C200-1.52離心式鼓風機電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

嚴忠新

（江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦泗洲選礦廠，江西上饒 334224）

離心式鼓風機是一種葉片式旋轉(zhuǎn)機械，是利用葉片和氣體的相互作用提高氣體的壓力和動能，并利用同流元件使氣體減速，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ奶岣摺?/p>

德興銅礦泗洲選礦廠130 m3浮選機供風系統(tǒng)采用的是C200-1.52離心式鼓風機，為保證氣源充足、穩(wěn)定，在風機房設(shè)計有離心式鼓風機3臺，拖動電機型號為YE3-355M-2250 kW。

1 鼓風機控制系統(tǒng)

鼓風機電氣控制系統(tǒng)主要包括ABB 軟啟動器、稀油站PLC 控制系統(tǒng)等。其中軟啟動器安裝在電機主回路中，稀油站PLC 控制器主要是采集現(xiàn)場各種控制元件的工作狀態(tài)和儀表數(shù)據(jù)，通過程序?qū)ζ溥\算進行控制，保證風機的安全起動和運行。風機啟動必須要求稀油站運行正常，PLC 輸出允許啟動信號，KA6接點閉合。此時可按現(xiàn)場稀油站控制柜上的啟動按鈕，使中間繼電器KA4得電閉合，ABB 軟啟動器啟動回路通過KA4、KA6、SB1、2KA、KA5接點接通，電機啟動。若ABB 軟啟動器或稀油站出現(xiàn)故障，則PLC 控制器輸出故障信號，停機聯(lián)鎖中間繼電器KA8得電吸合，中間繼電器2KA 常閉接點斷開，電機停止運行。也可通過稀油站控制柜的停止按鈕（控制KA5通斷）和停止按鈕SB1實現(xiàn)停車（圖1）。

圖1 C200-1.52離心式鼓風機電氣控制系統(tǒng)

1.1 ABB軟啟動器

軟啟動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的電機控制裝置。采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定子之間。

選礦廠兩個磨浮工段鼓風機軟啟動器選用ABB的PSTB470軟啟動器。該軟啟動器尺寸小巧，可以實現(xiàn)現(xiàn)場總線控制，易于參數(shù)設(shè)定、調(diào)試。

1.2 稀油站控制系統(tǒng)

1.2.1 工作原理

油泵電機控制圖如圖2所示。

圖2 油泵電機控制圖

大型旋轉(zhuǎn)機械在高速高溫下運轉(zhuǎn)時，機械傳動部位必須注入油滑潤。天氣冷熱導致油質(zhì)濃度不一致，為了保證供油系統(tǒng)油壓恒定，必須對油質(zhì)進行稀調(diào)，該系統(tǒng)的動力就是由稀油站電機完成。選礦廠鼓風機稀油站有兩臺油泵電機，可實現(xiàn)就地控制和遠程控制，就地控制可獨立啟停，也可實現(xiàn)聯(lián)動控制。

1.2.2 稀油站加熱器

稀油站加熱器是給稀油站潤滑油加熱的。大型旋轉(zhuǎn)機械對原動力（電機）啟動要求為空載啟動，減少對電網(wǎng)的沖擊，對被拖動機械要求逐步升速，如此使大型設(shè)備運行安全可靠。轉(zhuǎn)速自低升高，由高降低，稱為調(diào)速。目前調(diào)速方案較多，本系統(tǒng)采用液力偶合調(diào)速，簡稱液偶。其控制過程如下：

（1）本地手動狀態(tài)。當SA1旋轉(zhuǎn)開關(guān)在本地位置與SA3旋轉(zhuǎn)開關(guān)在手動位置時，按下SB8啟動按鈕后KM3接觸器自鎖吸合；按下SB7停止按鈕或油箱溫度高于35 ℃或主電機運行后KM3接觸器斷開。

（2）本地自動狀態(tài)。當SA1旋轉(zhuǎn)開關(guān)在本地位置與SA3旋轉(zhuǎn)開關(guān)在自動位置時，在油箱溫度低于20 ℃后KA12吸合，KM3接觸器吸合；油箱溫度高于35 ℃或主電機運行后KM3接觸器自動斷開。

1.3 PLC信號檢測與控制

本系統(tǒng)采用PLC 可編程控制器為核心，將數(shù)據(jù)采集、運行、顯示、控制組成了一個系統(tǒng)，用于大型機械設(shè)備的控制。

溫度檢測及報警功能通過由溫度傳感器、溫控儀、溫度顯示器及報警器等組成的溫控系統(tǒng)實現(xiàn)，可以有效地對風機軸承和在電機運行狀態(tài)下進行連續(xù)不斷的溫度檢測，準確地顯示溫度數(shù)據(jù)，并在設(shè)定的工作溫度超時及時報警，直至切斷主電路，避免嚴重的事故發(fā)生。

振動檢測報警裝置通過振動傳感器、二次儀表及報警器等組成的震動檢測系統(tǒng)實現(xiàn)，可以有效地對風機整機狀態(tài)實施運行狀態(tài)下的監(jiān)控及報警。該系統(tǒng)的檢測能夠反映風機轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)、軸承座與軸、軸與電機的同心度等綜合性能狀態(tài)，通過設(shè)定的震動速度上限值，可以進行超限報警，也可以為風機的安裝調(diào)試、運行狀態(tài)提供定量的數(shù)據(jù)分析。

1.3.1 S7-200PLC配置

（1）CPU（226）。采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。

（2）I/O——DI/DO 開關(guān)量輸入模塊。接收采集輸入開關(guān)量信號，與CPU 聯(lián)絡(luò)。開關(guān)量輸出模塊為PLC 刷新信號輸出開關(guān)量信號給外部設(shè)備進行控制執(zhí)行。

（3）I/O——AI/AO 模擬量輸入與輸出模塊。模擬量輸入部分接收采集輸入模擬量信號與CPU 聯(lián)絡(luò)；模擬量輸出部分PLC 刷新信息輸出模擬量信號至外部設(shè)備。

（4）電源模塊。供PLC 各I/O 模塊及采集信號、顯示、調(diào)整、執(zhí)行等所用的DC24 V 電源。

1.3.2 風機前后軸承溫度

（1）在風機前后軸瓦上安裝有2個Pt100傳感器，接入LDSB3000雙通道數(shù)顯儀表，顯示風機前后軸承溫度，并將實際溫度值轉(zhuǎn)換為4～20 mA 電流信號寫入PLC，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。在儀表中設(shè)置上限報警值（≥75 ℃）和上上限停機值（≥85 ℃）。

溫度超過上限時，顯示儀表面板報警指示燈亮并輸出開關(guān)信號到PLC，通過控制程序輸出，稀油站控制柜面板綜合報警指示燈亮。

溫度超過上上限時，顯示儀表面板報警指示燈亮并輸出開關(guān)信號到PLC，通過控制程序輸出，停主機，自鎖故障報警信息，通過復位按鈕SB3解除。稀油站控制柜面板綜合報警指示燈亮。

（2）電機前后軸承溫度、稀油站油溫、風機振動和稀油站供油壓力信號都是通過安裝在各部位的傳感器檢測，其工作原理與風機前后軸承溫度相似。各信號參數(shù)值如下：

電機前后軸承溫度：上限報警值≥75 ℃，上上限停機值≥85 ℃；

稀油站油溫：低于20 ℃啟動加熱器，高于35 ℃停加熱器。上限報警值≥45 ℃，上上限停機值≥55 ℃。

1.3.3 稀油站供油溫度/油箱溫度

為保護稀油站供油系統(tǒng)的可靠，特設(shè)置稀油站供油溫度檢測，在溫度達到一定限值時，必須發(fā)出報警；在溫度達到一定上限值時必須自動關(guān)閉加熱器，并發(fā)出報警；在溫度低于下限值時，在本地自動能自動開啟加熱器。此過程由TEP03雙通道溫度表來完成。

（1）原理。在稀油站供油處及油箱處安裝的2個Pt100傳感器分別由D2端子排接入TEP04的輸入端，由TEP03進行溫度的檢測顯示，并將實際溫度值按設(shè)定要求轉(zhuǎn)換為電流信號，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

（2）報警過程。稀油站供油溫度和油箱溫度達到上限值報警時，上限報警送出開關(guān)量信號給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號執(zhí)行報警，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

1.3.4 風機振動

為保障風機旋轉(zhuǎn)機械的安全運行，特設(shè)置在風機前軸承上有一個垂直，一個橫向的振動傳感器，風機后軸承上有一個垂直，一個橫向的振動傳感器，分別檢測風機前軸的垂直，橫向振動，風機后軸的垂直，橫向振動，凡振動達到上限值時，發(fā)出報警信號，直至繼續(xù)上升到上上限值時發(fā)出停機信號迫使停止運行，達到風機正常運行的保障，此過程由雙通道測振儀VBIA01來完成。風機振動上限報警值≥5.6 mm/s，上上限停機值≥6.3 mm/s。

（1）原理。由外界風機前軸承，后軸承上安裝的垂直與橫抽振動傳感器的信號，分別由D2端子排接至VBIA01雙通道測振儀的輸入端，由VBIA01進行振動的檢測顯示，并將實際溫度值按設(shè)定要求轉(zhuǎn)換為電流信號，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS中控。

（2）報警過程。振動信號值達到上限報警值時，上限報警送出開關(guān)量信號給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號執(zhí)行報警。

（3）停機過程。振動信號值達到上限報警值后，繼續(xù)上升到上上限停機值時，上上限報警送出開關(guān)量信號給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號給開關(guān)柜處理，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

1.3.5 稀油站供油壓力

為檢測稀油站供油壓力，確保供油系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，特設(shè)置稀油站供油壓力的檢測。稀油站供油壓力上限報警值≤0.1 MPa，上上限停機值≤0.05 MPa。當壓力小于0.12 MPa 時，兩臺油泵同時開啟，大于0.3 MPa 時停用1臺油泵。

（1）原理。由壓力表PR01輸出的壓力4～20 mA傳輸信號送至PLC 的模擬量輸入模塊，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

（2）報警過程。壓力信號值達到下限報警值時，下限報警送出開關(guān)量信號給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號通知報警。

（3）停機過程。振動信號值達到下限報警值后，繼續(xù)下降到下下限停機值時，下下限停機送出開關(guān)量信號給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號給開關(guān)柜處理，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

2 常見故障及處理

常見的故障問題及處理見表1。

表1 常見的故障問題及解決辦法

3 結(jié)語

通過分析可以看出，隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展，人們對于電氣設(shè)備工作的穩(wěn)定性、可靠性以及精度等要求越來越高，電氣保護和PLC 控制系統(tǒng)在其中的應(yīng)用范圍不斷擴大。PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上PLC 通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得更加容易。由此可見，電氣設(shè)備控制系統(tǒng)采用PLC 是未來電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，完全可以滿足生產(chǎn)設(shè)備自動化生產(chǎn)線的功能要求。

在選礦廠中，自動化控制系統(tǒng)涉及到各個工藝環(huán)節(jié)的控制，其穩(wěn)定運行對保證生產(chǎn)安全、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要作用，已經(jīng)大量應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中。