電氣控制設計在糖廠的應用

張 亮

（中國輕工業南寧設計工程有限公司，廣西 南寧 530031）

0 前言

隨著技術的發展，制糖工藝也在不斷改進，研制出不少新設備來代替傳統設備，以提高生產效率和經濟效益。電動卸料車是輸送系統中使用的移動卸料設備。用于原糖膠帶輸送機上的原糖卸料，可以定點、間斷、連續卸料，代替舊式的犁式卸料器，降低對膠帶輸送機運行摩擦阻力和對膠帶的磨損，極大的降低了后期運營成本。煮糖罐攪拌器是用于煮糖罐內的糖膏攪拌。煮糖結晶是糖廠最重要的生產工段，其工況的好壞直接影響到產品的質量和企業的經濟效益。采用先進的煮糖結晶工藝，提高煮糖控制系統的水平，對提高和穩定產品質量，提高企業的經濟效益具有十分重要的意義。采用強制循環工藝代替自然循環煮糖的傳統工藝可以使產品質量更加穩定，企業獲得更高的經濟效益。通過機械攪拌推動提高煮糖罐內糖膏的對流，從而提高傳熱系數和傳質系數，加快結晶速度，減少糖分損失。

1 電氣控制設計的要求

控制系統除了滿足生產機械加工工藝的要求外，還要求線路安全可靠，操作維護簡單，設備投資少等。具體有如下一些要求，滿足機械設備生產的工藝要求，能準確按照工藝流程可靠的運行；盡量選用標準的、常用的且經過實際考驗過的環節和線路；盡量減少和縮短控制線路的數量及長度；盡量減少電器的數量及不必要的觸點，簡化線路；選用可靠、性能好的電器元件；正確連接電器的線圈及觸點；具有各自聯鎖及保護裝置，防止誤操作造成重大事故。

2 電氣控制線路的設計步驟

電氣控制線路有兩種設計方法，即經驗設計法及邏輯設計法，本文將介紹經驗設計法。以下為經驗設計法的設計步驟。

主電路設計：主要考慮滿足電動機的起動、點動、正反轉、制動和調速控制的要求。

控制電路設計：主要考慮滿足電動機的各種運轉功能和生產工藝要求，包括實現各種手動、半自動、自動的電氣控制線路。

輔助電路設計：主要考慮完善控制線路要求的設計，包括短路、過載、零壓、聯鎖、限位、照明、故障報警和信號等各種環節。

審核優化：反復審核電路是否滿足設計原則，有條件時可進行模擬實驗，修改和完善整個電氣控制線路的設計。

3 經驗設計法的工程應用

3.1 電動卸料車的電氣控制設計

某原糖車間內有一電動卸料車，沿著原糖膠帶機輸送方向，能在不同的位置定點、間斷、連續卸料進行卸料操作，要求該卸料車可以雙向移動，電氣控制以正反轉控制來實現。

3.1.1 主電路設計

電動卸料車需要正反轉，可利用兩臺接觸器KM1與KM2分別控制，如圖1所示。

圖1 電動卸料車主回路

3.1.2 控制電路設計

電動卸料車電動機的正轉、反轉分別由按鈕SB1和SB2控制，停止則由按鈕SS1和SS2控制。當按下按鈕SB1后，KM1線圈通電，其常開觸點閉合保持控制回路通電，電機正轉，卸料車前進，到卸料位置后按下按鈕SS1后，電機停止；反轉同理。

3.1.3 輔助電路設計及系統優化

限位：電動卸料車移動到最遠端或最近端的極限位置時，通過的限位開關S1和S2切斷控制回路，使電機停止運行。

聯鎖：接觸器KM1和KM2之間應能互鎖，同時起動按鈕SB1和SB2采用復合按鈕聯鎖，即常開與常閉組合成一體的按鈕，保證正、反轉不能同時接通，保障電氣安全。

保護：電動機采用熱繼電器作過載保護，斷路器作短路保護。

信號：設置運行信號燈1HR、2HR及停止信號燈1HG的指示信號。

優化：SS1和SS2都是停止功能，停止功能是不要求方向性的，所以正轉和反轉是可以共用停止按鈕的。

綜合考慮以上各因素，可以得到完整的控制回路設計圖，如圖2所示。

3.2 煮糖罐攪拌器的電氣控制設計

在煮糖罐工藝生產流程中，需要其頂部的攪拌器電機具有低速和高速兩種工作模式，故攪拌器采用雙速電機。由于煮糖初期糖膏濃度低，阻力小，采用高轉速攪拌，隨著糖膏的濃縮，錘度和過飽和度不斷提高，白糖晶體逐漸析出，且黏度不斷提高攪拌阻力逐漸增大，此時需要繼續攪拌所以采用低轉速攪拌既能降低電機功率消耗，也能保護糖膏顆粒不受破壞。

3.2.1 主電路設計

雙速電機通過改變極對數的方法來改變電動機的轉速，需要通過交流接觸器1KM、2KM和KM的通斷來實現，如圖3所示。

低速運轉：1KM主觸頭閉合，2KM及KM主觸頭處于斷開狀態，電動機接通三相電源，D1、D2和D3分別接于三相。電動機在“△”形接法下運行，電動機低速運轉。

高速運轉：1KM主觸頭斷開，2KM和KM主觸頭閉合，KM主觸頭閉合相當于將D1、D2和D3短接，此時D4、D5和D6接于三相。電動機在雙“Y”形接法下運行，電動機高速運轉。

圖2 電動卸料車完整的控制線路圖

圖3 煮糖罐攪拌器主回路

3.2.2 控制電路設計

煮糖罐攪拌器初步的控制回路設計具體如下。

低速運轉：按下按鈕1SB，1KM線圈通電，1KM常開觸點閉合保持控制回路通電，1KM主觸頭閉合，主電路接通三相電源，電機低速運轉。

高速運轉：按下按鈕2SB，2KM和KM線圈通電，2KM常開觸點閉合保持控制回路通電，2KM和KM主觸頭閉合，主電路接通三相電源，電機高速運轉。

停止：按下按鈕1SS，控制回路斷開，線圈失電，主觸頭斷開，電機與電源斷開停止運轉。

3.2.3 輔助電路設計及系統優化

聯鎖：“△”與雙“Y”兩種接法不能同時出現，即1KM閉合時，2KM和KM不能閉合；2KM和KM閉合時，1KM不能閉合。

保護：電動機采用熱繼電器作過載保護，斷路器作短路保護。

信號：設置運行信號燈1HR和2HR，停止信號燈1HG的指示信號。

圖4 煮糖罐攪拌器完整的控制線路圖

優化：當高低速運轉需要切換時，需通過停止按鈕，當電動機停車后才能切換成另一種運行速度。若采用復合按鈕聯鎖，即常開與常閉組合成一體的按鈕，可實現高低速直接轉換，不需要通過停止按鈕。綜合考慮以上各因素，可以得到完整的控制回路設計圖，如圖4所示。

4 結語

本文介紹了電氣控制設計中經驗設計法的方法步驟及工程應用。根據現在新型糖廠自動化需求，增加了遠程自動化DCS控制，操作人員可以使用方便、安全且可靠的電氣控制系統對工藝設備進行精準操作，電動卸料車的安全運行保護了膠帶輸送機和皮帶，降低了人力成本和運營成本；煮糖罐攪拌裝置的穩定動作保障了煮糖結晶工藝的進行，縮短了結晶時間，提高和穩定了產品質量，企業的經濟效益顯著提高。

在電氣控制設計中，我們要根據工藝提出的工作條件，對控制線路隨時增加電器元件和觸點，以滿足生產工藝要求；這種方法除了需要設計師掌握典型設計環節，還需要積累設計經驗，總結知識，開闊思路，才能做出更優化的設計。