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(hào)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?？刂泼姘灞憩F(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(hào)通過DSA 將硬線信號(hào)轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(hào)反饋。每臺(tái)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(tái)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(tái)，將設(shè)備啟停、信號(hào)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(hào)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(hào)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(chǔ)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(tái)，采用硬線連接，信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)包括啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)；反饋信號(hào)包括遠(yuǎn)程信號(hào)、故障信號(hào)、電流信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)，通過硬線連接方式傳送至PLC 控制中，控制及反饋信號(hào)見表1。

表1 控制及反饋信號(hào)

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(hào)、運(yùn)行信號(hào)、就地/遠(yuǎn)程信號(hào)。

（2）DO 點(diǎn)：啟動(dòng)命令、停止命令。

（3）AI 點(diǎn)：電流信號(hào)。

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(hào)。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(jí)，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(tái)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(huì)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。