電氣控制設(shè)計(jì)在糖廠的應(yīng)用

張 亮

（中國輕工業(yè)南寧設(shè)計(jì)工程有限公司，廣西 南寧 530031）

0 前言

隨著技術(shù)的發(fā)展，制糖工藝也在不斷改進(jìn)，研制出不少新設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。電動(dòng)卸料車是輸送系統(tǒng)中使用的移動(dòng)卸料設(shè)備。用于原糖膠帶輸送機(jī)上的原糖卸料，可以定點(diǎn)、間斷、連續(xù)卸料，代替舊式的犁式卸料器，降低對(duì)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行摩擦阻力和對(duì)膠帶的磨損，極大的降低了后期運(yùn)營成本。煮糖罐攪拌器是用于煮糖罐內(nèi)的糖膏攪拌。煮糖結(jié)晶是糖廠最重要的生產(chǎn)工段，其工況的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。采用先進(jìn)的煮糖結(jié)晶工藝，提高煮糖控制系統(tǒng)的水平，對(duì)提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。采用強(qiáng)制循環(huán)工藝代替自然循環(huán)煮糖的傳統(tǒng)工藝可以使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。通過機(jī)械攪拌推動(dòng)提高煮糖罐內(nèi)糖膏的對(duì)流，從而提高傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)，加快結(jié)晶速度，減少糖分損失。

1 電氣控制設(shè)計(jì)的要求

控制系統(tǒng)除了滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求外，還要求線路安全可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少等。具體有如下一些要求，滿足機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的工藝要求，能準(zhǔn)確按照工藝流程可靠的運(yùn)行；盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的且經(jīng)過實(shí)際考驗(yàn)過的環(huán)節(jié)和線路；盡量減少和縮短控制線路的數(shù)量及長度；盡量減少電器的數(shù)量及不必要的觸點(diǎn)，簡(jiǎn)化線路；選用可靠、性能好的電器元件；正確連接電器的線圈及觸點(diǎn)；具有各自聯(lián)鎖及保護(hù)裝置，防止誤操作造成重大事故。

2 電氣控制線路的設(shè)計(jì)步驟

電氣控制線路有兩種設(shè)計(jì)方法，即經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法及邏輯設(shè)計(jì)法，本文將介紹經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。以下為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟。

主電路設(shè)計(jì)：主要考慮滿足電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速控制的要求。

控制電路設(shè)計(jì)：主要考慮滿足電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能和生產(chǎn)工藝要求，包括實(shí)現(xiàn)各種手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)的電氣控制線路。

輔助電路設(shè)計(jì)：主要考慮完善控制線路要求的設(shè)計(jì)，包括短路、過載、零壓、聯(lián)鎖、限位、照明、故障報(bào)警和信號(hào)等各種環(huán)節(jié)。

審核優(yōu)化：反復(fù)審核電路是否滿足設(shè)計(jì)原則，有條件時(shí)可進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，修改和完善整個(gè)電氣控制線路的設(shè)計(jì)。

3 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的工程應(yīng)用

3.1 電動(dòng)卸料車的電氣控制設(shè)計(jì)

某原糖車間內(nèi)有一電動(dòng)卸料車，沿著原糖膠帶機(jī)輸送方向，能在不同的位置定點(diǎn)、間斷、連續(xù)卸料進(jìn)行卸料操作，要求該卸料車可以雙向移動(dòng)，電氣控制以正反轉(zhuǎn)控制來實(shí)現(xiàn)。

3.1.1 主電路設(shè)計(jì)

電動(dòng)卸料車需要正反轉(zhuǎn)，可利用兩臺(tái)接觸器KM1與KM2分別控制，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)卸料車主回路

3.1.2 控制電路設(shè)計(jì)

電動(dòng)卸料車電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別由按鈕SB1和SB2控制，停止則由按鈕SS1和SS2控制。當(dāng)按下按鈕SB1后，KM1線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合保持控制回路通電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，卸料車前進(jìn)，到卸料位置后按下按鈕SS1后，電機(jī)停止；反轉(zhuǎn)同理。

3.1.3 輔助電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)優(yōu)化

限位：電動(dòng)卸料車移動(dòng)到最遠(yuǎn)端或最近端的極限位置時(shí)，通過的限位開關(guān)S1和S2切斷控制回路，使電機(jī)停止運(yùn)行。

聯(lián)鎖：接觸器KM1和KM2之間應(yīng)能互鎖，同時(shí)起動(dòng)按鈕SB1和SB2采用復(fù)合按鈕聯(lián)鎖，即常開與常閉組合成一體的按鈕，保證正、反轉(zhuǎn)不能同時(shí)接通，保障電氣安全。

保護(hù)：電動(dòng)機(jī)采用熱繼電器作過載保護(hù)，斷路器作短路保護(hù)。

信號(hào)：設(shè)置運(yùn)行信號(hào)燈1HR、2HR及停止信號(hào)燈1HG的指示信號(hào)。

優(yōu)化：SS1和SS2都是停止功能，停止功能是不要求方向性的，所以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是可以共用停止按鈕的。

綜合考慮以上各因素，可以得到完整的控制回路設(shè)計(jì)圖，如圖2所示。

3.2 煮糖罐攪拌器的電氣控制設(shè)計(jì)

在煮糖罐工藝生產(chǎn)流程中，需要其頂部的攪拌器電機(jī)具有低速和高速兩種工作模式，故攪拌器采用雙速電機(jī)。由于煮糖初期糖膏濃度低，阻力小，采用高轉(zhuǎn)速攪拌，隨著糖膏的濃縮，錘度和過飽和度不斷提高，白糖晶體逐漸析出，且黏度不斷提高攪拌阻力逐漸增大，此時(shí)需要繼續(xù)攪拌所以采用低轉(zhuǎn)速攪拌既能降低電機(jī)功率消耗，也能保護(hù)糖膏顆粒不受破壞。

3.2.1 主電路設(shè)計(jì)

雙速電機(jī)通過改變極對(duì)數(shù)的方法來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，需要通過交流接觸器1KM、2KM和KM的通斷來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。

低速運(yùn)轉(zhuǎn)：1KM主觸頭閉合，2KM及KM主觸頭處于斷開狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)接通三相電源，D1、D2和D3分別接于三相。電動(dòng)機(jī)在“△”形接法下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

高速運(yùn)轉(zhuǎn)：1KM主觸頭斷開，2KM和KM主觸頭閉合，KM主觸頭閉合相當(dāng)于將D1、D2和D3短接，此時(shí)D4、D5和D6接于三相。電動(dòng)機(jī)在雙“Y”形接法下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 電動(dòng)卸料車完整的控制線路圖

圖3 煮糖罐攪拌器主回路

3.2.2 控制電路設(shè)計(jì)

煮糖罐攪拌器初步的控制回路設(shè)計(jì)具體如下。

低速運(yùn)轉(zhuǎn)：按下按鈕1SB，1KM線圈通電，1KM常開觸點(diǎn)閉合保持控制回路通電，1KM主觸頭閉合，主電路接通三相電源，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

高速運(yùn)轉(zhuǎn)：按下按鈕2SB，2KM和KM線圈通電，2KM常開觸點(diǎn)閉合保持控制回路通電，2KM和KM主觸頭閉合，主電路接通三相電源，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

停止：按下按鈕1SS，控制回路斷開，線圈失電，主觸頭斷開，電機(jī)與電源斷開停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.3 輔助電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)優(yōu)化

聯(lián)鎖：“△”與雙“Y”兩種接法不能同時(shí)出現(xiàn)，即1KM閉合時(shí)，2KM和KM不能閉合；2KM和KM閉合時(shí)，1KM不能閉合。

保護(hù)：電動(dòng)機(jī)采用熱繼電器作過載保護(hù)，斷路器作短路保護(hù)。

信號(hào)：設(shè)置運(yùn)行信號(hào)燈1HR和2HR，停止信號(hào)燈1HG的指示信號(hào)。

圖4 煮糖罐攪拌器完整的控制線路圖

優(yōu)化：當(dāng)高低速運(yùn)轉(zhuǎn)需要切換時(shí)，需通過停止按鈕，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停車后才能切換成另一種運(yùn)行速度。若采用復(fù)合按鈕聯(lián)鎖，即常開與常閉組合成一體的按鈕，可實(shí)現(xiàn)高低速直接轉(zhuǎn)換，不需要通過停止按鈕。綜合考慮以上各因素，可以得到完整的控制回路設(shè)計(jì)圖，如圖4所示。

4 結(jié)語

本文介紹了電氣控制設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的方法步驟及工程應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)在新型糖廠自動(dòng)化需求，增加了遠(yuǎn)程自動(dòng)化DCS控制，操作人員可以使用方便、安全且可靠的電氣控制系統(tǒng)對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)操作，電動(dòng)卸料車的安全運(yùn)行保護(hù)了膠帶輸送機(jī)和皮帶，降低了人力成本和運(yùn)營成本；煮糖罐攪拌裝置的穩(wěn)定動(dòng)作保障了煮糖結(jié)晶工藝的進(jìn)行，縮短了結(jié)晶時(shí)間，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

在電氣控制設(shè)計(jì)中，我們要根據(jù)工藝提出的工作條件，對(duì)控制線路隨時(shí)增加電器元件和觸點(diǎn)，以滿足生產(chǎn)工藝要求；這種方法除了需要設(shè)計(jì)師掌握典型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還需要積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)知識(shí)，開闊思路，才能做出更優(yōu)化的設(shè)計(jì)。