C200-1.52離心式鼓風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

嚴(yán)忠新

（江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦泗洲選礦廠，江西上饒 334224）

離心式鼓風(fēng)機(jī)是一種葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，是利用葉片和氣體的相互作用提高氣體的壓力和動(dòng)能，并利用同流元件使氣體減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ奶岣摺?/p>

德興銅礦泗洲選礦廠130 m3浮選機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)采用的是C200-1.52離心式鼓風(fēng)機(jī)，為保證氣源充足、穩(wěn)定，在風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)有離心式鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，拖動(dòng)電機(jī)型號(hào)為YE3-355M-2250 kW。

1 鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

鼓風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要包括ABB 軟啟動(dòng)器、稀油站PLC 控制系統(tǒng)等。其中軟啟動(dòng)器安裝在電機(jī)主回路中，稀油站PLC 控制器主要是采集現(xiàn)場各種控制元件的工作狀態(tài)和儀表數(shù)據(jù)，通過程序?qū)ζ溥\(yùn)算進(jìn)行控制，保證風(fēng)機(jī)的安全起動(dòng)和運(yùn)行。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)必須要求稀油站運(yùn)行正常，PLC 輸出允許啟動(dòng)信號(hào)，KA6接點(diǎn)閉合。此時(shí)可按現(xiàn)場稀油站控制柜上的啟動(dòng)按鈕，使中間繼電器KA4得電閉合，ABB 軟啟動(dòng)器啟動(dòng)回路通過KA4、KA6、SB1、2KA、KA5接點(diǎn)接通，電機(jī)啟動(dòng)。若ABB 軟啟動(dòng)器或稀油站出現(xiàn)故障，則PLC 控制器輸出故障信號(hào)，停機(jī)聯(lián)鎖中間繼電器KA8得電吸合，中間繼電器2KA 常閉接點(diǎn)斷開，電機(jī)停止運(yùn)行。也可通過稀油站控制柜的停止按鈕（控制KA5通斷）和停止按鈕SB1實(shí)現(xiàn)停車（圖1）。

圖1 C200-1.52離心式鼓風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)

1.1 ABB軟啟動(dòng)器

軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的電機(jī)控制裝置。采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。

選礦廠兩個(gè)磨浮工段鼓風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)器選用ABB的PSTB470軟啟動(dòng)器。該軟啟動(dòng)器尺寸小巧，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線控制，易于參數(shù)設(shè)定、調(diào)試。

1.2 稀油站控制系統(tǒng)

1.2.1 工作原理

油泵電機(jī)控制圖如圖2所示。

圖2 油泵電機(jī)控制圖

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在高速高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械傳動(dòng)部位必須注入油滑潤。天氣冷熱導(dǎo)致油質(zhì)濃度不一致，為了保證供油系統(tǒng)油壓恒定，必須對油質(zhì)進(jìn)行稀調(diào)，該系統(tǒng)的動(dòng)力就是由稀油站電機(jī)完成。選礦廠鼓風(fēng)機(jī)稀油站有兩臺(tái)油泵電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制，就地控制可獨(dú)立啟停，也可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

1.2.2 稀油站加熱器

稀油站加熱器是給稀油站潤滑油加熱的。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械對原動(dòng)力（電機(jī)）啟動(dòng)要求為空載啟動(dòng)，減少對電網(wǎng)的沖擊，對被拖動(dòng)機(jī)械要求逐步升速，如此使大型設(shè)備運(yùn)行安全可靠。轉(zhuǎn)速自低升高，由高降低，稱為調(diào)速。目前調(diào)速方案較多，本系統(tǒng)采用液力偶合調(diào)速，簡稱液偶。其控制過程如下：

（1）本地手動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)SA1旋轉(zhuǎn)開關(guān)在本地位置與SA3旋轉(zhuǎn)開關(guān)在手動(dòng)位置時(shí)，按下SB8啟動(dòng)按鈕后KM3接觸器自鎖吸合；按下SB7停止按鈕或油箱溫度高于35 ℃或主電機(jī)運(yùn)行后KM3接觸器斷開。

（2）本地自動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)SA1旋轉(zhuǎn)開關(guān)在本地位置與SA3旋轉(zhuǎn)開關(guān)在自動(dòng)位置時(shí)，在油箱溫度低于20 ℃后KA12吸合，KM3接觸器吸合；油箱溫度高于35 ℃或主電機(jī)運(yùn)行后KM3接觸器自動(dòng)斷開。

1.3 PLC信號(hào)檢測與控制

本系統(tǒng)采用PLC 可編程控制器為核心，將數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行、顯示、控制組成了一個(gè)系統(tǒng)，用于大型機(jī)械設(shè)備的控制。

溫度檢測及報(bào)警功能通過由溫度傳感器、溫控儀、溫度顯示器及報(bào)警器等組成的溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可以有效地對風(fēng)機(jī)軸承和在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)不斷的溫度檢測，準(zhǔn)確地顯示溫度數(shù)據(jù)，并在設(shè)定的工作溫度超時(shí)及時(shí)報(bào)警，直至切斷主電路，避免嚴(yán)重的事故發(fā)生。

振動(dòng)檢測報(bào)警裝置通過振動(dòng)傳感器、二次儀表及報(bào)警器等組成的震動(dòng)檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可以有效地對風(fēng)機(jī)整機(jī)狀態(tài)實(shí)施運(yùn)行狀態(tài)下的監(jiān)控及報(bào)警。該系統(tǒng)的檢測能夠反映風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)、軸承座與軸、軸與電機(jī)的同心度等綜合性能狀態(tài)，通過設(shè)定的震動(dòng)速度上限值，可以進(jìn)行超限報(bào)警，也可以為風(fēng)機(jī)的安裝調(diào)試、運(yùn)行狀態(tài)提供定量的數(shù)據(jù)分析。

1.3.1 S7-200PLC配置

（1）CPU（226）。采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。

（2）I/O——DI/DO 開關(guān)量輸入模塊。接收采集輸入開關(guān)量信號(hào)，與CPU 聯(lián)絡(luò)。開關(guān)量輸出模塊為PLC 刷新信號(hào)輸出開關(guān)量信號(hào)給外部設(shè)備進(jìn)行控制執(zhí)行。

（3）I/O——AI/AO 模擬量輸入與輸出模塊。模擬量輸入部分接收采集輸入模擬量信號(hào)與CPU 聯(lián)絡(luò)；模擬量輸出部分PLC 刷新信息輸出模擬量信號(hào)至外部設(shè)備。

（4）電源模塊。供PLC 各I/O 模塊及采集信號(hào)、顯示、調(diào)整、執(zhí)行等所用的DC24 V 電源。

1.3.2 風(fēng)機(jī)前后軸承溫度

（1）在風(fēng)機(jī)前后軸瓦上安裝有2個(gè)Pt100傳感器，接入LDSB3000雙通道數(shù)顯儀表，顯示風(fēng)機(jī)前后軸承溫度，并將實(shí)際溫度值轉(zhuǎn)換為4～20 mA 電流信號(hào)寫入PLC，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。在儀表中設(shè)置上限報(bào)警值（≥75 ℃）和上上限停機(jī)值（≥85 ℃）。

溫度超過上限時(shí)，顯示儀表面板報(bào)警指示燈亮并輸出開關(guān)信號(hào)到PLC，通過控制程序輸出，稀油站控制柜面板綜合報(bào)警指示燈亮。

溫度超過上上限時(shí)，顯示儀表面板報(bào)警指示燈亮并輸出開關(guān)信號(hào)到PLC，通過控制程序輸出，停主機(jī)，自鎖故障報(bào)警信息，通過復(fù)位按鈕SB3解除。稀油站控制柜面板綜合報(bào)警指示燈亮。

（2）電機(jī)前后軸承溫度、稀油站油溫、風(fēng)機(jī)振動(dòng)和稀油站供油壓力信號(hào)都是通過安裝在各部位的傳感器檢測，其工作原理與風(fēng)機(jī)前后軸承溫度相似。各信號(hào)參數(shù)值如下：

電機(jī)前后軸承溫度：上限報(bào)警值≥75 ℃，上上限停機(jī)值≥85 ℃；

稀油站油溫：低于20 ℃啟動(dòng)加熱器，高于35 ℃停加熱器。上限報(bào)警值≥45 ℃，上上限停機(jī)值≥55 ℃。

1.3.3 稀油站供油溫度/油箱溫度

為保護(hù)稀油站供油系統(tǒng)的可靠，特設(shè)置稀油站供油溫度檢測，在溫度達(dá)到一定限值時(shí)，必須發(fā)出報(bào)警；在溫度達(dá)到一定上限值時(shí)必須自動(dòng)關(guān)閉加熱器，并發(fā)出報(bào)警；在溫度低于下限值時(shí)，在本地自動(dòng)能自動(dòng)開啟加熱器。此過程由TEP03雙通道溫度表來完成。

（1）原理。在稀油站供油處及油箱處安裝的2個(gè)Pt100傳感器分別由D2端子排接入TEP04的輸入端，由TEP03進(jìn)行溫度的檢測顯示，并將實(shí)際溫度值按設(shè)定要求轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

（2）報(bào)警過程。稀油站供油溫度和油箱溫度達(dá)到上限值報(bào)警時(shí)，上限報(bào)警送出開關(guān)量信號(hào)給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)執(zhí)行報(bào)警，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

1.3.4 風(fēng)機(jī)振動(dòng)

為保障風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全運(yùn)行，特設(shè)置在風(fēng)機(jī)前軸承上有一個(gè)垂直，一個(gè)橫向的振動(dòng)傳感器，風(fēng)機(jī)后軸承上有一個(gè)垂直，一個(gè)橫向的振動(dòng)傳感器，分別檢測風(fēng)機(jī)前軸的垂直，橫向振動(dòng)，風(fēng)機(jī)后軸的垂直，橫向振動(dòng)，凡振動(dòng)達(dá)到上限值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，直至繼續(xù)上升到上上限值時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)迫使停止運(yùn)行，達(dá)到風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的保障，此過程由雙通道測振儀VBIA01來完成。風(fēng)機(jī)振動(dòng)上限報(bào)警值≥5.6 mm/s，上上限停機(jī)值≥6.3 mm/s。

（1）原理。由外界風(fēng)機(jī)前軸承，后軸承上安裝的垂直與橫抽振動(dòng)傳感器的信號(hào)，分別由D2端子排接至VBIA01雙通道測振儀的輸入端，由VBIA01進(jìn)行振動(dòng)的檢測顯示，并將實(shí)際溫度值按設(shè)定要求轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS中控。

（2）報(bào)警過程。振動(dòng)信號(hào)值達(dá)到上限報(bào)警值時(shí)，上限報(bào)警送出開關(guān)量信號(hào)給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)執(zhí)行報(bào)警。

（3）停機(jī)過程。振動(dòng)信號(hào)值達(dá)到上限報(bào)警值后，繼續(xù)上升到上上限停機(jī)值時(shí)，上上限報(bào)警送出開關(guān)量信號(hào)給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)給開關(guān)柜處理，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

1.3.5 稀油站供油壓力

為檢測稀油站供油壓力，確保供油系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特設(shè)置稀油站供油壓力的檢測。稀油站供油壓力上限報(bào)警值≤0.1 MPa，上上限停機(jī)值≤0.05 MPa。當(dāng)壓力小于0.12 MPa 時(shí)，兩臺(tái)油泵同時(shí)開啟，大于0.3 MPa 時(shí)停用1臺(tái)油泵。

（1）原理。由壓力表PR01輸出的壓力4～20 mA傳輸信號(hào)送至PLC 的模擬量輸入模塊，通過PLC 以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

（2）報(bào)警過程。壓力信號(hào)值達(dá)到下限報(bào)警值時(shí)，下限報(bào)警送出開關(guān)量信號(hào)給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)通知報(bào)警。

（3）停機(jī)過程。振動(dòng)信號(hào)值達(dá)到下限報(bào)警值后，繼續(xù)下降到下下限停機(jī)值時(shí)，下下限停機(jī)送出開關(guān)量信號(hào)給PLC 的開關(guān)量輸入模塊，接著由PLC 輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)給開關(guān)柜處理，以MODBUS 方式輸出給DCS 中控。

2 常見故障及處理

常見的故障問題及處理見表1。

表1 常見的故障問題及解決辦法

3 結(jié)語

通過分析可以看出，隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展，人們對于電氣設(shè)備工作的穩(wěn)定性、可靠性以及精度等要求越來越高，電氣保護(hù)和PLC 控制系統(tǒng)在其中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得更加容易。由此可見，電氣設(shè)備控制系統(tǒng)采用PLC 是未來電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，完全可以滿足生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)線的功能要求。

在選礦廠中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及到各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的控制，其穩(wěn)定運(yùn)行對保證生產(chǎn)安全、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要作用，已經(jīng)大量應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中。