基于網(wǎng)絡(luò)控制的電機軟啟動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)合有限責任公司，河北唐山063200）

基于網(wǎng)絡(luò)控制的電機軟啟動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)合有限責任公司，河北唐山063200）

某公司低壓電機應(yīng)用某合資品牌軟啟動器配合網(wǎng)絡(luò)完成啟停及反饋控制方式，正常運行時頻繁發(fā)生軟啟動器無故障報警停機。針對這一現(xiàn)象進行深入分析、總結(jié)，并對其進行國產(chǎn)化改造，以保證設(shè)備運行可靠性及生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

軟啟動器；停機故障；網(wǎng)絡(luò)；國產(chǎn)化改造；穩(wěn)定

1 引言

某公司160 kW的低壓電機啟動方式為軟啟動，采用某合資品牌軟啟動器，軟啟動器配合網(wǎng)絡(luò)完成啟停及反饋控制方式，網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)應(yīng)用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)平臺完成通訊，投產(chǎn)以來頻繁發(fā)生軟啟動器停機故障，對公司生產(chǎn)造成嚴重的影響。與合資品牌軟啟動廠家技術(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候更換軟啟動器控制器備件，無預(yù)防措施，軟啟動器控制器備件費用很高，并且更換頻繁，為此我們進行分析討論，決定對合資品牌軟啟動器進行國產(chǎn)化改造，選擇國內(nèi)可靠性高的軟啟動器，既能減少備件及維護成本又能確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

2 軟啟動故障停機實例及原因分析

2012年8月10日某公司生產(chǎn)水車間海水提升泵電機停機，上位機并無發(fā)現(xiàn)任何故障報警，電機絕緣及接線良好，控制回路接線也未發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象，調(diào)出上位機電機運行歷史趨勢圖（圖1），對海水提升泵運行趨勢進行分析，發(fā)現(xiàn)海水提升泵電機運行準備好信號（設(shè)備就緒ready）在短時間內(nèi)丟失（由1變?yōu)?），作為海水提升泵的停機連鎖條件，在未發(fā)出停機指令或進行下電操作時，工藝泵軟啟動器控制器設(shè)備就緒ready信號丟失后，軟啟動器被停止，無法正常工作，泵停機。通過分析，主體工藝泵軟啟動器控制面板內(nèi)部控制字11位的reday(準備好)信號突然丟失是導致主體工藝泵停止的直接原因，屬軟啟動器控制面板內(nèi)部元器件故障，故障出現(xiàn)后更換軟啟動器控制面板，恢復運行。生產(chǎn)水車間內(nèi)用同類型軟啟動器12臺，并且無備機，同樣的故障類型共出現(xiàn)7次。ready信號為軟啟動器控制器電路內(nèi)部自檢完成，故障發(fā)生率極高，同時控制器備件費用高，增加維護成本。為了擺脫對進口設(shè)備的依賴，結(jié)合公司國產(chǎn)化要求，對其進行國產(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)場實際情況，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，將電機控制和保護與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)共有軟啟動器設(shè)備12臺，集中在一個配電室內(nèi)，分布于12臺低壓柜內(nèi)，設(shè)備啟停及信號反饋都由柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接線連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換與西門子PLC完成通訊。前期考慮過改變網(wǎng)絡(luò)控制模式，改為硬線連接，增加旁路接觸器，啟動過程中軟啟動器參與工作，啟動完成后軟啟動器退出運行。但現(xiàn)場設(shè)備多，增加電纜數(shù)量大，并且PLC需增加I/O模塊，改動內(nèi)部程序，改造費用及改動工作量大，同時生產(chǎn)無法滿足改造工作停產(chǎn)時間要求，這給改造增加了難度，最終決定對軟啟動器本身進行國產(chǎn)化改造，選擇有通訊功能，運行可靠的內(nèi)置旁路軟啟動器，并且能夠融入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，不改變原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及程序，實現(xiàn)與整個網(wǎng)絡(luò)控制的兼容。經(jīng)了解，天津某公司生產(chǎn)的軟啟動器具備替換原有軟啟動器的技術(shù)條件，更換T6000系列內(nèi)置旁路軟啟動器，采用網(wǎng)絡(luò)連接控制方式，通過內(nèi)部通訊板完成與DeviceNet通信功能。

3.2 控制方式

用T6000型軟啟動器替換原有軟啟動器，改變原有接線，接線原理圖如圖1，機旁模式：機旁電機啟動，按下啟動按鈕，KA閉合，軟啟動器啟動。啟動完成后內(nèi)置旁路接觸器吸合。停止時，直接按機旁箱停止按鈕，電機停止運行。PLC遠程模式：可實現(xiàn)外線通訊控制，通過DeviceNet發(fā)出啟停命令實現(xiàn)啟停。T6000系列軟啟動器通訊支持Modbus通訊協(xié)議，通過增加通訊模塊實現(xiàn)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(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)換說明

協(xié)議轉(zhuǎn)換原理：為了使軟起動器和上位機直接實現(xiàn)通訊，需要采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議。但在該項目中，軟起動器使用的是Modbus通訊協(xié)議，而上位機使用的是DeviceNet通訊協(xié)議這樣就需要協(xié)議轉(zhuǎn)換來完成雙方的通訊功能。協(xié)議轉(zhuǎn)換器相當于實時翻譯，使兩個不同國家的人也能夠無障礙地交流。

（1）DeviceNet的協(xié)議：原有軟啟動器協(xié)議

缺省輸入輸出組態(tài)：I/O的缺省組態(tài)為4個字節(jié)輸入和4個字節(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。可變輸入輸出組態(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位標識數(shù)據(jù)反饋包括使能、運行、相序、相序激活、啟動、停止、報警、故障、達速、準備等，邏輯命令字16位標識包括啟動命令、停止命令等，原有軟啟動器不支持模擬量參考給定，支持模擬量反饋，提供A相電流作為反饋字，返回數(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，電流值返回數(shù)值為實際運行電流的10倍。當軟起處于待機與故障狀態(tài)時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條與軟起動器相互通訊的命令，分別為讀軟起動器當前狀態(tài)、起動電動機與停止電動機。

主機讀從機當前狀態(tài)報文格式，功能碼為03H（讀取寄存器）數(shù)據(jù)長度為0003H為固定值（為原有軟起相對應(yīng)）起始地址為0102H要讀取的寄存器地址。返回數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)：1字節(jié)主項+1字節(jié)從項+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01從項02為故障狀態(tài)，它下面說明數(shù)據(jù)為1字節(jié)，這1個字節(jié)就是“六字節(jié)數(shù)據(jù)”的第一個字節(jié)，即從機發(fā)送狀態(tài)信息編碼的第三個字節(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算。主項：01：讀系統(tǒng)當前狀態(tài)。從項：01：軟起正常待機。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：03：電機正在軟起。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項：04：電機正在軟停。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項：05：電機正在運行。數(shù)據(jù)：2字節(jié)電壓+2字節(jié)電流值的10倍。從項：06：電機正在起動前延時。數(shù)據(jù)：2字節(jié)倒計時延時值，單位秒。

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

（3）協(xié)議的轉(zhuǎn)換

通過以上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。比如要起動軟起動器按照DeviceNet協(xié)議則需要發(fā)送命令格式為（16進制）：00H 02H，而Modbus起動軟起動器的命令為06H 00H 01H 0H 01H，所以當轉(zhuǎn)換器收到00H 02H命令時它自動把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成06H 00H 01H 0H 01H發(fā)送給軟起這樣軟起動器就知道這是起動命令。同理，當顯示軟起狀態(tài)時，轉(zhuǎn)換器將從軟起端收到的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成上位機能夠識別的數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論

（1）通過改造提高了生產(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）通過國產(chǎn)化改造，在提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品同時，又有價格優(yōu)勢，降低公司運營成本。

（3）通過國產(chǎn)化，實現(xiàn)Modbus和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)化，擺脫對進口成套智能網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的依賴。

（4）結(jié)構(gòu)簡單，便于日后的維護、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，大學本科學歷，工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備管理工作。