FMCU智能型電機監(jiān)控器在東歡坨選煤廠的應(yīng)用

王海生

(開灤(集團)東歡坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 064002)

1 東歡坨礦選煤廠概述

東歡坨礦井隸屬于開灤(集團)有限責(zé)任公司，礦井生產(chǎn)能力達到4.5 Mt/a。東歡坨礦配套建設(shè)有一座選煤廠，該選煤廠屬礦井型動力煤選煤廠，建設(shè)于2003年，隨著礦井生產(chǎn)能力的擴大，受選煤廠處理能力小的限制，大部分原煤未得到洗選直接作為產(chǎn)品銷售，因此，產(chǎn)品煤中時常有塊矸出現(xiàn)。2019年選煤廠增設(shè)了1套ZM600干選系統(tǒng)，選煤工藝采用80～40 mm復(fù)合式干法分選，處理能力為600 t/h。此系統(tǒng)新增設(shè)備臺數(shù)為72臺，因受控設(shè)備非常多，若采用熱繼電器保護電機的方式，會大量占用集中控制系統(tǒng)PLC控制站I/O模塊輸入點，同時熱繼電器保護電機只能提供最基本的過載保護功能，保護功能單一。經(jīng)過反復(fù)篩選，最終干選系統(tǒng)采用FMCU智能型電機監(jiān)控器對受控設(shè)備電機進行保護，其不但具備傳統(tǒng)熱繼電器所提供的過載保護功能，同時能提供設(shè)備電機電流監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)測、啟停控制、網(wǎng)絡(luò)通信等智能功能。

2 FMCU智能型電機監(jiān)控器功能

FMCU系列智能電動機監(jiān)控器(以下簡稱“FMCU”)，集漢字顯示、電機保護和網(wǎng)絡(luò)控制于一體，是目前國內(nèi)電動機監(jiān)控領(lǐng)域的最新產(chǎn)品。其具有故障判斷準(zhǔn)確，保護功能齊全，控制性能穩(wěn)定、可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，安裝、維修、使用方便等優(yōu)點。FMCU智能監(jiān)控器主要功能特點如下。

2.1 保護功能

FMCU包含短路、過載、漏電、斷相、過壓、欠壓、三相電流不平衡、單相等故障保護功能，主要技術(shù)指標(biāo)如下：

(1)短路保護：短路倍數(shù)8～11倍可設(shè)置，動作時間不大于0.5 s。

(2)過載保護：對電機出現(xiàn)的持續(xù)過載，實施反時限保護，對應(yīng)的過電流倍數(shù)與保護動作時間特性見表1。

表1 過載反時限特性

其中Ie代表電磁啟動器上整定的額定工作電流。當(dāng)電機出現(xiàn)的斷續(xù)過載時，能進行能量釋放和積累運算，實施反時限保護。

(3)漏電閉鎖保護：負荷側(cè)對地絕緣電阻降低到表2的動作值時，實現(xiàn)漏電閉鎖保護，不能啟動電機。當(dāng)絕緣電阻上升到動作值約1.5倍時，漏電閉鎖解除。

表2 單相對地漏電電阻值

(4)過壓保護：當(dāng)電壓超過過壓設(shè)定值時動作，動作時間10 s。

(5)欠壓保護：當(dāng)電壓低于欠壓設(shè)定值時動作，動作時間10 s。

(6)三相電流不平衡保護：三相電流的最大值與平均值的差稱為上偏差，三相電流的最小值與平均值的差稱為下偏差，上(或下)偏差與平均值的比，稱為不平衡度。不平衡保護可開啟和關(guān)閉，當(dāng)三相電流中任意兩相間的電流值相差達到不平衡設(shè)定值時，動作時間為20 s。

(7)單相保護：當(dāng)三相電流的“不平衡度”大于 60%時，動作時間不大于6 s。

2.2 設(shè)定功能

FMCU智能型電機監(jiān)控器可設(shè)定額定電壓、額定電流、啟動避讓時間、過/欠壓的開啟與關(guān)閉、過/欠壓的動作百分比、過/欠壓保護的延時時間、自動復(fù)位的開啟與關(guān)閉、自動復(fù)位的動作時間、啟動間隔時間、互感規(guī)格、短路保護倍數(shù)、電流不平衡保護的開啟與關(guān)閉、電流不平衡的百分比、電流不平衡保護的動作時間、通訊的波特率、通訊的地址、通訊的方式、調(diào)整系統(tǒng)時鐘以及延時投漏電的時間。

2.3 顯示功能

FMCU智能型電機監(jiān)控器，具有良好的人機畫面，可實現(xiàn)雙字顯示功能。電機停止時，能夠顯示啟動間隔時間、供電電壓、負荷側(cè)絕緣電阻和當(dāng)前的日期時間。

2.4 復(fù)位及記憶功能

FMCU智能型電機監(jiān)控器具有手動及自動2種復(fù)位模式。自動復(fù)位時間0～900 s可選擇。具有36頁的故障記憶，能記錄此前的36次故障類型、電壓值、三相電流值以及發(fā)生故障的時間。除此外還裝有內(nèi)置電池，能夠在沒有外電源的情況下進行參數(shù)設(shè)置以及運行統(tǒng)計記錄和故障記憶查詢。在有外接電源時，裝置會根據(jù)其內(nèi)部鋰電池的情況自動控制電池充電，充滿后會自動停止。

2.5 通訊控制功能

FMCU智能型電機監(jiān)控器配套采用ET201型Profibus DP模塊(以下簡稱“ET201”)進行控制，僅一個DP從站，即可完成十幾個回路的控制、保護和電量計量。報文內(nèi)容簡捷、精煉，傳輸效率高，通訊速度快。不開柜門，通過觸摸屏即可監(jiān)視柜內(nèi)所有回路及DP模塊的運行狀態(tài)。

ET201模塊配置了24路光耦隔離的開關(guān)量輸入和16路繼電器隔離的開關(guān)量輸出，還有3個全隔離的485串口(圖1)，一個用于PROFIBUS-DP通訊，一個用于監(jiān)控裝置通訊，另一個用于與觸摸屏通訊，后2種通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS-RTU。可根據(jù)實際自由組態(tài)掛接，一個模塊最多可掛接8個監(jiān)控器，掛接數(shù)量越少，通訊速度越快。

對于小容量的配電回路，可用ET201模塊本身的24入/16出進行控制，對于大容量的配電回路，可用FMCU自身的4入/4出控制。ET201模塊所有與外部連接端口，均采取了隔離措施；抗干擾能力強，運行安全、可靠；還可提供多種類型的I/O擴展模塊，滿足不同信號的需求；軟件進行“參數(shù)設(shè)置”，避免了撥碼開關(guān)接觸不良所導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。ET201模塊還配有漢字顯示的LCD屏，方便“傳輸查詢”和“通訊診斷”，可監(jiān)視到所有的數(shù)據(jù)交換內(nèi)容。

3 應(yīng)用效果

東歡坨選煤廠集中控制系統(tǒng)采用FMCU智能型電機監(jiān)控器對受控設(shè)備電機進行保護，具有以下性能優(yōu)勢。

3.1 超前漏電檢測

在電機未啟動前就對負荷側(cè)的電纜及電機絕緣進行監(jiān)視，低于規(guī)定值時實現(xiàn)閉鎖控制。此功能減少了電工檢修工作量，節(jié)省了檢修時間，并做到電機故障及時處理，可減少50%以內(nèi)的維修費用，有效防止接線錯誤或非正常運行引起的裝置永久性損壞，減少故障停車時間。

圖1 ET201 端子定義及接線說明

圖2 上位機電機監(jiān)控畫面

3.2 故障判斷與記憶

電機運行過程中，F(xiàn)MCU監(jiān)控器對電動機進行實時監(jiān)測，實時準(zhǔn)確地判斷電機的過載、缺相、過壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電等故障，電機的電流信號等參數(shù)均可通過電力監(jiān)控上位機動態(tài)畫面進行實時顯示(圖2)。當(dāng)電機出現(xiàn)故障時，監(jiān)控器切斷電機的電源，進入保護狀態(tài)，并且保存故障序號、故障種類、三相電流和電壓值等電機運行參數(shù)，電機監(jiān)控器通過識別與記憶電路對發(fā)生的故障予以識別判斷，并進行記憶和提示，以便于維修。只有故障排除后，手動或通過網(wǎng)絡(luò)遠程復(fù)位，故障指示才能消失，電機才可再次啟動。

3.3 通訊簡捷高效

東歡坨礦選煤廠自動控制采用GE的PAC RX3i系列PLC，編程軟件為PME8.6。通過網(wǎng)線與PLC進行以太網(wǎng)通訊。

FMCU監(jiān)控器經(jīng)ET201通過PROFIBUS-DP協(xié)議與PLC的通訊DP模塊IC693PBM200相連，將設(shè)備所有的保護參數(shù)、診斷參數(shù)和電流監(jiān)測參數(shù)實時上傳至選煤廠集中控制系統(tǒng)PLC控制站，上位機直接從PLC讀取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行加工處理，利用先進的計算機技術(shù)進行描述(比如圖形動畫、多媒體語音系統(tǒng)等)，動態(tài)顯示各系統(tǒng)機械設(shè)備運行工況及檢測計量儀表的信號。8臺FMCU可共用1臺ET201進行通訊，所有信號數(shù)據(jù)全部經(jīng)DP模塊傳輸，節(jié)省了PLC的輸入/輸出接口，從而節(jié)省了大量PLC模塊，降低了故障率，同時簡化了設(shè)備接線方式(圖3)，大大節(jié)省了安裝空間和系統(tǒng)投資。為與選煤廠其他系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)通訊，設(shè)計使用了PLC控制柜。但作為對于中小型系統(tǒng)，將PLC的電源和CPU模塊置于進線柜內(nèi)，即可省掉PLC控制柜。

圖3 東歡坨選煤廠干選系統(tǒng)引風(fēng)機電氣原理

4 結(jié) 語

FMCU智能型電機監(jiān)控器不但可以提高東歡坨選煤廠工藝控制準(zhǔn)確性，實現(xiàn)智能化，降低故障率，節(jié)省維護量，而且對選煤廠將來的智能化改造提供了便利條件。