基于網絡控制的電機軟啟動器故障分析與控制系統改造

關俊峰

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

基于網絡控制的電機軟啟動器故障分析與控制系統改造

關俊峰

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

某公司低壓電機應用某合資品牌軟啟動器配合網絡完成啟停及反饋控制方式，正常運行時頻繁發生軟啟動器無故障報警停機。針對這一現象進行深入分析、總結，并對其進行國產化改造，以保證設備運行可靠性及生產的穩定性。

軟啟動器；停機故障；網絡；國產化改造；穩定

1 引言

某公司160 kW的低壓電機啟動方式為軟啟動，采用某合資品牌軟啟動器，軟啟動器配合網絡完成啟停及反饋控制方式，網絡機構應用DeviceNet網絡平臺完成通訊，投產以來頻繁發生軟啟動器停機故障，對公司生產造成嚴重的影響。與合資品牌軟啟動廠家技術人員交流故障原因，廠家技術人員表示只能在故障的時候更換軟啟動器控制器備件，無預防措施，軟啟動器控制器備件費用很高，并且更換頻繁，為此我們進行分析討論，決定對合資品牌軟啟動器進行國產化改造，選擇國內可靠性高的軟啟動器，既能減少備件及維護成本又能確保生產的安全穩定。

2 軟啟動故障停機實例及原因分析

2012年8月10日某公司生產水車間海水提升泵電機停機，上位機并無發現任何故障報警，電機絕緣及接線良好，控制回路接線也未發現松動現象，調出上位機電機運行歷史趨勢圖（圖1），對海水提升泵運行趨勢進行分析，發現海水提升泵電機運行準備好信號（設備就緒ready）在短時間內丟失（由1變為0），作為海水提升泵的停機連鎖條件，在未發出停機指令或進行下電操作時，工藝泵軟啟動器控制器設備就緒ready信號丟失后，軟啟動器被停止，無法正常工作，泵停機。通過分析，主體工藝泵軟啟動器控制面板內部控制字11位的reday(準備好)信號突然丟失是導致主體工藝泵停止的直接原因，屬軟啟動器控制面板內部元器件故障，故障出現后更換軟啟動器控制面板，恢復運行。生產水車間內用同類型軟啟動器12臺，并且無備機，同樣的故障類型共出現7次。ready信號為軟啟動器控制器電路內部自檢完成，故障發生率極高，同時控制器備件費用高，增加維護成本。為了擺脫對進口設備的依賴，結合公司國產化要求，對其進行國產化改造，即降本增效又保證設備穩定。

3 改造方案

3.1 設備改造

根據現場實際情況，設備控制模式采用網絡智能化控制，電氣設備控制位于MCC柜內，用DeviceNet構建網絡控制平臺，將電機控制和保護與RA集成架構所提供的網絡相結合，生產水車間內共有軟啟動器設備12臺，集中在一個配電室內，分布于12臺低壓柜內，設備啟停及信號反饋都由柜內網絡連接線連接到網關設備，通過協議轉換與西門子PLC完成通訊。前期考慮過改變網絡控制模式，改為硬線連接，增加旁路接觸器，啟動過程中軟啟動器參與工作，啟動完成后軟啟動器退出運行。但現場設備多，增加電纜數量大，并且PLC需增加I/O模塊，改動內部程序，改造費用及改動工作量大，同時生產無法滿足改造工作停產時間要求，這給改造增加了難度，最終決定對軟啟動器本身進行國產化改造，選擇有通訊功能，運行可靠的內置旁路軟啟動器，并且能夠融入DeviceNet網絡，不改變原有網絡結構及程序，實現與整個網絡控制的兼容。經了解，天津某公司生產的軟啟動器具備替換原有軟啟動器的技術條件，更換T6000系列內置旁路軟啟動器，采用網絡連接控制方式，通過內部通訊板完成與DeviceNet通信功能。

3.2 控制方式

用T6000型軟啟動器替換原有軟啟動器，改變原有接線，接線原理圖如圖1，機旁模式：機旁電機啟動，按下啟動按鈕，KA閉合，軟啟動器啟動。啟動完成后內置旁路接觸器吸合。停止時，直接按機旁箱停止按鈕，電機停止運行。PLC遠程模式：可實現外線通訊控制，通過DeviceNet發出啟停命令實現啟停。T6000系列軟啟動器通訊支持Modbus通訊協議，通過增加通訊模塊實現通訊協議轉換，實現Modbus與DeviceNet協議轉換，完成通訊。

圖1 海水提升泵控制原理圖

3.3 協議轉換說明

協議轉換原理：為了使軟起動器和上位機直接實現通訊，需要采用統一的通訊協議。但在該項目中，軟起動器使用的是Modbus通訊協議，而上位機使用的是DeviceNet通訊協議這樣就需要協議轉換來完成雙方的通訊功能。協議轉換器相當于實時翻譯，使兩個不同國家的人也能夠無障礙地交流。

（1）DeviceNet的協議：原有軟啟動器協議

缺省輸入輸出組態：I/O的缺省組態為4個字節輸入和4個字節輸出，字0組態分為邏輯狀態和邏輯字1為反饋A相電流值和參考給定字。可變輸入輸出組態：支持16位的數據連接。因此，該設備被組態成可以返回的附加信息。

邏輯狀態字16位標識數據反饋包括使能、運行、相序、相序激活、啟動、停止、報警、故障、達速、準備等，邏輯命令字16位標識包括啟動命令、停止命令等，原有軟啟動器不支持模擬量參考給定，支持模擬量反饋，提供A相電流作為反饋字，返回數據編碼結構：2字節狀態字+2字節電壓值+2字節電流值。除特殊說明外，數據位都是從左到右分配的，電壓與電流值都是高字節在前低字節在后，電流值返回數值為實際運行電流的10倍。當軟起處于待機與故障狀態時電壓與電流值均返回0。

（2）T6000 Modbus部分協議

T6000 MODBUS通訊協議規定了3條與軟起動器相互通訊的命令，分別為讀軟起動器當前狀態、起動電動機與停止電動機。

主機讀從機當前狀態報文格式，功能碼為03H（讀取寄存器）數據長度為0003H為固定值（為原有軟起相對應）起始地址為0102H要讀取的寄存器地址。返回數據編碼結構：1字節主項+1字節從項+4字節數據。數據位都是從左到右分配的，如主項01從項02為故障狀態，它下面說明數據為1字節，這1個字節就是“六字節數據”的第一個字節，即從機發送狀態信息編碼的第三個字節。如果為多字節數據則數據格式為高字節在前低字節在后。累加和采用按位異或的方式計算。主項：01：讀系統當前狀態。從項：01：軟起正常待機。02：故障狀態。數據：2字節故障信息。2字節共有16二進制位，每一位表示一種故障，除兩位保留位外，共有14種故障。從項：03：電機正在軟起。數據：2字節電壓+2字節電流值的10倍。從項：04：電機正在軟停。數據：2字節電壓+2字節電流值的10倍。從項：05：電機正在運行。數據：2字節電壓+2字節電流值的10倍。從項：06：電機正在起動前延時。數據：2字節倒計時延時值，單位秒。

控制軟起動器的起停及參數設置，控制軟起動器的起停，功能碼為06H，數據值規定0001H：起動電機、0002H：停止電機與原有軟啟動器控制字相對應。

（3）協議的轉換

通過以上DeviceNet軟起協議和Nole軟起協議可以寫出協議轉換規則。比如要起動軟起動器按照DeviceNet協議則需要發送命令格式為（16進制）：00H 02H，而Modbus起動軟起動器的命令為06H 00H 01H 0H 01H，所以當轉換器收到00H 02H命令時它自動把數據轉換成06H 00H 01H 0H 01H發送給軟起這樣軟起動器就知道這是起動命令。同理，當顯示軟起狀態時，轉換器將從軟起端收到的數據自動轉換成上位機能夠識別的數據，這樣就實現了通訊協議的轉換。

4 結論

（1）通過改造提高了生產水工藝泵控制系統的可靠性，減少故障的發生，降低故障率。

（2）通過國產化改造，在提供優質的產品同時，又有價格優勢，降低公司運營成本。

（3）通過國產化，實現Modbus和DeviceNet網絡協議的轉化，擺脫對進口成套智能網絡化設備的依賴。

（4）結構簡單，便于日后的維護、檢修及故障處理。

Analysis of M alfunction of M otor Soft Starter based on Network Control and M odification of the Control System

GUAN Junfeng
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

A low-voltage motor at Jingtang Steel used a JV-produced soft starter combining with network to perform start and stop and feedback control,but the soft starter frequently gave out false alarm and shutdown the motor during normal operation.This phenomenon was analyzed and summarized in depth and the soft starter was modified,which has improved operation reliability and ensured production stability.

soft starter;shutdown;network;domestic modification

TM3

B

1006-6764(2015)08-0009-02

2015-03-20

2015-04-15

關俊峰（1985-），男，大學本科學歷，工程師，現從事電氣設備管理工作。