郭宇杰

（巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015543）

1 設(shè)備概述

某冶煉廠有一套二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，是該廠煙氣制酸系統(tǒng)中最大的電動(dòng)機(jī)，是煙氣制酸流程的動(dòng)力來(lái)源，屬于制酸生產(chǎn)系統(tǒng)煙氣輸送環(huán)節(jié)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備。該風(fēng)機(jī)由德國(guó)KK＆K公司提供機(jī)組設(shè)備和控制系統(tǒng)，本體及輔助配套設(shè)備上檢測(cè)儀表為設(shè)備廠家配套，包括主電動(dòng)機(jī)前后軸承溫度、電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度、風(fēng)機(jī)軸承溫度、齒輪變速箱高速/低速軸承溫度、風(fēng)機(jī)入口溫度、潤(rùn)滑油壓、風(fēng)機(jī)軸（水平、垂直方向）振動(dòng)值檢測(cè)等。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)選用觸摸屏式人機(jī)操作界面和西門子S7－300PLC實(shí)施對(duì)風(fēng)機(jī)的啟?？刂啤踩Ｗo(hù)、過(guò)程調(diào)整、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行監(jiān)測(cè)。風(fēng)機(jī)操作人員可通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、輔助油泵、事故油泵、油站加熱器和入口導(dǎo)葉裝置的控制，并對(duì)軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、油溫、油壓、油位、入口導(dǎo)葉裝置以及油過(guò)濾器油壓等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

該風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制主要是指風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位的油溫油壓、輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器、過(guò)濾器油壓等的聯(lián)鎖控制，用于保護(hù)風(fēng)機(jī)軸瓦和主電機(jī)。主要聯(lián)鎖設(shè)置情況如下：

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并將聯(lián)鎖10kV開(kāi)關(guān)柜跳閘：（1）風(fēng)機(jī)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(jī)軸承溫度大于85 ℃；（4）主電機(jī)繞組溫度大于145 ℃；（5）風(fēng)機(jī)入口溫度大于75 ℃；（6）潤(rùn)滑油壓小于80kPa（0.8bar）；（7）風(fēng)機(jī)軸振動(dòng)大于142μm。

2 故障現(xiàn)象

該設(shè)備于2009年投入使用。2014 年至今，出現(xiàn)兩次因風(fēng)機(jī)軸承溫度信號(hào)異常而引起控制系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖停車的故障，對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境治理產(chǎn)生了不利影響。該故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在日常運(yùn)行穩(wěn)定、各項(xiàng)參數(shù)正常的情況下，會(huì)突然在某個(gè)時(shí)刻，控制系統(tǒng)中顯示的風(fēng)機(jī)軸承溫度快速上升，在2min左右的時(shí)間內(nèi)上升至聯(lián)鎖停機(jī)值110 ℃，造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，風(fēng)機(jī)停機(jī)后溫度值逐步恢復(fù)正常，風(fēng)機(jī)可正常啟動(dòng)。

3 原因分析

針對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，初步判斷其可能由以下原因造成：

3.1 用于采集風(fēng)機(jī)軸承溫度的信號(hào)電纜存在虛接、連接不牢固情況

如果用于采集風(fēng)機(jī)軸承溫度的信號(hào)電纜存在虛接、連接不牢固的情況，該信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)因設(shè)備振動(dòng)等原因造成信號(hào)波動(dòng)的現(xiàn)象，當(dāng)波動(dòng)值過(guò)大，信號(hào)值超過(guò)停車聯(lián)鎖設(shè)定值時(shí)，就會(huì)引起風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車故障。當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)后，因振動(dòng)源消除或減小，信號(hào)電纜恢復(fù)接觸，系統(tǒng)中檢測(cè)信號(hào)正常，可正常啟動(dòng)。

3.2 I/O模塊故障

造成風(fēng)機(jī)跳閘的故障信號(hào)主要為風(fēng)機(jī)軸承溫度這一溫度測(cè)點(diǎn)，在檢查信號(hào)線路時(shí)未發(fā)現(xiàn)線路虛接的情況，確認(rèn)線路連接牢固后，較大可能是該信號(hào)的I/O 模塊通道存在問(wèn)題；同時(shí)，本系統(tǒng)沒(méi)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(jìn)行熱電阻模式測(cè)量，也有可能造成信號(hào)不穩(wěn)定。

3.3 系統(tǒng)干擾問(wèn)題

PLC控制系統(tǒng)中由于電磁干擾造成系統(tǒng)故障的情況也比較多。檢修中常見(jiàn)的電磁干擾的來(lái)源主要有：

（1）來(lái)自信號(hào)線引入的干擾：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信號(hào)之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，可能出現(xiàn)信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。

（2）來(lái)自接地系統(tǒng)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(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC 系統(tǒng)無(wú)法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

在本案中，由于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程分布式I/O 站安裝在風(fēng)機(jī)旁，電磁干擾也有可能對(duì)數(shù)據(jù)采集和測(cè)量造成干擾，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)。系統(tǒng)的接地不正確也有可能對(duì)系統(tǒng)造成干擾，而西門子模塊共模電壓大于5V 時(shí)，會(huì)造成信號(hào)的缺失，產(chǎn)生接地故障。

3.4 熱電阻測(cè)量元件故障

熱電阻測(cè)量元件是否正常及測(cè)量的插入位置也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，從而影響數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4 解決措施

由于設(shè)備平時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)軸承溫度傳感器工作正常，故應(yīng)重點(diǎn)考慮排除系統(tǒng)干擾問(wèn)題，可采取以下措施：

4.1 信號(hào)線路隱患排查

按照設(shè)備圖紙，檢查所有模擬量信號(hào)的接線回路，在現(xiàn)場(chǎng)端和模塊端均進(jìn)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(wú)虛接等故障隱患。

4.2 I/O卡件更換

檢查聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)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(wú)松動(dòng)，如存在問(wèn)題，可更換I/O 卡件及前端連接器，排除卡件故障。

4.3 信號(hào)聯(lián)鎖冗余

由于二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)屬于冶煉流程中的關(guān)鍵設(shè)備，若其出現(xiàn)跳閘事故且不能及時(shí)修復(fù)，則會(huì)造成整個(gè)焙燒制酸生產(chǎn)系統(tǒng)停車，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，從增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性方面考慮，可對(duì)引起跳閘的聯(lián)鎖信號(hào)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。針對(duì)該設(shè)備，因測(cè)量軸承溫度的熱電阻測(cè)量元件本身為冗余設(shè)計(jì)，在使用中為一用一備，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可將備用點(diǎn)也引入控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的“二取二”，即同一測(cè)點(diǎn)兩組信號(hào)同時(shí)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，設(shè)備停機(jī)，單個(gè)信號(hào)到達(dá)報(bào)警或聯(lián)鎖值時(shí)只作為系統(tǒng)報(bào)警。這樣的設(shè)計(jì)，提高了同一測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的可靠性。

4.4 接地檢查

控制系統(tǒng)信號(hào)接地通常采用的接地方式為單端接地，接地端為現(xiàn)場(chǎng)端，且接地電阻不大于4Ω。有必要對(duì)信號(hào)的接地進(jìn)行排查，確保接地方式及接地電阻符合規(guī)范和要求。

4.5 隔離措施

為進(jìn)一步消除干擾，可采取信號(hào)隔離的方式，將熱電阻測(cè)量的電阻信號(hào)通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA 電流信號(hào)，同時(shí)也對(duì)信號(hào)進(jìn)行了隔離。

5 結(jié)語(yǔ)

在風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中，可以引起風(fēng)機(jī)跳閘保護(hù)的溫度測(cè)點(diǎn)包括前后軸承溫度、主電機(jī)線圈溫度、油箱潤(rùn)滑油溫度、風(fēng)機(jī)入口溫度、風(fēng)機(jī)出口溫度等溫度測(cè)點(diǎn)，當(dāng)其出現(xiàn)故障信號(hào)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(duì)信號(hào)線路及相關(guān)模塊進(jìn)行檢查維修，消除故障隱患。

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