吳小根

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南文山663703）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水泵的應(yīng)用也在隨之改變，在水處理工藝設(shè)計(jì)中，通常會(huì)對(duì)不同水量的設(shè)備選用對(duì)應(yīng)的增壓水泵。 為避免水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)電路及電器元件的沖擊， 需要針對(duì)功率大小選擇對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)方式： 當(dāng)水泵電機(jī)功率＜15 kW 時(shí)， 可以采用電磁控制（接觸器等）直接啟動(dòng)；當(dāng)水泵電機(jī)功率為15~30 kW時(shí)，可以采用星三角啟動(dòng)方式，也可以采用軟啟動(dòng)或變頻啟動(dòng)方式以保證啟動(dòng)穩(wěn)定；當(dāng)水泵電機(jī)功率＞30 kW 時(shí)，則必須采用軟啟動(dòng)或變頻啟動(dòng)方式。

1 項(xiàng)目背景

云錫文山鋅銦冶煉有限公司成立于2016 年，公司生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)100 kt 鋅、60 t 銦。為避免水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)電路及電器元件的沖擊， 公司部分水泵采用了美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司生產(chǎn)的AB 軟啟動(dòng)器。該設(shè)備為SMCTM-Flex 控制，可提供一系列的啟動(dòng)模式，如帶可選突跳起動(dòng)的軟啟動(dòng)、限流啟動(dòng)、雙斜坡啟動(dòng)、全壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)、軟停車等。 該公司的AB 軟啟動(dòng)控制，主要采用軟啟動(dòng)和軟停車啟動(dòng)模式，可以實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程（DP 通訊）控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)2 年的使用對(duì)比，AB 軟啟動(dòng)器相對(duì)于其他產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，調(diào)試便利，免維護(hù)，具有全數(shù)字功能，便于遠(yuǎn)程組網(wǎng)操控， 無(wú)需在線路上增加元件， 并能完成軟泊車，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 就地控制

“就地控制”顧名思義就是指在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有1個(gè)就地控制箱，可以直接啟停設(shè)備。就地控制可以很好地觀察設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)啟動(dòng)狀態(tài)的好壞，快速地判斷是否需要停止設(shè)備，從而減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 控制器接線端子上的定義，如圖1 所示。

圖1 控制器接線端子

圖1 中端子號(hào)分別為：11 號(hào)控制電源輸入，12號(hào)控制電源公共端，13 號(hào)控制器是能輸入，14 號(hào)控制器模塊接地，15 號(hào)可選輸入端#2，16 號(hào)可選輸入端##1，17 號(hào)起動(dòng)輸入，18 號(hào)停車輸入，19 號(hào)、20 號(hào)輔助觸點(diǎn)#1，21 號(hào)、22 號(hào)未用，23 號(hào)、24 號(hào)PTC 輸入，25 號(hào)、26 號(hào)測(cè)速計(jì)輸入，27 號(hào)、28 號(hào)接地故障，29 號(hào)、30 號(hào)輔助觸點(diǎn)#2，31 號(hào)、32 號(hào)輔助觸點(diǎn)#3，33 號(hào)、34 號(hào)輔助觸點(diǎn)#4。

用戶可以根據(jù)自己的控制需求設(shè)計(jì)控制原理圖。 該公司水泵要求實(shí)現(xiàn)就地控制加DP 通訊，遠(yuǎn)程由DCS 系統(tǒng)控制，在設(shè)計(jì)上需考慮遠(yuǎn)程/就地切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)，其控制原理見圖2。

圖2 控制原理

從圖2 中可以看到：1）nKA3 為就地啟停的中間繼電器,控制器16、17 號(hào)端子導(dǎo)通軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。2）nSA 為就地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān), 控制器15 號(hào)端子得電，軟啟動(dòng)器遠(yuǎn)程狀態(tài)。3）nKA1 為故障中間繼電器，控制器輔助端子#2。 4）nKA2 為軟啟動(dòng)運(yùn)行指示燈中間繼電器，控制器輔助端子#3。5）nKA4 為全壓運(yùn)行指示燈中間繼電器，控制器輔助端子#1。 6）AB 接DP 通信線。

軟啟動(dòng)的設(shè)置：進(jìn)入軟啟動(dòng)設(shè)置菜單，把可選輸入“1”設(shè)置為“啟停（就地控制）”；把可選輸入“2”設(shè)置為“網(wǎng)絡(luò)證口（遠(yuǎn)程通信信號(hào)監(jiān)控）”；根據(jù)電機(jī)銘牌，設(shè)置電機(jī)參數(shù)；再根據(jù)電機(jī)參數(shù)，設(shè)置啟動(dòng)模式為軟啟動(dòng)、停止模式為軟停止。 根據(jù)調(diào)試實(shí)際情況，特別是突跳等級(jí)，設(shè)置保護(hù)參數(shù)；設(shè)置通訊掩碼為44，供DP 通訊使用；設(shè)置數(shù)據(jù)連接中的數(shù)據(jù)輸出，根據(jù)控制器參數(shù)線性列表選擇參數(shù)序號(hào)，以便把軟啟動(dòng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)通過(guò)DP 通信傳到DCS 系統(tǒng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖用導(dǎo)線連接各電氣元件，T1、T2、T3 接電機(jī)主回路電源線，接線完成后，就可以通電就地試車了。

3 遠(yuǎn)程控制

“遠(yuǎn)程控制”是指將水泵的狀態(tài)及控制信號(hào)以DP通訊的方式接入遠(yuǎn)端DCS 控制系統(tǒng)，通過(guò)在DCS 上編制邏輯控制程序，使用上位機(jī)編程軟件編制畫面，使操作工能在上位機(jī)上直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。 該公司采用艾默生的DeltaV 系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)機(jī)柜中的DP通訊模塊連接至軟啟動(dòng)器的DP（Profibus）通信模塊（20-COMM-P）上，采集設(shè)備的狀態(tài)并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 在控制系統(tǒng)上，通過(guò)進(jìn)行相應(yīng)地聯(lián)鎖和順控等，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)和自動(dòng)啟停。 為了實(shí)現(xiàn)DP通信首先要有軟啟動(dòng)的通信點(diǎn)表，包含邏輯狀態(tài)字以及邏輯命令字。 使用邏輯狀態(tài)字和邏輯命令字就可以在DeltaV 系統(tǒng)上進(jìn)行組態(tài)。 G、H 邏輯狀態(tài)字表，見表1 所示。

3.1 控制邏輯組態(tài)

1)建立通信點(diǎn)。根據(jù)軟啟動(dòng)器上所設(shè)置的DP 地址，查找到該設(shè)備，再依據(jù)GSD 文件將設(shè)備的輸入輸出信號(hào)映射到對(duì)應(yīng)DP 模塊上， 在DeltaV 系統(tǒng)上I/O 建立通信點(diǎn)位。

2）建立1 個(gè)功能塊（Control studio）。 根據(jù)工藝對(duì)設(shè)備的工作需求， 在Control studio 中選用相應(yīng)的功能塊：

（1）數(shù)據(jù)傳輸要選用輸出（入）功能塊，參數(shù)在此功能塊或模塊外部自動(dòng)顯示為輸出（入）連接器。 如果使用此模塊或當(dāng)前在另一個(gè)模塊中創(chuàng)建的復(fù)合模塊，則輸出（入）參數(shù)以連接器的形式顯示，并且用戶能夠向此輸出（入）聯(lián)系。

表1 G、H 邏輯狀態(tài)字

（2）狀態(tài)字就要選用BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊。該功能塊以二進(jìn)制加權(quán)輸入解碼為單位，并為每個(gè)位產(chǎn)生一個(gè)離散輸出。 此功能塊支持信號(hào)狀態(tài)傳播，如圖3 所示。

圖3 BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊

PARAM1 就是輸入模塊，DP 卡件上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇ARAM1, PARAM1 把讀取的信號(hào)傳到BFO1 模塊上，經(jīng)過(guò)BFO1 模塊把軟啟動(dòng)的狀態(tài)全部解碼。 根據(jù)軟啟動(dòng)狀態(tài)字點(diǎn)表就可以知道軟啟動(dòng)的狀態(tài)，如OUT_01 就是使能（準(zhǔn)備好）信號(hào)。

（3）完成讀取狀態(tài)的信號(hào)后，下一步就是編輯控制信號(hào)，即控制啟停設(shè)備。選發(fā)出指令模塊如圖4 中的STOP(START)，就是輸入模塊發(fā)出指令0 或1 的信號(hào)，判斷該設(shè)備是否處于不正常的狀態(tài)，如需報(bào)警則要用到開延遲計(jì)時(shí)器功能塊（OND）和動(dòng)作功能塊(ACT)。 開延遲計(jì)時(shí)器功能塊（OND）收到狀態(tài)信號(hào)后，下一步就是要控制設(shè)備的啟停，向設(shè)備輸出傳遞真（1）離散輸入值的時(shí)間延遲指定的時(shí)間周期。此功能模塊支持信號(hào)狀態(tài)傳播。 在開延遲計(jì)時(shí)器功能中沒(méi)有模式或標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)警檢測(cè)。動(dòng)作功能塊(ACT)根據(jù)輸入值評(píng)估單行表達(dá)式，在表達(dá)式中可使用數(shù)字函數(shù)、邏輯運(yùn)算符和常數(shù)。 表達(dá)式必須導(dǎo)入賦值，因此必須使用賦值操作符‘=’。 在動(dòng)作功能塊中沒(méi)有模式、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警檢測(cè)或狀態(tài)處理，當(dāng)置位輸入(IN_D)時(shí)，動(dòng)作功能塊評(píng)估單個(gè)表達(dá)式，結(jié)果發(fā)送給外部引用參數(shù)。此功能塊沒(méi)有輸出。啟停設(shè)備指令根據(jù)設(shè)備就地信號(hào)和遠(yuǎn)程信號(hào)選擇，只有在遠(yuǎn)程信號(hào)情況下才可以啟動(dòng)設(shè)備，故需要與功能塊（AND）。與功能塊根據(jù)2 個(gè)到16 個(gè)離散輸入的邏輯與結(jié)果產(chǎn)生離散輸出值。此功能支持信號(hào)狀態(tài)傳播。在與功能塊中沒(méi)有模式或標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警檢測(cè)。 與功能塊檢查用戶定義的輸入，并對(duì)輸入應(yīng)用邏輯與功能。 當(dāng)全部輸入為真（1）時(shí)，輸出為真(True)；當(dāng)一個(gè)或多個(gè)輸入為假（0）時(shí)，輸出為假（False）。 同時(shí)選擇一個(gè)輸出模塊，將指令輸送到軟啟動(dòng)器，這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程啟停。按照上述步驟，程序編譯工作就完成了。

3.2 操作畫面組態(tài)

在完成程序編譯后，還需設(shè)計(jì)1 個(gè)人機(jī)操作界面。快速導(dǎo)入編輯狀態(tài)，來(lái)設(shè)計(jì)人機(jī)操作界面，可將泵的模型圖直接連接在相應(yīng)的工藝流程中，見圖4，并連接上泵的相關(guān)信號(hào)（包括運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程信號(hào)等）。界面編輯完成后，可切換到運(yùn)行界面，見圖5。

圖4 指令模塊

圖5 人機(jī)操作編輯界面

圖6 人機(jī)操作運(yùn)行界面

4 總結(jié)

該系統(tǒng)投入使用2 年多以來(lái)，AB 軟啟動(dòng)， 性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的特點(diǎn)得到充分顯現(xiàn)，該系統(tǒng)可通過(guò)通信等方式控制，較大程度上節(jié)約了成本，減少資源的浪費(fèi)。