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        一種電機(jī)啟動(dòng)控制方法

        2022-08-28 05:47:06關(guān)俊峰
        設(shè)備管理與維修 2022年15期
        關(guān)鍵詞:外置接觸器旁路

        關(guān)俊峰

        (首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司,河北唐山 063200)

        0 引言

        電力設(shè)備系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)90 kW 以上低壓電機(jī)啟動(dòng)方式為變頻啟動(dòng)或軟啟動(dòng),電機(jī)加載軟啟動(dòng)器控制現(xiàn)已經(jīng)成為一種主流啟動(dòng)控制方式,軟啟動(dòng)器憑借小巧、集成度高、保護(hù)功能齊全等優(yōu)勢占據(jù)重要的地位,應(yīng)用于各大廠礦企業(yè)中。但隨著應(yīng)用推廣及實(shí)際應(yīng)用,重要場所應(yīng)用軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)故障頻發(fā),特別是軟啟動(dòng)器配合網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)使用,省去連接線。組網(wǎng)分配地址,雖看似簡單,但故障后整段網(wǎng)絡(luò)設(shè)備停運(yùn)、故障擴(kuò)大、影響面廣,故障原因難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)排除。同時(shí)軟啟動(dòng)器單體結(jié)構(gòu)集成化程度高,電子元器件故障頻繁。

        1 背景介紹

        軟啟動(dòng)器主體結(jié)構(gòu)包括面板控制單元及主回路功率單元。面板控制單元為軟啟動(dòng)器核心控制部分,數(shù)據(jù)監(jiān)測及數(shù)據(jù)傳輸都通過控制單元板完成,控制單元外接網(wǎng)卡,在不同協(xié)議間完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,是終端CPU 核心處理系統(tǒng)。功率單元為啟動(dòng)器主回路部分,內(nèi)置銅排、接觸器、晶閘管及電流檢測霍爾元件,完成電能輸出及電流、電壓信號采集。

        單體設(shè)備運(yùn)用軟啟動(dòng)器控制方式投產(chǎn)運(yùn)行后,故障頻發(fā)。故障集中表現(xiàn)在控制面板及功率單元2 部分。控制面板表現(xiàn)為偷停、網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)關(guān)掃描丟站等。功率單元故障表現(xiàn)為晶閘管短路、負(fù)載斷路、旁路開路等本身元器件故障,引起主要設(shè)備故障停機(jī),造成生產(chǎn)工藝流程中斷,影響生產(chǎn)。針對此類單一簡單的控制系統(tǒng),特別是重要設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng),急需一種電機(jī)軟啟動(dòng)控制方式,既集成軟啟動(dòng)器小巧、控制方便的優(yōu)勢,又能應(yīng)用穩(wěn)定,可以更好的服務(wù)于生產(chǎn),增加設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

        通過研究實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)一種軟啟動(dòng)器結(jié)合外置旁路接觸器的控制方式,既保留軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)作用,又兼顧接觸器運(yùn)行的穩(wěn)定性,兩者結(jié)合,取長補(bǔ)短,形成新的組合控制方式,改變單一控制模式。全套控制系統(tǒng)采用硬線連接模式,避免網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定因素。增加固定的外置旁路,外置旁路通過接觸器控制。在啟動(dòng)過程中軟啟動(dòng)器完成軟啟動(dòng)過程,起到限流作用,啟動(dòng)完成后退出運(yùn)行。通過時(shí)間繼電器控制外置旁路接觸器吸合,實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換旁路,防止在啟動(dòng)過程中接觸器吸合,造成接觸器燒毀。電機(jī)通過外置旁路控制,實(shí)現(xiàn)機(jī)旁手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)2 種控制操作方式。

        2 設(shè)備原有控制模式

        公司現(xiàn)有水泵控制模式包含電氣控制系統(tǒng)和PLC 控制系統(tǒng)兩部分,兩者融合完成自動(dòng)控制。

        (1)電氣控制系統(tǒng):現(xiàn)有水泵電機(jī)可實(shí)現(xiàn)就地/遠(yuǎn)程操作控制。就地控制由就地控制箱及低壓智能柜通過硬線完成,合閘準(zhǔn)備好、遠(yuǎn)程/就地信號通過DSA 將硬線信號轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)信號傳輸,遠(yuǎn)程控制通過網(wǎng)絡(luò)控制字搭配軟啟動(dòng)器網(wǎng)卡完成控制及信號反饋。每臺工藝泵電機(jī)都有單獨(dú)的控制回路,網(wǎng)絡(luò)搭建在D 網(wǎng)平臺上,電氣元件都分布在低壓配電柜內(nèi),控制原理如圖1 所示。

        圖1 控制原理

        (2)PLC 控制系統(tǒng):配合全套智能MCC 控制系統(tǒng),自動(dòng)化控制采用西門子PLC 全套系統(tǒng),通過PLC 組合智能MCC 柜完成。軟啟動(dòng)器集成在低壓控制柜內(nèi),通過低壓柜網(wǎng)絡(luò)背板連線串聯(lián)連接,內(nèi)置24 V 電源模塊,搭載AB1769 網(wǎng)關(guān),通過低壓網(wǎng)段設(shè)備組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換,完成低壓設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸。AB1769 網(wǎng)關(guān)通過DP 網(wǎng)線連接到控制傳輸模塊Y-LINK 系統(tǒng),Y-LINK 經(jīng)過ET200 網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接到西門子CPU414-4-1H 的DP 接口,通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)轉(zhuǎn)換為485 網(wǎng)線連接至上位機(jī)端口,整套網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)如圖2 所示。

        圖2 網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)

        就地控制:轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到就地位置,①②開點(diǎn)閉合,手動(dòng)操作SS 按鈕,常開點(diǎn)閉合,回路導(dǎo)通,繼電器KA 得電,KA 有3對常開輔助觸點(diǎn),KA 得電,常開點(diǎn)同時(shí)閉合,一對為自鎖點(diǎn),自鎖點(diǎn)閉合完成回路自鎖。一對為啟動(dòng)點(diǎn),啟動(dòng)點(diǎn)閉合,軟啟動(dòng)器17 端子得電,軟啟動(dòng)器啟動(dòng),水泵電機(jī)完成就地啟動(dòng)。一對為運(yùn)行反饋點(diǎn),反饋點(diǎn)閉合,通過DSA 傳輸,反饋運(yùn)行狀態(tài)。

        遠(yuǎn)程控制:軟啟動(dòng)器支持DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,搭配D網(wǎng)網(wǎng)卡。設(shè)備控制模式采用網(wǎng)絡(luò)智能化控制,軟啟動(dòng)器、24 V 電源、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備集中分布于低壓MCC 柜內(nèi),通過網(wǎng)卡及網(wǎng)線連接構(gòu)建DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)控制平臺,將設(shè)備啟停、信號反饋、電機(jī)控制和保護(hù)通過二進(jìn)制碼與RA 集成架構(gòu)所提供的網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備分配各個(gè)設(shè)備的地址碼,設(shè)置設(shè)備參數(shù),完成設(shè)備組態(tài),編寫控制程序,通過協(xié)議轉(zhuǎn)換完成不同協(xié)議間的轉(zhuǎn)換,完成網(wǎng)絡(luò)信號數(shù)據(jù)傳輸,最后通過DP 網(wǎng)銜接西門子PLC 控制系統(tǒng)完成設(shè)備遠(yuǎn)程控制及信號反饋。

        3 組合式控制器的基本結(jié)構(gòu)

        組合式控制器結(jié)構(gòu)包括:集成式軟啟動(dòng)器、外置旁路母排、接觸器、電機(jī)保護(hù)器(熱繼電器)、電流互感器、時(shí)間繼電器、接觸器的輔助觸點(diǎn)。軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),降低啟動(dòng)電流,避免啟動(dòng)過流跳閘。外置旁路母排用于增加旁路控制,同時(shí)配合雙線圈接觸器,搭配時(shí)間繼電器,躲過啟動(dòng)時(shí)間,完成啟動(dòng)后應(yīng)用接觸器控制,接觸器吸合主回路無擾動(dòng)切換運(yùn)行。電機(jī)保護(hù)器連接主回路中提供電機(jī)運(yùn)行中的電機(jī)保護(hù)。電流互感器提供電機(jī)運(yùn)行電流反饋。時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)器與旁路無擾動(dòng)切換。接觸器輔助觸點(diǎn)提供電機(jī)運(yùn)行反饋。

        4 控制方法改造方案

        4.1 電氣系統(tǒng)控制回路方式改造

        改變單一軟啟動(dòng)器的運(yùn)行方式,采用組合式控制方式,增加固定的外置旁路,外置旁路增加接觸器及電機(jī)保護(hù)器控制,軟啟動(dòng)器在電機(jī)啟動(dòng)中參與工作,起到限流作用,啟動(dòng)完成后無擾動(dòng)切換旁路接觸器控制,軟啟動(dòng)器自動(dòng)退出運(yùn)行。切換通過時(shí)間繼電器控制外置接觸器吸合,防止在啟動(dòng)過程中接觸器吸合,啟動(dòng)過程中電流過大造成接觸器燒毀,電機(jī)通過外置旁路控制,完成啟動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)外加雙線圈接觸器,220 V 儲能線圈及24 V 觸發(fā)線圈,接觸器快速吸合,實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換旁路。本次改造去掉原組網(wǎng)平臺,采用硬線連接,信號通過硬線連接到IO 模塊,完成傳輸。電機(jī)控制操作方式可實(shí)現(xiàn)機(jī)旁手動(dòng)和自動(dòng)2 種操作方式。

        機(jī)旁手動(dòng)啟動(dòng)控制:現(xiàn)場轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換至就地位置,按下啟動(dòng)按鈕,KA 得電,軟啟動(dòng)器啟動(dòng),時(shí)間繼電器計(jì)時(shí),時(shí)間設(shè)置大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間,時(shí)間到,旁路信號發(fā)出,RQP 吸合,KM 得電,外置旁路接觸器吸合,同時(shí)KM 常開點(diǎn)閉合,常閉點(diǎn)打開,KA 失電,軟啟動(dòng)器停止,完成啟動(dòng)過程,電機(jī)正常運(yùn)行。機(jī)旁手動(dòng)停止控制:按機(jī)旁箱停止按鈕,接觸器線圈KM 失電,電機(jī)停止運(yùn)行。

        遠(yuǎn)程啟動(dòng)控制:現(xiàn)場轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換至遠(yuǎn)程位置,上位機(jī)按鍵啟動(dòng),軟啟動(dòng)器啟動(dòng),啟動(dòng)后,時(shí)間繼電器計(jì)時(shí),時(shí)間到,旁路信號發(fā)出,RQP 吸合,KM 得電,旁路接觸器吸合,電機(jī)運(yùn)行,同時(shí)串接在軟啟動(dòng)器的外置接觸器常閉點(diǎn)KM 斷開,軟啟動(dòng)器節(jié)點(diǎn)18 失電,軟啟動(dòng)器退出運(yùn)行。遠(yuǎn)程停止控制:在遠(yuǎn)程控制回路中串接一個(gè)PLC 的常閉點(diǎn),當(dāng)PLC 發(fā)停止命令時(shí),PLC 常閉點(diǎn)斷開,外置旁路接觸器線圈KM 失電,電機(jī)停止。電機(jī)保護(hù)功能,由電機(jī)保護(hù)器完成(也可以通過熱繼或電子式電機(jī)保護(hù)器)。

        控制信號包括啟動(dòng)信號、停止信號;反饋信號包括遠(yuǎn)程信號、故障信號、電流信號、運(yùn)行信號,通過硬線連接方式傳送至PLC 控制中,控制及反饋信號見表1。

        表1 控制及反饋信號

        4.2 PLC 系統(tǒng)控制回路方式改造

        根據(jù)電氣改造方案,去除原網(wǎng)絡(luò)控制,取消D 網(wǎng)及DP 網(wǎng)絡(luò)連線,更換網(wǎng)絡(luò)模塊,改為硬線連接,故PLC 控制系統(tǒng)需增加相應(yīng)IO 模塊,所需硬線控制點(diǎn)為:

        (1)DI 點(diǎn):故障信號、運(yùn)行信號、就地/遠(yuǎn)程信號。

        (2)DO 點(diǎn):啟動(dòng)命令、停止命令。

        (3)AI 點(diǎn):電流信號。

        故需增加硬線點(diǎn)DI 點(diǎn)6 個(gè),DO 點(diǎn)2 個(gè),AI 點(diǎn)2 個(gè)。通過現(xiàn)有主體的硬件配置情況,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的IO 模塊及AI 點(diǎn)數(shù)量不夠,且需增加1 套從站配置,保證系統(tǒng)穩(wěn)定。PLC 輸出的啟動(dòng)及停止命令需在低壓柜內(nèi)增加繼電器進(jìn)行隔離,采用雙點(diǎn)控制,命令接受方式為脈沖信號。當(dāng)上位機(jī)點(diǎn)擊啟動(dòng)或停止時(shí),PLC 程序中的啟動(dòng)或停止輸出點(diǎn)的常開點(diǎn)串接在電機(jī)集中控制回路中。對程序和畫面做出相應(yīng)修改,軟件修改要解讀程序,修改完善程序塊和地址。

        5 改造成果分享及技術(shù)推廣

        (1)通過改造,引入組合式控制模式,增加控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。兩種控制方式結(jié)合,揚(yáng)長避短,擇其善者而從之,既保證了原有的軟啟動(dòng)模式,完成啟動(dòng)限流,又通過接觸器控制保證設(shè)備運(yùn)行期間的穩(wěn)定性,保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,具有實(shí)際應(yīng)用推廣價(jià)值。

        (2)設(shè)備控制系統(tǒng)升級,相輔相成,有針對性的應(yīng)用智能化電氣設(shè)備,結(jié)合應(yīng)用工況合理選擇,發(fā)揮其最大優(yōu)勢。

        (3)通過網(wǎng)絡(luò)改造,減少對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)單一網(wǎng)絡(luò)平臺的依賴,擺脫對進(jìn)口成套智能網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的依賴,提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品同時(shí),又有價(jià)格優(yōu)勢,減低運(yùn)營成本,有一定的推廣價(jià)值。

        (4)結(jié)構(gòu)相對簡單,單體設(shè)備獨(dú)立控制,單體故障不會影響其他設(shè)備,造成故障擴(kuò)大化,便于日后的維護(hù)、檢修及故障處理。

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