基于二拖多的軟起動(dòng)器控制策略及其應(yīng)用

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(1.陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,陜西西安,710021；2.西安利雅得電氣股份有限公司,陜西西安,710075)

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·軟起動(dòng)器·

基于二拖多的軟起動(dòng)器控制策略及其應(yīng)用

孟彥京1耿娜娜1,*馬匯海1景斌2趙丹1

(1.陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,陜西西安,710021；2.西安利雅得電氣股份有限公司,陜西西安,710075)

針對(duì)以往低壓控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的可靠性、軟起動(dòng)器使用壽命和可維護(hù)性差的問(wèn)題,采用軟起動(dòng)器二拖多的控制方式對(duì)各臺(tái)需要啟動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)分析二拖多控制系統(tǒng)的組成特點(diǎn),提出了軟起動(dòng)器二拖多冗余式控制和交替式控制策略,并對(duì)這兩種控制策略進(jìn)行了理論分析。最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明這種控制策略的可行性。

軟起動(dòng)器；二拖多；控制方式

在工業(yè)生產(chǎn)中,不同的負(fù)載和電動(dòng)機(jī)配置,啟動(dòng)電流可達(dá)到額定運(yùn)行電流的5～9倍,如此大的啟動(dòng)電流會(huì)嚴(yán)重沖擊電網(wǎng),影響設(shè)備壽命及增加額外的輸配電投資,因此采用軟起動(dòng)器啟動(dòng)負(fù)載電機(jī)十分重要[1]。如在造紙行業(yè)中的制漿、抄紙等車(chē)間,由于各臺(tái)負(fù)載功率大且數(shù)量眾多、啟停頻繁,因此需要使用軟起動(dòng)器頻繁動(dòng)作啟動(dòng)負(fù)載,這樣會(huì)使軟起動(dòng)器的使用壽命降低、維護(hù)難度增加以及啟動(dòng)能耗較差,造成整個(gè)車(chē)間控制系統(tǒng)的可靠性降低[2]。為了解決這些問(wèn)題,研究使用多臺(tái)軟起動(dòng)器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的控制系統(tǒng)及其控制策略就顯得尤為重要。據(jù)此,筆者根據(jù)自己研究生實(shí)習(xí)期間的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè),提出軟起動(dòng)器二拖多控制系統(tǒng)及其控制策略,并在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用。

1　軟起動(dòng)器二拖多控制系統(tǒng)

軟起動(dòng)器二拖多控制系統(tǒng)包括第一軟起動(dòng)器、第二軟起動(dòng)器、常規(guī)電源網(wǎng)絡(luò)、控制器[1]。如圖1所示,常規(guī)電源網(wǎng)絡(luò)經(jīng)第一斷路器QF1、第二斷路器QF2分別與第一快速熔斷器FU1、第二快速熔斷器FU2連接,將第一快速熔斷器FU1、第二快速熔斷器FU2分別與第一軟起動(dòng)器、第二軟起動(dòng)器的L1、L2、L3端連接,第一軟起動(dòng)器、第二軟起動(dòng)器的出線端T1、T2、T3并聯(lián)后構(gòu)成軟啟電源網(wǎng)絡(luò)。軟啟電源網(wǎng)絡(luò)連接n個(gè)電動(dòng)機(jī)M1～Mn,每個(gè)電動(dòng)機(jī)與軟啟電源網(wǎng)絡(luò)之間均連接有軟啟接觸器KM1～KMn,常規(guī)電源網(wǎng)絡(luò)經(jīng)旁路接觸器KM11～KM1n連接在所述每個(gè)電動(dòng)機(jī)與軟啟接觸器KM1～KMn之間。第一軟起動(dòng)器、第二軟起動(dòng)器、每個(gè)軟啟接觸器、每個(gè)旁路接觸器分別與控制器連接。同時(shí)每個(gè)電動(dòng)機(jī)與軟啟接觸器KM1～KMn之間還連接有熱繼電器FR1～FRn。

如圖1所示,開(kāi)始工作時(shí),隨機(jī)將一臺(tái)軟起動(dòng)器設(shè)為主起動(dòng)器處于工作狀態(tài),另一臺(tái)設(shè)為從起動(dòng)器處于備份狀態(tài)；當(dāng)收到第一個(gè)啟動(dòng)指令后,控制器首先將電動(dòng)機(jī)M1的軟啟接觸器KM1閉合、旁路接觸器KM11斷開(kāi),然后控制器命令主軟起動(dòng)器開(kāi)始工作,使軟啟電源網(wǎng)絡(luò)上的電壓逐漸上升,電動(dòng)機(jī)M1逐漸啟動(dòng)。當(dāng)軟啟電源網(wǎng)絡(luò)的電壓達(dá)到額定電壓后,電動(dòng)機(jī)M1正常工作,此時(shí)控制器斷開(kāi)軟啟接觸器KM1、閉合旁路接觸器KM11,電動(dòng)機(jī)M1的軟啟動(dòng)過(guò)程完成,控制器命令主起動(dòng)器停止工作,進(jìn)入散熱狀態(tài)。在收到第二個(gè)啟動(dòng)指令后,控制器將電動(dòng)機(jī)M2的軟啟接觸器KM2閉合、旁路接觸器KM12斷開(kāi),然后控制器命令主起動(dòng)器開(kāi)始工作,使軟啟電源網(wǎng)絡(luò)上的電壓逐漸上升,電動(dòng)機(jī)M2逐漸啟動(dòng)。當(dāng)軟啟電源網(wǎng)絡(luò)的電壓達(dá)到額定電壓后,電動(dòng)機(jī)M2正常工作,此時(shí)控制器斷開(kāi)軟啟接觸器KM2、閉合旁路接觸器KM12,電動(dòng)機(jī)M2的軟啟動(dòng)過(guò)程完成,控制器命令主起動(dòng)器停止工作,進(jìn)入散熱狀態(tài)。以后的啟動(dòng)過(guò)程與此類(lèi)似,直到所有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢。此工作全程在控制器的監(jiān)控下運(yùn)行,一旦主起動(dòng)器發(fā)生故障,控制器將立即報(bào)警并將主起動(dòng)器切換成從起動(dòng)器,原來(lái)的從起動(dòng)器切換成主起動(dòng)器,完成剩余的工作,故障的從起動(dòng)器等待維修,維修后仍被設(shè)為從起動(dòng)器。

2　軟起動(dòng)器二拖多控制策略

對(duì)于軟起動(dòng)器二拖多系統(tǒng)的控制,有兩種控制策略,即冗余式控制和交替式控制[3]。冗余式控制方式可以在主起動(dòng)器出現(xiàn)故障后備份起動(dòng)器接替工作,從而提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,降低整體故障率。交替式控制方式既能避免單臺(tái)軟起動(dòng)器出現(xiàn)啟動(dòng)過(guò)頻繁故障,也能在某臺(tái)軟起動(dòng)器故障時(shí),由另一臺(tái)軟起動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),達(dá)到相互冗余的效果,提高了系統(tǒng)可靠性,交替式控制方式還能延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的實(shí)際使用壽命[3]。

2.1冗余式控制

二拖多冗余式軟起動(dòng)器控制策略如圖2所示。冗余式控制方式下,當(dāng)收到啟動(dòng)指令后,首先判斷2臺(tái)軟起動(dòng)器正常/故障信號(hào),若2臺(tái)均為故障,則中止啟動(dòng)過(guò)程,系統(tǒng)報(bào)警；若一臺(tái)故障,則良好起動(dòng)器被設(shè)為主起動(dòng)器,而故障軟起動(dòng)器被設(shè)置為從起動(dòng)器,同時(shí)進(jìn)行報(bào)警；然后控制器命令主起動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)；若2臺(tái)都沒(méi)有故障,則可以使用先前選擇的主起動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),從起動(dòng)器不參與工作；每完成一次啟動(dòng)后,所述控制器都要對(duì)主起動(dòng)器進(jìn)行一次故障判斷,若沒(méi)有故障,則繼續(xù)啟動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)；若有故障,則主軟起動(dòng)器報(bào)警并停止工作,使用從起動(dòng)器完成剩余工作,這時(shí)從軟起動(dòng)器被設(shè)定為主軟起動(dòng)器。在冗余式控制方式下,只要主起動(dòng)器不發(fā)生故障則主從起動(dòng)器的地位也不發(fā)生轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)主起動(dòng)器故障后才會(huì)被從起動(dòng)器取代,故障起動(dòng)器降為從起動(dòng)器置于待維修狀態(tài)并報(bào)警,故障軟起動(dòng)器經(jīng)維修正常后,仍然作為從起動(dòng)器投入到系統(tǒng)。

2.2交替式控制

二拖多交替式軟起動(dòng)器控制策略如圖3所示。交替式控制方式下,當(dāng)收到啟動(dòng)指令后,首先判斷2臺(tái)軟起動(dòng)器正常/故障信號(hào),若2臺(tái)均為故障,則中止啟動(dòng)過(guò)程,系統(tǒng)報(bào)警；若一臺(tái)故障,則良好起動(dòng)器被設(shè)為主起動(dòng)器,而故障軟起動(dòng)器被設(shè)置為從起動(dòng)器,同時(shí)系統(tǒng)向操作員報(bào)警。然后控制器命令主起動(dòng)器按照?qǐng)D1的方式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),啟動(dòng)完成后,2臺(tái)軟起動(dòng)器的主從關(guān)系不發(fā)生改變；若2臺(tái)都正常,則控制器命令主起動(dòng)器按照?qǐng)D1的過(guò)程啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)完成后,控制器將2臺(tái)軟起動(dòng)器的主從關(guān)系互換,即下次啟動(dòng)使用另一臺(tái)軟起動(dòng)器完成啟動(dòng),如此交替循環(huán)直至完成所有工作,通過(guò)交替式控制方式,每執(zhí)行一次啟動(dòng)命令則主、從起動(dòng)器交換一次身份,無(wú)論哪臺(tái)起動(dòng)器故障,控制器將立即收到故障信號(hào),迅速將故障起動(dòng)器置于待維修狀態(tài)并報(bào)警,同時(shí)將良好起動(dòng)器視為主起動(dòng)器連續(xù)工作,維修后的再次投入的起動(dòng)器視為從起動(dòng)器。

圖3　二拖多交替式軟起動(dòng)器控制策略

圖4　PLC接線圖

3　軟起動(dòng)器二拖多控制的應(yīng)用

3.1控制系統(tǒng)配置情況

在廣東深圳某年產(chǎn)10萬(wàn)t高強(qiáng)瓦楞原紙廠,本課題以制漿車(chē)間中一段精篩、進(jìn)粗篩泵、二段精篩等幾個(gè)大功率電機(jī)為例。詳細(xì)配置如表1所示。

由于啟動(dòng)電流很大,為了提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性,延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的使用壽命,增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性[4],在本項(xiàng)目中,選擇二拖多交替式軟起動(dòng)器控制策略。

3.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目中,選擇西門(mén)子LOGO!作為核心控制器。其中LOGO!230RC有8個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)繼電器輸出(10A),沒(méi)有顯示單元和鍵盤(pán),LOGO!DM16 230R有8個(gè)數(shù)字量輸出和8個(gè)繼電器輸出(5A)[5]。以表1中的3臺(tái)電機(jī)為例,控制系統(tǒng)的電氣二次原理圖如圖4所示。

控制系統(tǒng)的輸入端子共有6個(gè),I1是1#軟啟動(dòng)達(dá)速輸入,I2是2#軟啟動(dòng)達(dá)速輸入,I3是1#電機(jī)運(yùn)行信號(hào),I4是2#電機(jī)運(yùn)行信號(hào),I5是3#電機(jī)運(yùn)行信號(hào),I6是1#、2#、3#電機(jī)軟啟動(dòng)的信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)的輸出端子共有8個(gè),Q1是1#軟起動(dòng)器啟/停,Q2是2#軟起動(dòng)器啟/停,Q3是1#電機(jī)軟啟動(dòng),Q4是1#電機(jī)運(yùn)行,Q5是2#電機(jī)軟啟動(dòng),Q6是2#電機(jī)運(yùn)行,Q7是3#電機(jī)軟啟動(dòng),Q8是3#電機(jī)運(yùn)行。結(jié)合圖2的控制邏輯進(jìn)行PLC的編程,通過(guò)PLC的輸入輸出接口電路。

表1　二拖多軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備配置表

圖5　軟件設(shè)計(jì)程序示例

3.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是結(jié)合生產(chǎn)工藝流程對(duì)LOGO！進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)軟起動(dòng)器的循環(huán)交替工作控制[6],程序的設(shè)計(jì)思想如圖3所示。軟件設(shè)計(jì)程序如圖5所示,在LOGO!Soft Comfort環(huán)境下采用梯形圖編寫(xiě),采用常開(kāi)常閉觸點(diǎn)表達(dá)控制思想的邏輯功能。

4　結(jié)　語(yǔ)

綜合上述分析可知,在工業(yè)應(yīng)用中,針對(duì)需要軟起動(dòng)器啟動(dòng)多臺(tái)大功率電機(jī)的控制系統(tǒng),二拖多循環(huán)交替式軟起動(dòng)器控制策略是一種較好的選擇方案。該方案不僅能夠保證整個(gè)啟動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性,還能延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的使用壽命,節(jié)約運(yùn)行成本,使軟起動(dòng)器的可維護(hù)性增強(qiáng),同時(shí)降低能量損耗。該控制方案在廣東深圳某年產(chǎn)10萬(wàn)t高強(qiáng)瓦楞原紙廠制漿車(chē)間、抄紙車(chē)間、廢水處理車(chē)間得到成功的應(yīng)用,取得良好的效果。

[1]MENG Yan-jing, ZHANG Yan. Implementation of the“One Drives Two”Soft Starter Control System Based on the LOGO[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(12): 42.

孟彥京, 張焱. 基于LOGO的“一拖二”軟起動(dòng)器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)造紙, 2014, 33(12): 42.

[2]LIU Yong, TANG Jian-guo. Application of Soft Start in Paper Machine Beating Control[J]. China pulp & paper, 2008, 27(4): 70.

劉勇, 唐建國(guó). 軟起動(dòng)器在紙機(jī)打漿控制中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)造紙, 2008, 27(4): 70.

[3]LU Dong. Application of manytomany automatic startup mode by Soft-Starter based on PLC [J]. Information Technology, 2012, 8: 145.

魯動(dòng). 基于PLC的軟起動(dòng)器多拖多自動(dòng)啟動(dòng)模式的應(yīng)用[J]. 信息技術(shù), 2012, 8: 145.

[4]SUN Zhi-ping. Survey on Soft Start of Motor[J]. Journal of Jilin Institute of Chemical, 2008, 6(4): 8.

孫志平. 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)綜述[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào), 2008, 6(4): 8.

[5]Siemens Co., Ltd. LOGO programming reference manual[M]. 2003.

西門(mén)子公司. LOGO編程手冊(cè)[M]. 2003.

[6]JANG Bo, NAN Xin-yuan, CHEN Zhi-jun. The Application of LOGO! in Soft Starter “Two Driven by One” Control[J]. Process Automation Instrumentation, 2004, 3: 48.

(責(zé)任編輯：馬忻)

The Control Strategy of Soft Starter Based on Two Drive More and Its Application

MENG Yan-jing1GENG Na-na1,*MA Hui-hai1JING Bin2ZHAO Dan1

(1.CollegeofElectricalandInformationEngineering,ShanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021； 2.Xi’anLeadElectricCo.,Ltd.,Xi’an,ShaanxiProvince, 710075)

(*E-mail: 1506647833@qq.com)

In view of the poor reliability, service life and maintainability of the low voltage control system, the control method of two drive more for the soft starter was used to control the motors which need to start-up. Through analyzing the characteristics of the two drive more control system, the soft starter two drive more redundant control and alternate control strategies were put forward, and the theoretical analysis for these two control strategies were carried out. The feasibility of the control strategy was proved by field application.

soft starter; two drive more; control method

孟彥京先生，博士，教授；主要研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其在電力傳動(dòng)上的應(yīng)用。

2016- 01-27(修改稿)

耿娜娜女士,E-mail:1506647833@qq.com。

TS736

ADOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.06.011