溫度信號故障引起風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車的原因淺析和改進(jìn)措施

郭宇杰

（巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015543）

1 設(shè)備概述

某冶煉廠有一套二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，是該廠煙氣制酸系統(tǒng)中最大的電動機(jī)，是煙氣制酸流程的動力來源，屬于制酸生產(chǎn)系統(tǒng)煙氣輸送環(huán)節(jié)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備。該風(fēng)機(jī)由德國KK＆K公司提供機(jī)組設(shè)備和控制系統(tǒng)，本體及輔助配套設(shè)備上檢測儀表為設(shè)備廠家配套，包括主電動機(jī)前后軸承溫度、電動機(jī)定子繞組溫度、風(fēng)機(jī)軸承溫度、齒輪變速箱高速/低速軸承溫度、風(fēng)機(jī)入口溫度、潤滑油壓、風(fēng)機(jī)軸（水平、垂直方向）振動值檢測等。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)選用觸摸屏式人機(jī)操作界面和西門子S7－300PLC實(shí)施對風(fēng)機(jī)的啟停控制、安全保護(hù)、過程調(diào)整、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行監(jiān)測。風(fēng)機(jī)操作人員可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、輔助油泵、事故油泵、油站加熱器和入口導(dǎo)葉裝置的控制，并對軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、油溫、油壓、油位、入口導(dǎo)葉裝置以及油過濾器油壓等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

該風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制主要是指風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位的油溫油壓、輔助油泵、直流事故油泵、油站加熱器、過濾器油壓等的聯(lián)鎖控制，用于保護(hù)風(fēng)機(jī)軸瓦和主電機(jī)。主要聯(lián)鎖設(shè)置情況如下：

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，控制系統(tǒng)發(fā)出報警并將聯(lián)鎖10kV開關(guān)柜跳閘：（1）風(fēng)機(jī)軸承溫度大于110 ℃；（2）變速箱高速或低速軸承溫度大于110 ℃；（3）主電機(jī)軸承溫度大于85 ℃；（4）主電機(jī)繞組溫度大于145 ℃；（5）風(fēng)機(jī)入口溫度大于75 ℃；（6）潤滑油壓小于80kPa（0.8bar）；（7）風(fēng)機(jī)軸振動大于142μm。

2 故障現(xiàn)象

該設(shè)備于2009年投入使用。2014 年至今，出現(xiàn)兩次因風(fēng)機(jī)軸承溫度信號異常而引起控制系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖停車的故障，對企業(yè)的正常生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境治理產(chǎn)生了不利影響。該故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在日常運(yùn)行穩(wěn)定、各項(xiàng)參數(shù)正常的情況下，會突然在某個時刻，控制系統(tǒng)中顯示的風(fēng)機(jī)軸承溫度快速上升，在2min左右的時間內(nèi)上升至聯(lián)鎖停機(jī)值110 ℃，造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，風(fēng)機(jī)停機(jī)后溫度值逐步恢復(fù)正常，風(fēng)機(jī)可正常啟動。

3 原因分析

針對故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，初步判斷其可能由以下原因造成：

3.1 用于采集風(fēng)機(jī)軸承溫度的信號電纜存在虛接、連接不牢固情況

如果用于采集風(fēng)機(jī)軸承溫度的信號電纜存在虛接、連接不牢固的情況，該信號就會出現(xiàn)因設(shè)備振動等原因造成信號波動的現(xiàn)象，當(dāng)波動值過大，信號值超過停車聯(lián)鎖設(shè)定值時，就會引起風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停車故障。當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)后，因振動源消除或減小，信號電纜恢復(fù)接觸，系統(tǒng)中檢測信號正常，可正常啟動。

3.2 I/O模塊故障

造成風(fēng)機(jī)跳閘的故障信號主要為風(fēng)機(jī)軸承溫度這一溫度測點(diǎn)，在檢查信號線路時未發(fā)現(xiàn)線路虛接的情況，確認(rèn)線路連接牢固后，較大可能是該信號的I/O 模塊通道存在問題；同時，本系統(tǒng)沒有采用西門子熱電阻專用模塊6ES73317PF010AB0，而是采用通用AI模塊6ES77KF010AB0 進(jìn)行熱電阻模式測量，也有可能造成信號不穩(wěn)定。

3.3 系統(tǒng)干擾問題

PLC控制系統(tǒng)中由于電磁干擾造成系統(tǒng)故障的情況也比較多。檢修中常見的電磁干擾的來源主要有：

（1）來自信號線引入的干擾：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。對于隔離性能差的系統(tǒng)，可能出現(xiàn)信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機(jī)。

（2）來自接地系統(tǒng)混亂的干擾：正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC 系統(tǒng)無法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

在本案中，由于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程分布式I/O 站安裝在風(fēng)機(jī)旁，電磁干擾也有可能對數(shù)據(jù)采集和測量造成干擾，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動。系統(tǒng)的接地不正確也有可能對系統(tǒng)造成干擾，而西門子模塊共模電壓大于5V 時，會造成信號的缺失，產(chǎn)生接地故障。

3.4 熱電阻測量元件故障

熱電阻測量元件是否正常及測量的插入位置也會對測量結(jié)果造成影響，從而影響數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。

4 解決措施

由于設(shè)備平時運(yùn)行穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)軸承溫度傳感器工作正常，故應(yīng)重點(diǎn)考慮排除系統(tǒng)干擾問題，可采取以下措施：

4.1 信號線路隱患排查

按照設(shè)備圖紙，檢查所有模擬量信號的接線回路，在現(xiàn)場端和模塊端均進(jìn)行加固，如有必要，重新制作電纜的接線鼻，確保線路部分連接牢固，無虛接等故障隱患。

4.2 I/O卡件更換

檢查聯(lián)鎖停機(jī)信號所在的I/O 卡件及前端連接器，確保安裝可靠牢固，連接件無松動，如存在問題，可更換I/O 卡件及前端連接器，排除卡件故障。

4.3 信號聯(lián)鎖冗余

由于二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)屬于冶煉流程中的關(guān)鍵設(shè)備，若其出現(xiàn)跳閘事故且不能及時修復(fù)，則會造成整個焙燒制酸生產(chǎn)系統(tǒng)停車，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險。因此，從增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性方面考慮，可對引起跳閘的聯(lián)鎖信號進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。針對該設(shè)備，因測量軸承溫度的熱電阻測量元件本身為冗余設(shè)計(jì)，在使用中為一用一備，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可將備用點(diǎn)也引入控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中通過編程實(shí)現(xiàn)該信號的“二取二”，即同一測點(diǎn)兩組信號同時達(dá)到聯(lián)鎖值時，設(shè)備停機(jī)，單個信號到達(dá)報警或聯(lián)鎖值時只作為系統(tǒng)報警。這樣的設(shè)計(jì)，提高了同一測點(diǎn)現(xiàn)場信號的可靠性。

4.4 接地檢查

控制系統(tǒng)信號接地通常采用的接地方式為單端接地，接地端為現(xiàn)場端，且接地電阻不大于4Ω。有必要對信號的接地進(jìn)行排查，確保接地方式及接地電阻符合規(guī)范和要求。

4.5 隔離措施

為進(jìn)一步消除干擾，可采取信號隔離的方式，將熱電阻測量的電阻信號通過溫度變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA 電流信號，同時也對信號進(jìn)行了隔離。

5 結(jié)語

在風(fēng)機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)中，可以引起風(fēng)機(jī)跳閘保護(hù)的溫度測點(diǎn)包括前后軸承溫度、主電機(jī)線圈溫度、油箱潤滑油溫度、風(fēng)機(jī)入口溫度、風(fēng)機(jī)出口溫度等溫度測點(diǎn)，當(dāng)其出現(xiàn)故障信號后，在確定溫度傳感器工作正常的情況下，都可以參考上述解決措施的思路對信號線路及相關(guān)模塊進(jìn)行檢查維修，消除故障隱患。

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