備，為確保系統的穩定性，可將備用點也引入控制系統，在控制系統中通過編程實現該信號的“二取二”，即同一測點兩組信號同時達到聯鎖值時，設備停機，單個信號到達報警或聯鎖值時只作為系統報警。這樣的設計，提高了同一測點現場信號的可靠性。

4.4 接地檢查

控制系統信號接地通常采用的接地方式為單端接地，接地端為現場端，且接地電阻不大于4Ω。有必要對信號的接地進行排查，確保接地方式及接地電阻符合規范和要求。

4.5 隔離措施

為進一步消除干擾，可采取信號隔離的方式，將熱電阻測量的電阻信號通過溫度變送器轉換為4～20mA 電流信號，同時也對信號進行了隔離。

5 結語

在風機監測控制系統中，可以引起風機跳閘保護的溫度測點包括前后軸承溫度、主電機線圈溫度、油箱潤滑油溫度、風機入口溫度、風機出口溫度等溫度測點，當其出現故障信號后，在確定溫度傳感器工作正常的情況下，都可以參考上述解決措施的思路對信號線路及相關模塊進行檢查維修，消除故障隱患。

［1］陳輝.SO2風機溫度監測系統的改造［J］.礦山機械，2006（7）.

［2］李磊，蔡璐，劉偉.PLC 系統信號干擾與防范措施［J］.自動化應用，2014（6）.

［3］劉立峰.SO2風機自動控制系統與聯鎖保護［J］.科技與企業，2013（11）.