球磨電氣控制系統(tǒng)改造初探

安榮平

【摘要】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(yùn)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(xué)開展電氣控制系統(tǒng)改造提供了經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】電動機(jī)；球磨機(jī)；電氣控制系統(tǒng)；改造

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(jī)及物料運(yùn)送、篩分設(shè)備進(jìn)行控制，同時后面的焙燒系統(tǒng)也由此系統(tǒng)中進(jìn)行控制運(yùn)行。由于生產(chǎn)現(xiàn)場的特殊性，在引進(jìn)此批設(shè)備后，生產(chǎn)現(xiàn)場又增加了一些設(shè)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(shè)備時，例如增加除塵用螺旋運(yùn)輸機(jī)的控制、振動機(jī)的控制等，由于容量不足的原因，就不能使用PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，而采取的是繼電器進(jìn)行控制，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

1.2 球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)控制系統(tǒng)的問題

從GFE公司引進(jìn)的球磨機(jī)配套電機(jī)為繞線式異步電動機(jī)，供電源電為AC500V。在運(yùn)行過程中，一方面存在電源不標(biāo)準(zhǔn)、備件較難準(zhǔn)備的問題；另一方面電機(jī)運(yùn)行故障率高，受現(xiàn)場振動大、灰塵大的緣故，二次側(cè)由于采用繼電器切除電阻進(jìn)行啟動控制，故障特別多，查找故障也非常麻煩。因此在引進(jìn)此設(shè)備運(yùn)行后不久，對此電機(jī)及供電和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，電機(jī)仍為繞線式異步電動機(jī)，但采用AC6000kV電源供電、二次側(cè)采用無刷液阻器進(jìn)行啟動控制。此種啟動器內(nèi)部充滿啟動液，安裝于電動機(jī)轉(zhuǎn)子輸出的另一端，與轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)。啟動過程中隨著轉(zhuǎn)速的提升，內(nèi)部元件在旋轉(zhuǎn)力的作用下靠近，減少液阻而逐漸提高啟動速度，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時內(nèi)部機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)子外接二次線進(jìn)行短接，切除液阻，完成啟動。當(dāng)時，這種控制方式對一般的繞線式異步電動機(jī)的啟動控制還是比較先進(jìn)和適用的，避免了繼電器控制的許多缺點(diǎn)。

1.3 球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)的保護(hù)控制問題

球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)在運(yùn)行過程中，由于自身必要保護(hù)措施的缺失，發(fā)生了電機(jī)二次側(cè)短路、定子繞組繞損等較大設(shè)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(jī)采用風(fēng)機(jī)輸送自然風(fēng)對頂部安裝的冷卻裝置進(jìn)行散熱，進(jìn)而對電動機(jī)定子產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冷卻的原理來對電動機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行降溫，風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用AC380V電源單獨(dú)供電。受PLC系統(tǒng)容量限制，未進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，風(fēng)機(jī)及電動機(jī)在運(yùn)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(shè)備出現(xiàn)故障時，球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量不能及時得到冷卻，造成電動機(jī)溫度高而沒有任何現(xiàn)場檢測裝置跟蹤發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而發(fā)生電動機(jī)燒損事故。另外，球磨機(jī)電動機(jī)運(yùn)行過程中的軸承溫度也沒有檢測裝置對其進(jìn)行監(jiān)測，靠人工定時對其測定，不能很好地保護(hù)此設(shè)備良好運(yùn)行，增加了故障點(diǎn)。因此電動機(jī)自身必要保護(hù)措施的缺失也是一個較大的問題。

2 控制系統(tǒng)的改造

球磨機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的改造為電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行完善性改造提供了時機(jī)，為徹底解決存在的問題提供了機(jī)會。因此，球磨電氣控制系統(tǒng)針對上述問題進(jìn)行了改造。主要是對電動機(jī)及主電源和控制系統(tǒng)、其他設(shè)備驅(qū)動控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及程序控制進(jìn)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(jìn)行擴(kuò)容的改造。主要是將PLC控制器與其他工序的控制器進(jìn)行分離，單獨(dú)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(diǎn)、控制點(diǎn)、現(xiàn)場其他數(shù)據(jù)采集、程序等進(jìn)行了完善，滿足了目前生產(chǎn)操作的需要。同時預(yù)留了一些容量，為可能會增加的設(shè)備或功能預(yù)留了足夠的容量。同時將原除塵系統(tǒng)的運(yùn)行也納入此系統(tǒng)中，提高了環(huán)保設(shè)備運(yùn)行的可靠性和現(xiàn)場環(huán)保設(shè)備的管理水平，為確保生產(chǎn)順利進(jìn)行提供了保障。

2.2 球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)及保護(hù)控制系統(tǒng)改造

球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)功率較大，達(dá)到400kW，且運(yùn)行環(huán)境惡劣、灰塵大、振動大是影響電動機(jī)正常運(yùn)行的最大的不利因素。因此，對電動機(jī)進(jìn)行改進(jìn)及增加必要的保護(hù)與運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備是相當(dāng)重要的。在對電動機(jī)改造方面，首先對其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過電動自帶的冷卻風(fēng)扇對電動機(jī)進(jìn)行冷卻，冷卻風(fēng)扇安裝于電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，通過防塵罩吸收外部空氣對電動機(jī)定子進(jìn)行冷卻，增加了其運(yùn)行的穩(wěn)定性。從電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，在定子中及轉(zhuǎn)子兩端的軸承處安裝了數(shù)個測溫?zé)犭娕?，通過信號轉(zhuǎn)換輸入PLC系統(tǒng)對電動機(jī)運(yùn)行時的溫度參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，同時設(shè)定溫度運(yùn)行上限，達(dá)到上限自動停機(jī)并報警。對電動機(jī)運(yùn)行最重要的電流進(jìn)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(jī)啟動時相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控。通過對電動及保護(hù)控制系統(tǒng)的改造提高了電動機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)。

2.3 球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)控制系統(tǒng)的改造

球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)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(nèi)容，其中最重要的方面就是解決電動機(jī)二次側(cè)控制系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性問題。本次改造采用的電動機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的繞線式異步電動機(jī)，通過滑環(huán)外引出外接電源線，接入控制柜中進(jìn)行二次側(cè)運(yùn)行控制。結(jié)合前兩次電動機(jī)二次側(cè)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場具體情況，采用液阻柜對二次側(cè)運(yùn)行進(jìn)行控制。改造的主要方面是利用經(jīng)濟(jì)、安全、有效的導(dǎo)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(jìn)而控制電動機(jī)啟動時二次側(cè)接入電阻值的大小。電機(jī)插入深度及快慢速度由液阻柜內(nèi)電動機(jī)進(jìn)行控制，可設(shè)定相應(yīng)的啟動時間來控制此電動機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，其結(jié)果是控制球磨機(jī)驅(qū)動電動機(jī)啟動時二次側(cè)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(nèi)元件對二次線路進(jìn)行短接，電動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 改造后設(shè)備的運(yùn)行

通過對PLC控制系統(tǒng)的升級改造，降低了運(yùn)行過程中的故障率，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了很大提升。而現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的完善，在設(shè)備出現(xiàn)故障前兆時就得到了相應(yīng)的監(jiān)控，減少了大量設(shè)備事故的發(fā)生，不但提高了設(shè)備的保產(chǎn)能力，對現(xiàn)場職工更好地管理設(shè)備也增加了信心。同時通過對球磨機(jī)驅(qū)動電機(jī)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(cè)電動機(jī)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(yùn)行成本低，為企業(yè)爭創(chuàng)良好經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。通過對控制程序、相關(guān)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(shè)備功能，提高了設(shè)備性能，為企業(yè)生產(chǎn)提供了堅實保障基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本次球磨電氣控制系統(tǒng)的改造徹底解決了以前設(shè)備運(yùn)行過程中控制系統(tǒng)存在的問題，特別是驅(qū)動電動機(jī)二次側(cè)的啟動控制問題，采用低價、高穩(wěn)定性、高安全性的設(shè)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(yùn)行過程中的高穩(wěn)定性得到了現(xiàn)場操作人員的認(rèn)可，取得了成功。

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