球磨電氣控制系統(tǒng)改造初探

摘要：電氣控制系統(tǒng)運行過程中不可避免地會產(chǎn)生故障，對故障的排除一方面是臨時性處理，將現(xiàn)有故障現(xiàn)象消除；另一方面就是通過改造，對現(xiàn)有故障進行徹底解決。文章通過對球磨電氣控制系統(tǒng)在改造前存在具體問題的分析、改造過程中采用的方法及投入的簡要分析、改造后運行狀態(tài)的對比，簡述了電氣控制系統(tǒng)改造的合理性和必要性，為以后科學開展電氣控制系統(tǒng)改造提供了經(jīng)驗。

關鍵詞：電動機；球磨機；電氣控制系統(tǒng)；改造；故障率

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）33-0035-03

攀鋼集團釩業(yè)有限公司V2O3生產(chǎn)作業(yè)區(qū)球磨機系統(tǒng)原為引進德國GFE公司的設備，其控制系統(tǒng)也為GFE公司以前所使用的系統(tǒng)，應用于現(xiàn)場。球磨機的主要功能是將較大原料進行圓球擠壓研磨后變小變細，為下步工序提供合格大小的原料。球磨電氣控制系統(tǒng)在使用過程中，出現(xiàn)了故障率高、與前后設備運行不協(xié)調等問題，特別是球磨機電機供電及控制系統(tǒng)的故障率高，嚴重影響到了生產(chǎn)作業(yè)的順利進行。因此在引進此套系統(tǒng)后不久，即對電機及電源和控制系統(tǒng)進行了改造，故障率得到了一定控制，但仍未滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，且運行成本較高。

1 原控制系統(tǒng)存在的問題

1.1 PLC控制系統(tǒng)硬件的問題

原系統(tǒng)采用的是S7-300型PLC控制系統(tǒng)，對球磨機及物料運送、篩分設備進行控制，同時后面的焙燒系統(tǒng)也由此系統(tǒng)中進行控制運行。由于生產(chǎn)現(xiàn)場的特殊性，在引進此批設備后，生產(chǎn)現(xiàn)場又增加了一些設備，因此控制系統(tǒng)的容量及穩(wěn)定性就存在了較大問題。在增加一些輔助設備時，例如增加除塵用螺旋運輸機的控制、振動機的控制等，由于容量不足的原因，就不能使用PLC系統(tǒng)進行控制，而采取的是繼電器進行控制，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

1.2 球磨機驅動電動機控制系統(tǒng)的問題

從GFE公司引進的球磨機配套電機為繞線式異步電動機，供電源電為AC500V。在運行過程中，一方面存在電源不標準、備件較難準備的問題；另一方面電機運行故障率高，受現(xiàn)場振動大、灰塵大的緣故，二次側由于采用繼電器切除電阻進行啟動控制，故障特別多，查找故障也非常麻煩。因此在引進此設備運行后不久，對此電機及供電和控制系統(tǒng)進行了改造，電機仍為繞線式異步電動機，但采用AC6000kV電源供電、二次側采用無刷液阻器進行啟動控制。此種啟動器內部充滿啟動液，安裝于電動機轉子輸出的另一端，與轉子共同旋轉。啟動過程中隨著轉速的提升，內部元件在旋轉力的作用下靠近，減少液阻而逐漸提高啟動速度，達到一定轉速時內部機構將轉子外接二次線進行短接，切除液阻，完成啟動。當時，這種控制方式對一般的繞線式異步電動機的啟動控制還是比較先進和適用的，避免了繼電器控制的許多缺點。但在運行過程中，此無刷液阻器的缺點卻暴露無遺，主要問題就是故障率特別高、運行成本高，且具體原因未查明。故障現(xiàn)象是在球磨電機的啟動過程中，經(jīng)常發(fā)生無刷液阻器不能正常工作、安全裝置爆裂漏液等問題，造成球磨電機不能切換到高速運行的故障。而無刷液阻器一旦不能正常工作，送檢修單位檢查發(fā)現(xiàn)內部原件均被損壞，無法修復。新件單價在11萬左右，而所需的啟動液每桶在1萬元左右，每次加入量為一桶半。經(jīng)統(tǒng)計，一月內，這樣的液阻器更換了兩個的現(xiàn)象也時有發(fā)生，造成運行成本特別高，且嚴重影響到了生產(chǎn)的順利進行。通過對運行現(xiàn)場的檢查發(fā)現(xiàn)，由于球磨機屬于重負荷設備，其啟動時間較長、啟動電流大、運行過程中振動大，這樣的特殊情況可能是造成此類無刷液阻啟動器頻繁損壞的原因。但具體原因與生產(chǎn)廠聯(lián)系也未得到徹底解決，因此具體原因未查清，故障也未徹底排除，造成了生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)不能順利進行的嚴重后果。

1.3 球磨機驅動電動機的保護控制問題

球磨機驅動電動機在運行過程中，由于自身必要保護措施的缺失，發(fā)生了電機二次側短路、定子繞組繞損等較大設備故障，對生產(chǎn)造成了不利因素，這也是一個較大的問題。此電動機采用風機輸送自然風對頂部安裝的冷卻裝置進行散熱，進而對電動機定子產(chǎn)生的熱量進行冷卻的原理來對電動機運行過程進行降溫，風機電動機采用AC380V電源單獨供電。受PLC系統(tǒng)容量限制，未進行系統(tǒng)進行整體控制，風機及電動機在運行過程中不能得到有效監(jiān)控，對發(fā)生的故障也不能及時發(fā)現(xiàn)。因此在此兩臺設備出現(xiàn)故障時，球磨機驅動電動機運行時產(chǎn)生的熱量不能及時得到冷卻，造成電動機溫度高而沒有任何現(xiàn)場檢測裝置跟蹤發(fā)現(xiàn)，進而發(fā)生電動機燒損事故。另外，球磨機電動機運行過程中的軸承溫度也沒有檢測裝置對其進行監(jiān)測，靠人工定時對其測定，不能很好地保護此設備良好運行，增加了故障點。因此電動機自身必要保護措施的缺失也是一個較大的問題。

1.4 控制系統(tǒng)硬件及程序存在的其他問題

球磨系統(tǒng)在運行過程中，受生產(chǎn)工藝及物料運輸順序的限制，對設備的運行及啟動順序進行了規(guī)定。在生產(chǎn)過程中，某臺設備發(fā)生故障停機時，其相關聯(lián)的設備就應按程序設定而自動停止運行，如球磨機停止運轉時，給球磨機運送物料的前段設備就應停止運轉，停止向球磨機內加料，防止物料阻塞，達到保護的目的。原球磨電氣控制系統(tǒng)采用PLC進行集中控制，對接觸器的分、斷進行了監(jiān)控，以達到監(jiān)控設備是否處于運行狀態(tài)的目的。程序的編制也以接觸器分、斷來判斷設備分別處于停止、運行狀態(tài)。在這種情況下，當保護設備驅動電動機的主電源斷路器在運行過程中由于某種原因突然斷開而接觸器（接觸器工作電源為單獨的電源）仍處于閉合狀態(tài)，PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測到此臺設備運行，但此臺設備卻已停止運轉，必將造成較大的故障。此類故障是比較常見的，因此同樣給生產(chǎn)帶來了較大的隱患。另外，受現(xiàn)場工作場地及環(huán)境影響，某些設備需要在檢修或檢查時進行部分聯(lián)動、單臺運轉測試等操作，同時觀察相關運行參數(shù)，但此控制系統(tǒng)不能完全滿足需要，給現(xiàn)場操作帶來了不便。

2 控制系統(tǒng)的改造

球磨機機械系統(tǒng)的改造為電氣控制系統(tǒng)進行完善性改造提供了時機，為徹底解決存在的問題提供了機會。因此，球磨電氣控制系統(tǒng)針對上述問題進行了改造。主要是對電動機及主電源和控制系統(tǒng)、其他設備驅動控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及程序控制進行了改造，取得了優(yōu)異的實效業(yè)績。

2.1 PLC控制系統(tǒng)硬件及控制程序的完善

針對原系統(tǒng)容量不足、受其他工序流程牽制等原因，造成其不能完全滿足生產(chǎn)操作需要的問題，對PLC系統(tǒng)進行擴容的改造。主要是將PLC控制器與其他工序的控制器進行分離，單獨采用一套S7-400的PLC系統(tǒng)來控制球磨電氣系統(tǒng)，并對監(jiān)控點、控制點、現(xiàn)場其他數(shù)據(jù)采集、程序等進行了完善，滿足了目前生產(chǎn)操作的需要。同時預留了一些容量，為可能會增加的設備或功能預留了足夠的容量。同時將原除塵系統(tǒng)的運行也納入此系統(tǒng)中，提高了環(huán)保設備運行的可靠性和現(xiàn)場環(huán)保設備的管理水平，為確保生產(chǎn)順利進行提供了保障。

2.2 球磨機驅動電動機及保護控制系統(tǒng)改造

球磨機驅動電動機功率較大，達到400kW，且運行環(huán)境惡劣、灰塵大、振動大是影響電動機正常運行的最大的不利因素。因此，對電動機進行改進及增加必要的保護與運行監(jiān)控設備是相當重要的。在對電動機改造方面，首先對其冷卻系統(tǒng)進行了改造，通過電動自帶的冷卻風扇對電動機進行冷卻，冷卻風扇安裝于電動機轉子軸上，通過防塵罩吸收外部空氣對電動機定子進行冷卻，增加了其運行的穩(wěn)定性。從電動機內部結構來看，在定子中及轉子兩端的軸承處安裝了數(shù)個測溫熱電偶，通過信號轉換輸入PLC系統(tǒng)對電動機運行時的溫度參數(shù)進行實時監(jiān)控，同時設定溫度運行上限，達到上限自動停機并報警。對電動機運行最重要的電流進行隨時監(jiān)控，并在現(xiàn)場安裝了電流顯示表，特別便于球磨機啟動時相關參數(shù)的監(jiān)控。通過對電動及保護控制系統(tǒng)的改造提高了電動機運行的安全系數(shù)。

2.3 球磨機驅動電動機控制系統(tǒng)的改造

球磨機驅動電動機控制系統(tǒng)的改造，是本次球磨電氣控制系統(tǒng)改造中主要的改選內容，其中最重要的方面就是解決電動機二次側控制系統(tǒng)在運行中的穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟性問題。本次改造采用的電動機為標準的繞線式異步電動機，通過滑環(huán)外引出外接電源線，接入控制柜中進行二次側運行控制。結合前兩次電動機二次側控制系統(tǒng)運行過程中的優(yōu)缺點，根據(jù)現(xiàn)場具體情況，采用液阻柜對二次側運行進行控制。改造的主要方面是利用經(jīng)濟、安全、有效的導電溶液代替過去的電阻絲和較昂貴的專用啟動液，裝入一個容器中，通過插入電極的濃度來控制電極間阻值的大小，進而控制電動機啟動時二次側接入電阻值的大小。電機插入深度及快慢速度由液阻柜內電動機進行控制，可設定相應的啟動時間來控制此電動機轉動的速度，其結果是控制球磨機驅動電動機啟動時二次側接入電阻的變化速度，控制啟動時間。啟動完成后由液阻柜內元件對二次線路進行短接，電動機進行正常運行狀態(tài)。為了減少球磨機在運行過程中產(chǎn)生的振動和灰塵對二次控制系統(tǒng)的損害，此液阻控制柜采用了較高的防護等級，安裝位置與球磨機相隔一定的距離，且在球磨機工作所使用的防塵罩外。這樣在很大程度上減少了振動和灰塵對控制柜及控制設備的傷害，提高了此控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.4 電動控制系統(tǒng)其他方面的改造

結合本次改造，對各設備控制使用的斷路器進行了完善改進，增加了斷路器工作位置監(jiān)控點，接入PLC系統(tǒng)進行監(jiān)控，確保了生產(chǎn)工藝及流程控制的需要。在對球磨機運行的監(jiān)控保護方面，新增加了球磨機軸瓦運行溫度監(jiān)測與控制保護，使球磨機的關鍵部位得到了應有的監(jiān)控。同時對球磨機運行時所需的液壓冷卻系統(tǒng)也進行了監(jiān)測，對液壓冷卻系統(tǒng)的電機運行情況、高低油壓情況、油溫情況實時進行跟蹤，并進入PLC系統(tǒng)進行控制，出現(xiàn)異常情況自動停止球磨機運行，提高了球磨機運行的安全性和穩(wěn)定性，為生產(chǎn)提供了更好的保障。

3 改造后設備的運行及改造中存在的問題

3.1 改造后設備的運行

通過對PLC控制系統(tǒng)的升級改造，降低了運行過程中的故障率，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性得到了很大提升。而現(xiàn)場監(jiān)控設備的完善，在設備出現(xiàn)故障前兆時就得到了相應的監(jiān)控，減少了大量設備事故的發(fā)生，不但提高了設備的保產(chǎn)能力，對現(xiàn)場職工更好地管理設備也增加了信心。同時通過對球磨機驅動電機及控制系統(tǒng)的改造，消除了故障發(fā)生頻繁的現(xiàn)象，從根本上杜絕了二次側電動機啟動時經(jīng)常發(fā)生故障的現(xiàn)象，根除了存在的問題，且啟動控制液阻柜所用電阻液價格低廉，所用控制元件為普通常用備件，消耗低，運行成本低，為企業(yè)爭創(chuàng)良好經(jīng)濟效益做出了貢獻。通過對控制程序、相關備件硬件的改造，完全滿足了生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程的需要，完善了設備功能，提高了設備性能，為企業(yè)生產(chǎn)提供了堅實保障基礎。

3.2 改造過程中存在的問題

改造過程中存在的問題主要有三點：一是在細節(jié)上處理得不夠完好，如球磨機驅動電動機二次側控制用接觸器容量選用較小，運行時溫度高，在運行過程中不得不進行擴容更換；再比如就是與現(xiàn)場操作未很好溝通交流，操作位置、控制流程在改造過程中進行了變更，以更好滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。這些雖然是小問題，但同樣影響了設備改造的進程。二是對現(xiàn)場產(chǎn)生的突發(fā)事件處理不完善，沒有采取最好的辦法進行解決。受工期及工程量等原因，對改造過程中新增加的部分設備的控制系統(tǒng)未采取系統(tǒng)的、有效的方式進行解決，而是采用了臨時措施對其進行處理，為以后的設備運行埋下了隱患。三是受多方面原因限制，改造過程的質量沒有得到完全保證，在試運行過程中部分進行了完善，在今后的運行過程中可能會出現(xiàn)一些問題。

4 結語

本次球磨電氣控制系統(tǒng)的改造徹底解決了以前設備運行過程中控制系統(tǒng)存在的問題，特別是驅動電動機二次側的啟動控制問題，采用低價、高穩(wěn)定性、高安全性的設備解決了存在的大問題，為企業(yè)降低了消耗。同時完全滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程的需要，運行過程中的高穩(wěn)定性得到了現(xiàn)場操作人員的認可，取得了

成功。

參考文獻

[1] 蒙麗華.對電氣設備維修與改造的經(jīng)驗探討[J].廣西輕工業(yè)，2011，（7）.

作者簡介：王法軍（1973-），男，四川樂至人，攀鋼集團釩業(yè)有限公司助工，研究方向：電氣控制系統(tǒng)。