基于網(wǎng)絡(luò)控制的電機(jī)軟啟動(dòng)器故障分析與控制系統(tǒng)改造

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）

基于網(wǎng)絡(luò)控制的電機(jī)軟啟動(dòng)器故障分析與控制系統(tǒng)改造

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）

某公司低壓電機(jī)應(yīng)用某合資品牌軟啟動(dòng)器配合網(wǎng)絡(luò)完成啟停及反饋控制方式，正常運(yùn)行時(shí)頻繁發(fā)生軟啟動(dòng)器無(wú)故障報(bào)警停機(jī)。針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行深入分析、總結(jié)，并對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，以保證設(shè)備運(yùn)行可靠性及生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

軟啟動(dòng)器；停機(jī)故障；網(wǎng)絡(luò)；國(guó)產(chǎn)化改造；穩(wěn)定

1 引言

某公司160 kW的低壓電機(jī)啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，采用某合資品牌軟啟動(dòng)器，軟啟動(dòng)器配合網(wǎng)絡(luò)完成啟停及反饋控制方式，網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)應(yīng)用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成通訊，投產(chǎn)以來(lái)頻繁發(fā)生軟啟動(dòng)器停機(jī)故障，對(duì)公司生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。與合資品牌軟啟動(dòng)廠家技術(shù)人員交流故障原因，廠家技術(shù)人員表示只能在故障的時(shí)候更換軟啟動(dòng)器控制器備件，無(wú)預(yù)防措施，軟啟動(dòng)器控制器備件費(fèi)用很高，并且更換頻繁，為此我們進(jìn)行分析討論，決定對(duì)合資品牌軟啟動(dòng)器進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，選擇國(guó)內(nèi)可靠性高的軟啟動(dòng)器，既能減少備件及維護(hù)成本又能確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

2 軟啟動(dòng)故障停機(jī)實(shí)例及原因分析

2012年8月10日某公司生產(chǎn)水車間海水提升泵電機(jī)停機(jī)，上位機(jī)并無(wú)發(fā)現(xiàn)任何故障報(bào)警，電機(jī)絕緣及接線良好，控制回路接線也未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，調(diào)出上位機(jī)電機(jī)運(yùn)行歷史趨勢(shì)圖（圖1），對(duì)海水提升泵運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)海水提升泵電機(jī)運(yùn)行準(zhǔn)備好信號(hào)（設(shè)備就緒ready）在短時(shí)間內(nèi)丟失（由1變?yōu)?），作為海水提升泵的停機(jī)連鎖條件，在未發(fā)出停機(jī)指令或進(jìn)行下電操作時(shí)，工藝泵軟啟動(dòng)器控制器設(shè)備就緒ready信號(hào)丟失后，軟啟動(dòng)器被停止，無(wú)法正常工作，泵停機(jī)。通過(guò)分析，主體工藝泵軟啟動(dòng)器控制面板內(nèi)部控制字11位的reday(準(zhǔn)備好)信號(hào)突然丟失是導(dǎo)致主體工藝泵停止的直接原因，屬軟啟動(dòng)器控制面板內(nèi)部元器件故障，故障出現(xiàn)后更換軟啟動(dòng)器控制面板，恢復(fù)運(yùn)行。生產(chǎn)水車間內(nèi)用同類型軟啟動(dòng)器12臺(tái)，并且無(wú)備機(jī)，同樣的故障類型共出現(xiàn)7次。ready信號(hào)為軟啟動(dòng)器控制器電路內(nèi)部自檢完成，故障發(fā)生率極高，同時(shí)控制器備件費(fèi)用高，增加維護(hù)成本。為了擺脫對(duì)進(jìn)口設(shè)備的依賴，結(jié)合公司國(guó)產(chǎn)化要求，對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，即降本增效又保證設(shè)備穩(wěn)定。

3 改造方案

3.1 設(shè)備改造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)備控制模式采用網(wǎng)絡(luò)智能化控制，電氣設(shè)備控制位于MCC柜內(nèi)，用DeviceNet構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)，將電機(jī)控制和保護(hù)與RA集成架構(gòu)所提供的網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，生產(chǎn)水車間內(nèi)共有軟啟動(dòng)器設(shè)備12臺(tái)，集中在一個(gè)配電室內(nèi)，分布于12臺(tái)低壓柜內(nèi)，設(shè)備啟停及信號(hào)反饋都由柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接線連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換與西門子PLC完成通訊。前期考慮過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)控制模式，改為硬線連接，增加旁路接觸器，啟動(dòng)過(guò)程中軟啟動(dòng)器參與工作，啟動(dòng)完成后軟啟動(dòng)器退出運(yùn)行。但現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多，增加電纜數(shù)量大，并且PLC需增加I/O模塊，改動(dòng)內(nèi)部程序，改造費(fèi)用及改動(dòng)工作量大，同時(shí)生產(chǎn)無(wú)法滿足改造工作停產(chǎn)時(shí)間要求，這給改造增加了難度，最終決定對(duì)軟啟動(dòng)器本身進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，選擇有通訊功能，運(yùn)行可靠的內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器，并且能夠融入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，不改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及程序，實(shí)現(xiàn)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制的兼容。經(jīng)了解，天津某公司生產(chǎn)的軟啟動(dòng)器具備替換原有軟啟動(dòng)器的技術(shù)條件，更換T6000系列內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器，采用網(wǎng)絡(luò)連接控制方式，通過(guò)內(nèi)部通訊板完成與DeviceNet通信功能。

3.2 控制方式

用T6000型軟啟動(dòng)器替換原有軟啟動(dòng)器，改變?cè)薪泳€，接線原理圖如圖1，機(jī)旁模式：機(jī)旁電機(jī)啟動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕，KA閉合，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。啟動(dòng)完成后內(nèi)置旁路接觸器吸合。停止時(shí)，直接按機(jī)旁箱停止按鈕，電機(jī)停止運(yùn)行。PLC遠(yuǎn)程模式：可實(shí)現(xiàn)外線通訊控制，通過(guò)DeviceNet發(fā)出啟停命令實(shí)現(xiàn)啟停。T6000系列軟啟動(dòng)器通訊支持Modbus通訊協(xié)議，通過(guò)增加通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)Modbus與DeviceNet協(xié)議轉(zhuǎn)換，完成通訊。

圖1 海水提升泵控制原理圖

3.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換說(shuō)明

協(xié)議轉(zhuǎn)換原理：為了使軟起動(dòng)器和上位機(jī)直接實(shí)現(xiàn)通訊，需要采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議。但在該項(xiàng)目中，軟起動(dòng)器使用的是Modbus通訊協(xié)議，而上位機(jī)使用的是DeviceNet通訊協(xié)議這樣就需要協(xié)議轉(zhuǎn)換來(lái)完成雙方的通訊功能。協(xié)議轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于實(shí)時(shí)翻譯，使兩個(gè)不同國(guó)家的人也能夠無(wú)障礙地交流。

（1）DeviceNet的協(xié)議：原有軟啟動(dòng)器協(xié)議

缺省輸入輸出組態(tài)：I/O的缺省組態(tài)為4個(gè)字節(jié)輸入和4個(gè)字節(jié)輸出，字0組態(tài)分為邏輯狀態(tài)和邏輯字1為反饋A相電流值和參考給定字?？勺冚斎胼敵鼋M態(tài)：支持16位的數(shù)據(jù)連接。因此，該設(shè)備被組態(tài)成可以返回的附加信息。

邏輯狀態(tài)字16位標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)反饋包括使能、運(yùn)行、相序、相序激活、啟動(dòng)、停止、報(bào)警、故障、達(dá)速、準(zhǔn)備等，邏輯命令字16位標(biāo)識(shí)包括啟動(dòng)命令、停止命令等，原有軟啟動(dòng)器不支持模擬量參考給定，支持模擬量反饋，提供A相電流作為反饋?zhàn)?，返回?cái)?shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)：2字節(jié)狀態(tài)字+2字節(jié)電壓值+2字節(jié)電流值。除特殊說(shuō)明外，數(shù)據(jù)位都是從左到右分配的，電壓與電流值都是高字節(jié)在前低字節(jié)在后，電流值返回?cái)?shù)值為實(shí)際運(yùn)行電流的10倍。當(dāng)軟起處于待機(jī)與故障狀態(tài)時(shí)電壓與電流值均返回0。

（2）T6000 Modbus部分協(xié)議

T6000 MODBUS通訊協(xié)議規(guī)定了3條與軟起動(dòng)器相互通訊的命令，分別為讀軟起動(dòng)器當(dāng)前狀態(tài)、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)與停止電動(dòng)機(jī)。

主機(jī)讀從機(jī)當(dāng)前狀態(tài)報(bào)文格式，功能碼為03H（讀取寄存器）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0003H為固定值（為原有軟起相對(duì)應(yīng)）起始地址為0102H要讀取的寄存器地址。返回?cái)?shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)：1字節(jié)主項(xiàng)+1字節(jié)從項(xiàng)+4字節(jié)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位都是從左到右分配的，如主項(xiàng)01從項(xiàng)02為故障狀態(tài)，它下面說(shuō)明數(shù)據(jù)為1字節(jié)，這1個(gè)字節(jié)就是“六字節(jié)數(shù)據(jù)”的第一個(gè)字節(jié)，即從機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息編碼的第三個(gè)字節(jié)。如果為多字節(jié)數(shù)據(jù)則數(shù)據(jù)格式為高字節(jié)在前低字節(jié)在后。累加和采用按位異或的方式計(jì)算。主項(xiàng)：01：讀系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。從項(xiàng)：01：軟起正常待機(jī)。02：故障狀態(tài)。數(shù)據(jù)：2字節(jié)故障信息。2字節(jié)共有16二進(jìn)制位，每一位表示一種故障，除兩位保留位外，共有14種故障。從項(xiàng)：03：電機(jī)正在軟起。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項(xiàng)：04：電機(jī)正在軟停。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項(xiàng)：05：電機(jī)正在運(yùn)行。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項(xiàng)：06：電機(jī)正在起動(dòng)前延時(shí)。數(shù)據(jù)：2字節(jié)倒計(jì)時(shí)延時(shí)值，單位秒。

控制軟起動(dòng)器的起停及參數(shù)設(shè)置，控制軟起動(dòng)器的起停，功能碼為06H，數(shù)據(jù)值規(guī)定0001H：起動(dòng)電機(jī)、0002H：停止電機(jī)與原有軟啟動(dòng)器控制字相對(duì)應(yīng)。

（3）協(xié)議的轉(zhuǎn)換

通過(guò)以上DeviceNet軟起協(xié)議和Nole軟起協(xié)議可以寫出協(xié)議轉(zhuǎn)換規(guī)則。比如要起動(dòng)軟起動(dòng)器按照DeviceNet協(xié)議則需要發(fā)送命令格式為（16進(jìn)制）：00H 02H，而Modbus起動(dòng)軟起動(dòng)器的命令為06H 00H 01H 0H 01H，所以當(dāng)轉(zhuǎn)換器收到00H 02H命令時(shí)它自動(dòng)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成06H 00H 01H 0H 01H發(fā)送給軟起這樣軟起動(dòng)器就知道這是起動(dòng)命令。同理，當(dāng)顯示軟起狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換器將從軟起端收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成上位機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)改造提高了生產(chǎn)水工藝泵控制系統(tǒng)的可靠性，減少故障的發(fā)生，降低故障率。

（2）通過(guò)國(guó)產(chǎn)化改造，在提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品同時(shí)，又有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，降低公司運(yùn)營(yíng)成本。

（3）通過(guò)國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)Modbus和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)化，擺脫對(duì)進(jìn)口成套智能網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的依賴。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于日后的維護(hù)、檢修及故障處理。

Analysis of M alfunction of M otor Soft Starter based on Network Control and M odification of the Control System

GUAN Junfeng
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

A low-voltage motor at Jingtang Steel used a JV-produced soft starter combining with network to perform start and stop and feedback control,but the soft starter frequently gave out false alarm and shutdown the motor during normal operation.This phenomenon was analyzed and summarized in depth and the soft starter was modified,which has improved operation reliability and ensured production stability.

soft starter;shutdown;network;domestic modification

TM3

B

1006-6764(2015)08-0009-02

2015-03-20

2015-04-15

關(guān)俊峰（1985-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備管理工作。