李 楠 ，劉永強(qiáng) ，李 濤 ，何 玥

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

電機(jī)控制方式在水泥廠應(yīng)用的探討

李 楠1，劉永強(qiáng)2，李 濤1，何 玥1

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

基于目前國(guó)內(nèi)外水泥廠DCS（集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)采用哪種的控制方式更合理的目的，通過(guò)對(duì)機(jī)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(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際應(yīng)用表明，中控優(yōu)先具有現(xiàn)場(chǎng)線路簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，更適合水泥廠惡劣的環(huán)境。

機(jī)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(guó)冀東發(fā)展集團(tuán)總包項(xiàng)目。整條生產(chǎn)線所有的低壓電機(jī)的控制方式都是采用“中控優(yōu)先”的控制方式，這與國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)所采用的“機(jī)旁優(yōu)先”的控制方式[1]大大不同。筆者參與了整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，現(xiàn)就低壓電機(jī)控制方式在該項(xiàng)目上與國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)的不同作簡(jiǎn)單介紹。

1 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇

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

鼠籠型電動(dòng)機(jī)滿足下列條件時(shí)，應(yīng)采用全壓起動(dòng)：

1）生產(chǎn)機(jī)械允許承受全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊力矩；

2）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)保證機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，配電母線上的電壓不宜超過(guò)額定電壓的15%；

3）制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式無(wú)特殊要求。

鼠籠型電動(dòng)機(jī)當(dāng)不符合全壓起動(dòng)條件時(shí)，可采用軟起動(dòng)裝置，也可采用其他起動(dòng)方式；有調(diào)速要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式應(yīng)與調(diào)速方式相配合。

上述規(guī)定是規(guī)范面對(duì)高低壓鼠籠型和同步電動(dòng)機(jī)及其所拖動(dòng)各類機(jī)械的全面情況所做的規(guī)定[3]，對(duì)低壓配電設(shè)計(jì)中的鼠籠型電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的判斷條件可簡(jiǎn)化為：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電線電壓不低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的85%。通常，只要電動(dòng)機(jī)額定功率不超過(guò)電源變壓器額定容量的30%，即可全壓起動(dòng)；僅在估算結(jié)果處于邊緣情況時(shí)，才需要進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。故鼠籠型電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最可靠地起動(dòng)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(jī)旁優(yōu)先”簡(jiǎn)介

2.1 “機(jī)旁優(yōu)先”控制方式

這是一種在國(guó)內(nèi)使用較多的控制方式，圖1就是典型的“機(jī)旁優(yōu)先”控制原理圖[4]，LCB為機(jī)旁按鈕，安裝于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，在機(jī)旁按鈕盒上增加一個(gè)“選擇開(kāi)關(guān)”SA，當(dāng)SA打至L位置（機(jī)旁）時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)權(quán)在現(xiàn)場(chǎng)，由現(xiàn)場(chǎng)人員決定電機(jī)的啟停；當(dāng)SA打至C位置（中控）時(shí)，中控具備開(kāi)車條件，這時(shí)電機(jī)只能由計(jì)算機(jī)來(lái)操作，機(jī)旁按鈕LCB不能控制。在SA在C位置時(shí)當(dāng)操作員通過(guò)中央控制室操作員站對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，該電機(jī)的計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為ON，中間繼電器1K動(dòng)作，電機(jī)起動(dòng)；當(dāng)操作員對(duì)電機(jī)停機(jī)時(shí)，該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為OFF，電機(jī)停止。在SA在L位置時(shí)操作員無(wú)權(quán)對(duì)電機(jī)啟停，也就是說(shuō)計(jì)算機(jī)不能操作，由現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)實(shí)際情況按動(dòng)機(jī)旁按鈕盒LCB上的起動(dòng)按鈕ST或停車按鈕STP就可控制電機(jī)運(yùn)行。

圖1 典型的“機(jī)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(méi)有機(jī)旁按鈕盒LCB，而是在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)增加了可視斷路器VCS，并帶有起動(dòng)按鈕L1和停止按鈕LS，但是沒(méi)有選擇開(kāi)關(guān)SA，而是在DCS程序中設(shè)置一個(gè)“選擇按鈕”，當(dāng)它為ON時(shí)表示選擇中控，這時(shí)中控室操作員可以對(duì)該電機(jī)發(fā)出或取消驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)它為OFF表示選擇機(jī)旁，這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員才能按動(dòng)起動(dòng)按鈕L1和停止按鈕LS來(lái)控制電機(jī)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(chǎng)調(diào)試和常見(jiàn)故障及排障方法

電動(dòng)機(jī)單轉(zhuǎn)檢測(cè)項(xiàng)目有轉(zhuǎn)向、空載電流和電壓、軸承和定子

筆者在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)調(diào)試一般分為3個(gè)步驟：

1)電動(dòng)機(jī)單轉(zhuǎn)：電動(dòng)機(jī)單轉(zhuǎn)前應(yīng)完成電機(jī)測(cè)試和電氣保護(hù)回路模擬試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)相關(guān)的保護(hù)回路均應(yīng)投入；溫升以及振動(dòng)，試轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)使測(cè)值已達(dá)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(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不起來(lái)或者是工作一段時(shí)間后直接跳閘，應(yīng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源接線，根據(jù)電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)打到試驗(yàn)位，從計(jì)算機(jī)畫面上對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬起動(dòng)，檢查普通電動(dòng)機(jī)的測(cè)點(diǎn)：一種是數(shù)字量輸入（即DI）：備妥，設(shè)備是否具備起動(dòng)條件；應(yīng)答，設(shè)備是否運(yùn)行；另一種是數(shù)字量輸出（即DO）：驅(qū)動(dòng)，DCS是否給設(shè)備驅(qū)動(dòng)。需要注意的故障是：檢查COM1電源，有時(shí)備妥沒(méi)有或者驅(qū)動(dòng)發(fā)不過(guò)去就是沒(méi)有電源。

3)把低壓配電屏上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到正常位，從計(jì)算機(jī)畫面上對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單機(jī)起動(dòng)，再進(jìn)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(yùn)行情況，確保各分組分系統(tǒng)的功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；驗(yàn)證系統(tǒng)是否能按功能組設(shè)定的程序，依次自動(dòng)啟停各設(shè)備；檢查功能組設(shè)計(jì)的合理性；試驗(yàn)當(dāng)順控條件不滿足時(shí)，檢驗(yàn)聯(lián)鎖、聯(lián)動(dòng)保護(hù)執(zhí)行情況；重點(diǎn)檢查以下項(xiàng)目：

① 起動(dòng)故障：設(shè)備驅(qū)動(dòng)后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有返回應(yīng)答，計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生故障，報(bào)警并停止驅(qū)動(dòng)[5]；

②運(yùn)行故障：設(shè)備驅(qū)動(dòng)后，返回應(yīng)答，驅(qū)動(dòng)自保，運(yùn)行期間應(yīng)答丟失，超過(guò)規(guī)定時(shí)間，自動(dòng)產(chǎn)生故障，報(bào)警，停止驅(qū)動(dòng)；

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

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

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

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(dòng)：由于現(xiàn)場(chǎng)各種原因所引起的、進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。具體包括：測(cè)點(diǎn)信號(hào)瞬間間斷、瞬間閉合、測(cè)量值超出正常范圍等；

現(xiàn)場(chǎng)遇到的故障有：①原料磨系統(tǒng)由于對(duì)講機(jī)的電磁干擾造成繞組溫度滿量程，進(jìn)而造成設(shè)備跳停，對(duì)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(chǎng)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(shí)候就跳停，不該跳停的時(shí)候正常運(yùn)行。③DCS系統(tǒng)采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線，要求DP線屏蔽層的剝離長(zhǎng)度盡可能短，最好不超過(guò)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(hào)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(shí)輸出保護(hù)：延時(shí)的時(shí)間可以定為1秒或適當(dāng)?shù)臅r(shí)間；在規(guī)定的延時(shí)內(nèi)測(cè)點(diǎn)的抖動(dòng)可以忽略不計(jì)，不參與聯(lián)鎖控制，一但超出規(guī)定時(shí)間，計(jì)算機(jī)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(shí)斷開(kāi)保護(hù)。例如現(xiàn)場(chǎng)人員不小心碰到跑偏開(kāi)關(guān)等。⑤DCS接地系統(tǒng)要可靠，和電氣接地要嚴(yán)格分開(kāi)。

4 兩種控制方式的比較

既然國(guó)內(nèi)外水泥廠對(duì)電機(jī)的起動(dòng)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(diǎn)呢，如下所述。

4.1 環(huán)境的影響

眾所周知，水泥廠設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，粉塵含量大[7]。當(dāng)采用“機(jī)旁優(yōu)先”控制方式時(shí)，由圖1可知機(jī)旁按鈕盒開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有5對(duì)之多，長(zhǎng)期運(yùn)行在這樣的環(huán)境中，按鈕盒很容易進(jìn)灰，造成開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸不良，導(dǎo)致中控及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法起動(dòng)電機(jī)?！爸锌貎?yōu)先”控制方式現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有機(jī)旁按鈕盒，只有可視斷路器VCS上的兩個(gè)按鈕，總的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)比“機(jī)旁優(yōu)先”大大減少，故障率也大大減少，不會(huì)影響中控正常起動(dòng)電機(jī)。

4.2 安全問(wèn)題的影響

“中控優(yōu)先”的電機(jī)選擇權(quán)位置在“中控”的計(jì)算機(jī)程序上，操作員在畫面上把電機(jī)的起動(dòng)置為“中控”，則可視斷路器VCS上面的“起動(dòng)”“停止 按鈕失去作用，可以防止現(xiàn)場(chǎng)人員誤動(dòng)作。而“機(jī)旁優(yōu)先”的電機(jī)選擇權(quán)位置在現(xiàn)場(chǎng)的 “機(jī)旁”按鈕盒，只能由現(xiàn)場(chǎng)人員來(lái)選擇，就把握生產(chǎn)大局來(lái)說(shuō)就沒(méi)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(chǎng)的實(shí)際情況，有時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)緊急停機(jī)，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(jì)算機(jī)故障的影響

不管采用“中控優(yōu)先”還是“機(jī)旁優(yōu)先”，在生產(chǎn)過(guò)程中計(jì)算機(jī)都會(huì)出現(xiàn)故障，有人則認(rèn)為前者對(duì)生產(chǎn)的影響較大，因?yàn)楹笳咴谟?jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)仍可用“機(jī)旁”操作來(lái)維持生產(chǎn)，其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)，理由是：在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后就會(huì)停產(chǎn)搶修計(jì)算機(jī)，并非采用轉(zhuǎn)向“機(jī)旁”方式維持生產(chǎn)。再者，現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性比較高，一般都有幾個(gè)操作員站，不可能所有操作員站都同時(shí)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(cè)手段功能很強(qiáng)，只要查出故障，一般通過(guò)更換硬件板，即可恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行[8]。

這里需要提出的是，不管采用“中控優(yōu)先”還是“機(jī)旁優(yōu)先”，在水泥廠處于安裝建設(shè)階段，只有計(jì)算機(jī)安裝調(diào)試好，才能對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者根據(jù)多年的工作實(shí)踐，認(rèn)為在水泥企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣、粉塵大的環(huán)境中“中控優(yōu)先”控制方式比“機(jī)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(chǎng)線路簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，后者控制線路繁瑣，機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社, 2005.

[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50054-95 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2012.

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

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

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[6]李長(zhǎng)安.皮帶機(jī)就地啟動(dòng)控制線路的改造 [J].港口裝卸,2011(4):43.

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

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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(hào)201306055

李 楠(1982—)，女，河北石家莊人，碩士，講師。研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)。