隧道通風控制系統(tǒng)改造案例應用于高級工一體化教學探討

樂美基

摘 要：本文以廈門某隧道通風控制系統(tǒng)改造為例，分析介紹了如何通過對原設(shè)計電路的修改，結(jié)合ABB軟啟動器的性能特點，實現(xiàn)對動力設(shè)備的有效控制。并把實際運行中的成功案例應用于預備技師階段教學，從案例教學中使學生全面、深入地了解ABB PSS PSTB系列軟啟動器的使用方法、技術(shù)特點，并且達到工學一體的教學效果。

關(guān)鍵詞：大功率射流風機 軟啟動器 高級工

目前，技工院校正在進行著一場史無前例的課程改革，以往是理論課在課堂里上，用實驗驗證理論課程內(nèi)容，后來，采用理論實驗一體?，F(xiàn)在，進行一體化課程改革，做到工學一體，引進企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，提煉典型工作任務(wù)和代表性工作任務(wù)，充分體現(xiàn)了做中學、學中做的特點，深入了解學生的個體特性，因材施教。但在教學過程中，教師自己設(shè)計、自己改造的成功案例應用于教學中，能充分體現(xiàn)出新知識的應用，并積累成功經(jīng)驗。

一、隧道通風控制系統(tǒng)項目改造

1.選擇軟啟動器

對廈門某隧道的運行維護，射流風機須連續(xù)進行。電動機的控制要求是平滑啟動和停止，要有效降低啟動電流，防止浪涌電流出現(xiàn)，并且不能降低電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。軟啟動器可以降低電動機的啟動電流，實現(xiàn)電動機平穩(wěn)啟動，是傳統(tǒng)星-三角、自耦降壓啟動器的最佳換代產(chǎn)品。本項目采用ABB PSS PSTB系列軟啟動器。ABB PSS PSTB系列軟啟動器集成了軟啟動、軟停車和節(jié)能等功能，控制三相晶閘管的導通角，按不同的控制要求調(diào)節(jié)電壓，從而控制電動機。變頻器主要調(diào)節(jié)電動機的速度，是通過改變電源頻率，從而調(diào)節(jié)電源電壓，實現(xiàn)電動機的調(diào)速功能。它有軟啟動器的降壓啟動功能，但構(gòu)造和價格比軟啟動器昂貴。軟啟動器只改變啟動電壓而不改變電源頻率，電動機啟動完成后，軟啟動器會旁路退出運行。

2.啟動方式的選擇

射流風機屬于電動機的擴展，用途不同。電動機在額定電壓下啟動，需要的電流為額定電流的4～7倍。射流風機需要頻繁啟動、停止，在啟動過程中，強大的啟動電流，會造成電網(wǎng)的線路電壓波動，影響其他設(shè)備正常運行，而且對前端變壓器產(chǎn)生較大沖擊。因此，電動機啟動方式的選擇尤為重要。

廈門某隧道排風系統(tǒng)進出主隧道共有39臺射流風機，一臺功率30kW。傳統(tǒng)電動機啟動方式有Y/△降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、串電阻降壓啟動。傳統(tǒng)降壓啟動都是利用接觸器等器件控制，降低啟動電壓，缺點是啟動電壓有跳變，不能實現(xiàn)電動機的平滑啟動。在工業(yè)應用中，功率大于7.5kW的電動機，一般不采用直接啟動方式。隧道的射流風機屬于大功率電動機，啟停會對電網(wǎng)造成較大沖擊，因此選擇軟啟動器作為射流風機的啟動方式，可以實現(xiàn)電動機的平滑啟動和停機。

軟啟動器是降低加載到電動機定子繞組上的電壓來降低電動機的啟動電流，在設(shè)定的啟動時間內(nèi)，經(jīng)過調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)電壓，使電壓連續(xù)平穩(wěn)地上升，電動機轉(zhuǎn)速也隨之平穩(wěn)上升，當電壓升至額定電壓時，電動機達到額定轉(zhuǎn)速。此時，軟啟動器旁路，電動機實現(xiàn)完全啟動，在額定電壓下運行。

3.項目改造內(nèi)容

廈門某隧道通車運行8年來，配電系統(tǒng)低壓開關(guān)時常出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，甚至有時使高壓開關(guān)跳閘。而重新上電恢復，照明系統(tǒng)、風機系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)一切運行正常，沒有發(fā)現(xiàn)故障問題所在點。

通過對大功率射流風機運行控制圖的綜合分析。射流風機一組三臺，30kW/臺，同時啟動，啟動電流大，造成線路壓降過大，并影響其他設(shè)備運行，并對變壓器造成一定損傷；射流風機的瞬時同時停止，形成電流涌流，沖擊其他設(shè)備運行，同網(wǎng)絡(luò)中的電腦主機時常會燒毀主機電源，給隧道正常運行帶來諸多安全隱患?，F(xiàn)用PLC和軟啟動器對這套設(shè)備進行改造，每組增加主電源開關(guān)和熱繼電器。用軟啟動器控制射流風機，軟啟動器引出信號去PLC。編寫PLC程序控制軟啟動器的啟動時間和停止時間。

軟啟動器設(shè)定電壓提升時間：斜坡發(fā)生函數(shù)升壓控制方式簡單，沒有電流閉環(huán)控制，而采用控制晶閘管導通角，啟動時間設(shè)置在4s左右。設(shè)定停止時間電壓下降速度，在本控制系統(tǒng)中，不允許電動機同時瞬時停機。為減少或防止電動機瞬時停機，實現(xiàn)電動機逐漸停機，即軟停車，晶閘管得到PLC給定的停止指令后，逐漸減小導通角，按PLC給定的時間直至全關(guān)閉，時間設(shè)置為4s。部分電氣原理圖如圖1所示。

一組三臺射流風機在中控室可以直接遠程控制，經(jīng)常開啟間隔時間短（2s內(nèi)同時開啟），單臺一對一的控制。同時啟動時電流大，容易使開關(guān)跳閘。同時關(guān)閉產(chǎn)生電流涌流，也使開關(guān)跳閘。每臺射流風機在主程序中都是獨立的啟停，一組是三臺，從PLC引出信號去觸摸屏，在觸摸屏中制作相關(guān)控制開關(guān)，可以在觸摸屏中設(shè)置啟停間斷時間和對射流風機的控制。

通過上述分析，先對一組開關(guān)電箱控制回路進行改造，要求開啟射流風機時在“同一組供電電源”的應每臺間隔15s，關(guān)閉射流風機時每臺間隔5s。在控制箱增加安裝一個FX2n-48MR PLC確?？刂粕淞黠L機啟動與停止。遠程控制是以組為單位，三菱FX2n-48MR PLC取遠程控制的信號來完成啟動與停止；就地控制線路不變；在Y001、Y002、Y003的輸出端接啟動中間繼電器，當某臺射流風機故障檢修時，拔起啟動中間繼電器，這樣不會使故障檢修射流風機控制電箱二次控制電路處于工作狀態(tài)，兩臺可照常運行，并且加設(shè)置軟?？刂啤＞帉懖糠殖绦蛉鐖D2所示。

二、教學應用

1.傳統(tǒng)教學案例的不足之處

首先，書本、雜志等傳統(tǒng)案例是專家學者根據(jù)實際情況提煉出來的、具有一定模擬仿真的特性。我們應用于教學中，很容易脫離實際情況，或者說沒有實際載體，知識點很抽象，學生很難理解。其次，書本上的案例，任課教師沒有實際接觸、應用或情景再現(xiàn)過，不能體會到該案例的真正技術(shù)重點和要點。調(diào)試設(shè)備時，平時編寫的程序經(jīng)仿真后認為非常完美；但到現(xiàn)場，經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)有諸多問題，這才是技術(shù)的真正重點和難點，也恰恰是書本上案例的最大不足之處。

2.把自己做的項目案例轉(zhuǎn)化成教學資源

負責項目改造的教師對隧道通風控制系統(tǒng)改造案例進行項目描述：改造前控制系統(tǒng)運行特點、能耗情況、故障頻繁度、用到哪些技術(shù)；改造過程中應用了哪些新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝、新材料，新設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢和特點，現(xiàn)階段有哪些方面的應用；改造后控制系統(tǒng)運行情況、節(jié)能情況、故障率情況；本系統(tǒng)應用了哪些新技術(shù)、市場上目前該項技術(shù)的發(fā)展前沿和應用前景怎么樣；在調(diào)試過程中遇到了哪些問題，這些問題是怎么解決的，解決問題的過程中查詢了哪些資料。這些問題要逐一用表格、文字描述、記錄清楚。

教師把該案例充分轉(zhuǎn)化成教學資源。負責項目改造的教師提煉典型工作任務(wù)，通過三個維度（工作對象、工具材料設(shè)備與資料、工作要求）對典型工作任務(wù)進行描述，并提煉出代表性的工作任務(wù)，對代表性的工作任務(wù)進行描述，轉(zhuǎn)換成教學課程，設(shè)置三維教學目標。學生能從該案例中充分學習項目改造、設(shè)備維修、新技術(shù)、新設(shè)備應用等知識，并可以充分調(diào)動學生的學習積極性，使學生在學中做、做中學，還可以讓學生在學校正常學習過程中積累豐富的“現(xiàn)場”經(jīng)驗。

三、小結(jié)

軟啟動器應用與隧道射流風機的控制，極大地改善了電動機的啟動性能，有效保障了設(shè)備的正常、連續(xù)運行。本控制系統(tǒng)經(jīng)改造后，極大地降低了運行故障率，有效保障了隧道設(shè)備的全天候運行。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，軟啟動器會越來越得到廣泛的應用。教師把項目改造中應用軟啟動器的知識充分轉(zhuǎn)換成教學資源，必然能極大地促進教學改革，讓學生能在有限的教學載體上學習更多有價值的知識和積累更豐富的“現(xiàn)場”經(jīng)驗。

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（作者單位：廈門技師學院）