電氣設(shè)備之硬聯(lián)鎖

李伏書

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電氣設(shè)備之硬聯(lián)鎖

李伏書

通訊地址：焦作千業(yè)水泥有限責任公司，河南焦作454171

在DCS自動控制系統(tǒng)中，為了提高自動化水平，常將電氣設(shè)備通過編程進行分組聯(lián)鎖開機和停機，使用軟件編程聯(lián)鎖稱之為軟聯(lián)，使用繼電器等觸點聯(lián)鎖則稱之為硬聯(lián)。在新型干法5 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線中，絕大部分聯(lián)鎖使用軟聯(lián)，當軟聯(lián)實現(xiàn)困難時，可考慮使用硬聯(lián)，下述幾例供同行參考。

1石灰石圓型堆取料機的堆料皮帶和羅鍋皮帶的硬聯(lián)

石灰石圓型側(cè)式懸臂堆料機電控系統(tǒng)分為機上手動控制、機上自動控制、中控自動控制、取料機上自動控制和機旁手動控制五種控制方式。在選擇中控控制方式時，堆料機PLC接受中控控制信號，其就緒信號、運行信號、故障信號和報警信號對軟聯(lián)和中控顯示有效，羅鍋皮帶給中控提供運行信號，可以實現(xiàn)開停機的軟聯(lián)。在調(diào)試和試生產(chǎn)期間，一般選擇機上手動或機上自動控制方式。軟聯(lián)失效，堆料機皮帶和羅鍋皮帶之間沒有聯(lián)鎖，堆料機的皮帶經(jīng)常因石灰石的不均勻下料而堆積壓死，羅鍋皮帶不能及時停機，造成大量石灰石積壓，每次清料約需2h左右，費時費力，實現(xiàn)硬聯(lián)非常必要。由于環(huán)境所限，我們經(jīng)過一周的艱苦探索，于2007年7月26日實現(xiàn)了硬聯(lián)，聯(lián)鎖思路是利用堆料機皮帶（電機省略，下同）接觸器的常開觸點串接在羅鍋皮帶接觸器的線圈回路中。電氣原理簡圖見圖1和圖2所示，利用石灰石堆料機皮帶接觸器KM1的一個輔助常開觸點，將其串接在羅鍋皮帶抽屜柜接觸器KM2的線圈回路中試驗成功。圖1中K20為PLC驅(qū)動堆料機皮帶中間繼電器（簡稱中繼，下同），圖2中K為羅鍋皮帶的中控驅(qū)動中繼，QF為微斷，SB1為停鈕，SB2為開鈕，HL為運行指示燈，SA為中控或現(xiàn)場開機選擇開關(guān)（下同）。

2一、二期石灰石羅鍋皮帶之間的硬聯(lián)

圖1　堆料機皮帶電控簡圖

千業(yè)水泥公司一期新型干法5 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線于2007年2月建成投產(chǎn)，一期羅鍋皮帶和礦山石灰石2km長皮帶在一期DCS控制系統(tǒng)里，并實現(xiàn)軟聯(lián)。與一期同規(guī)模的二期生產(chǎn)線于2011年3月建成投產(chǎn)，共用2km長皮帶，在下料管上安裝了兩個插板閥，控制一期或二期下料。二期羅鍋皮帶和插板閥在二期DCS控制系統(tǒng)里，無法與2km長皮帶軟聯(lián)，如不實現(xiàn)聯(lián)鎖，一旦二期羅鍋皮帶跳停，2km長皮帶繼續(xù)下料，將會造成大量的石灰石積壓，嚴重影響生產(chǎn)，考慮用硬聯(lián)實現(xiàn)聯(lián)鎖。電氣原理簡圖見圖3和圖4，硬聯(lián)思路是在2km長皮帶控制柜里，增加一個中繼KA和一個選擇開關(guān)SA，利用二期羅鍋皮帶接觸器KM的一個常開輔助觸點來控制中繼的線圈，中繼的常閉觸點和選擇開關(guān)串聯(lián)后接入2km長皮帶的急停回路里。由于二期羅鍋皮帶開機時，一期羅鍋皮帶停機，因程序聯(lián)鎖2km長皮帶無法開機。為了解決這一問題，在一期DCS中控操作員電腦畫面上做一個選擇開關(guān)，當點擊時置1，輸出一個高電位信號，來代替一期羅鍋皮帶的運行信號（也叫假信號），當一期開機時，假信號置0不影響正常開機（利用正常開機運行信號）。當二期開機時，選擇開關(guān)SA斷開，假信號置1正常開機，待二期羅鍋皮帶開機后，將聯(lián)鎖選擇開關(guān)接通，硬聯(lián)線路投入運行，中繼常閉觸點打開，2km長皮帶不會停機。一旦二期羅鍋皮帶跳停或停機，中繼KA失電常閉觸點復原，硬聯(lián)線路給CPU226一個急停信號而使2km長皮帶停機，達到了聯(lián)鎖的目的。如二期羅鍋皮帶正常停機，需將聯(lián)鎖選擇開關(guān)斷開，不影響下次開機，此線路于2012年7月28日聯(lián)鎖成功，至今運行正常，圖4中SB4為急停按鈕。

圖2　羅鍋皮帶硬聯(lián)電控簡圖

圖3　二期羅鍋皮帶硬聯(lián)中繼電氣原理圖

圖4　二期羅鍋皮帶與2km長皮帶硬聯(lián)電控簡圖

3水泥磨滑履油站和主電機的硬聯(lián)

2011年6月4日，3號水泥磨在安裝調(diào)試后試運行，磨機裝球量約50%，突然磨機主電機、減速機、前后滑履油站均跳停，但磨機仍在運轉(zhuǎn)，大約運轉(zhuǎn)了5min后，安裝工人發(fā)現(xiàn)油站跳停，隨手動開啟油站，然后將水泥磨停機。電工檢查發(fā)現(xiàn)COM線沒有電壓，又檢查控制電源抽屜柜，發(fā)現(xiàn)COM回路10A微型斷路器因線路故障跳停，導致COM線失電，中控因油站未備妥和無運行信號而使其跳停，但油站因無重故障而未送出跳停信號（即使有跳停信號，重故障中繼常閉觸點因COM無電也送不出跳停信號），從而磨機不跳停（磨機DCS 和COM線電源在另一段低壓母線上，均正常）。停機檢查磨機滑履軸瓦損壞不大，不影響正常運轉(zhuǎn)，檢查電機軸瓦和減速機軸承都正常。為避免上述事故，必須增加硬聯(lián)鎖。在正常運行中，考慮到滑履油站低壓油泵總有一個在運轉(zhuǎn)，可以利用其運行信號作為聯(lián)鎖信號，于是將兩個低壓油泵接觸器的常閉觸點串聯(lián)后，再與油站重故障中繼的常閉觸點并聯(lián)，接在磨機高壓開關(guān)柜（簡稱“高開柜”，下同）的跳閘回路里，并于6月5日線路改造完成且試驗成功，電氣控制線路簡圖見圖5，圖中KA6為油站重故障中繼，由PLC控制，無故障時為得電狀態(tài)，KM1、KM2為油站低壓油泵接觸器，K2為中控停機驅(qū)動中繼（高壓開關(guān)柜開停機各有一個驅(qū)動中繼，驅(qū)動時各通電5s，下同），TQ為斷路器跳閘線圈，QF為斷路器輔助常開觸點（下同），電機和減速機油站硬聯(lián)同此線路。

4除鐵器和石灰石皮帶的硬聯(lián)

一期圓型石灰石堆場庫底皮帶位號為22.03，去青石庫頂皮帶位號為22.04，二者之間用軟件進行開停機聯(lián)鎖，開機聯(lián)鎖順序為22.04→22.03，停機聯(lián)鎖順序為開機的逆順序。2014年元月在皮帶22.04機頭位置安裝了一臺自卸式永磁除鐵器，用于清除石灰石里的鐵磁物質(zhì)，由于安裝位置離DCS室較遠，重新敷設(shè)控制電纜難度較大，再加上DCS資源有限，選擇現(xiàn)場控制，沒有設(shè)置與石灰石皮帶的聯(lián)鎖，造成石灰石皮帶停機時除鐵器皮帶經(jīng)常運轉(zhuǎn)、浪費電力，為此考慮增加硬聯(lián)。由于除鐵器安裝位置離皮帶22.03電機較近，聯(lián)鎖思路是利用其電機的控制電源來控制除鐵器皮帶的開停。電氣原理圖見圖6，我們在22.03的按鈕盒內(nèi)的9號端子引出控制電源，來控制除鐵器皮帶接觸器的線圈，不管是中控開機還是現(xiàn)場開機，按鈕盒內(nèi)的9號端子都有電壓，22.03開機后，除鐵器皮帶隨即開機，而當22.04停機時，利用22.04與22.03的軟聯(lián)使22.03停機，22.03按鈕盒內(nèi)的9號端子失壓，隨后除鐵器皮帶因接觸器線圈失電而停機，達到了聯(lián)鎖的目的。此聯(lián)鎖于2014年5月25日改造完畢，至今運行正常，圖6中KM1為22.03皮帶接觸器，KM2為除鐵器皮帶接觸器，HL1和HL2為兩條皮帶的運行指示燈。但現(xiàn)場開機22.04跳停不能實現(xiàn)除鐵器皮帶的跳停，正常運行不采用此種方式。

圖5　水泥磨滑履油站硬聯(lián)電控簡圖

圖6　除鐵器皮帶和石灰石上料皮帶的硬聯(lián)電氣原理圖

一期矩形物料堆場上料皮帶長達250m左右，在堆場外側(cè)的上料皮帶上安裝一臺自卸式永磁除鐵器，由于離機頭較遠，控制電纜無法利用，實現(xiàn)與上料皮帶的軟聯(lián)比較困難。我們在上料皮帶上安裝了一臺打滑開關(guān)，利用打滑開關(guān)的一個常開觸點串接在除鐵器皮帶接觸器的線圈回路里，當上料皮帶運行時，打滑開關(guān)運轉(zhuǎn)，常開接點閉合，除鐵器皮帶接觸器線圈得電而運轉(zhuǎn)，上料皮帶停機時打滑開關(guān)常開觸點復原，除鐵器皮帶停機，實現(xiàn)了與上料皮帶的硬聯(lián)，改造于2014年5月18日結(jié)束。圖7 中SR為打滑開關(guān)常開觸點，KM為除鐵器皮帶接觸器。

圖7　矩形物料堆場上料皮帶與除鐵器皮帶的硬聯(lián)電控簡圖

5輥磨油站和主電機的硬聯(lián)

2014年8月8日20：55分，二期中控室操作員電腦屏幕DCS畫面突然出現(xiàn)備妥全部丟失，窯操作員首先通知電工高溫風機跳停，隨后輥磨操作員也通知巡檢工和電工設(shè)備備妥全部丟失。電工馬上趕往現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)高溫風機、窯尾排風機電機和與之配套的高壓變頻器均跳停，但高開柜仍合閘，電工通知中控操作員分斷高壓開關(guān)柜斷路器，但其反映無法分閘，這時電工手動把高壓斷路器分斷。約5min后輥磨震動很大，輥磨巡檢工按下現(xiàn)場停機按鈕將其停機，隨后將循環(huán)風機也現(xiàn)場停機。電氣人員隨即查找故障，從直流屏查到抽屜柜，設(shè)備都正常，最后查出是現(xiàn)場站DCS模塊中DP通訊模塊損壞，導致現(xiàn)場站DCS和DI等模塊通訊中斷，現(xiàn)場低壓設(shè)備驅(qū)動信號丟失跳停，高壓電機因中控送不出驅(qū)動信號而不能停機（停機原理見上述3水泥磨部分）。電工雖將備用的DP通訊模塊換上，但部分設(shè)備沒有備妥，后查出其中一個DP電纜開關(guān)位置不對，造成部分DI等模塊通訊中斷，位置調(diào)對后電氣恢復正常。巡檢工打開輥磨磨門檢查，發(fā)現(xiàn)輥磨磨輥有磨損痕跡，經(jīng)進磨檢查，發(fā)現(xiàn)輥磨磨盤24塊襯板中有19塊內(nèi)側(cè)已經(jīng)出現(xiàn)嚴重掉塊，磨輥襯板內(nèi)側(cè)全部出現(xiàn)磨損，磨損寬度約15cm，損失很大，檢查輥磨軸承損傷不大。

為了避免上述事故，必須增加上述設(shè)備之間的硬聯(lián)，其聯(lián)鎖思路是利用低壓油站運行中繼的常閉觸點作為高壓電機斷路器的跳停信號。跳停方法一是直接跳停跳閘回路，如圖8、9所示，KM1和KM2為兩臺潤滑油泵的接觸器，正常時二者之一或者都吸合，KA1得電吸合，常閉觸點斷開，不影響輥磨的運行，一旦兩個潤滑油泵都停機，其接觸器都斷開，KA1失電，其常閉觸點復原，接通跳閘線圈TQ回路，斷路器跳停，使輥磨電機停機。跳停方法二是利用綜保的跳停回路，如圖10所示，油泵電機都停機將跳停信號送入綜保裝置非電量1回路，使綜保報警和跳停輥磨電機斷路器。上述聯(lián)鎖于2014年10月31日改造結(jié)束，圖9中KA3為水阻柜故障跳停中繼常開觸點，正常時斷開。循環(huán)風機硬聯(lián)線路與此相同。

圖8　低壓油站運行信號電氣原理圖

圖9　跳停方法一電控簡圖

圖10　跳停方法二電控簡圖

6風機油站和主電機的硬聯(lián)

在上述5的事故中，雖然高溫風機、窯尾排風機電機安裝有高壓變頻器，在油站停機的同時，高壓變頻器同樣沒有驅(qū)動信號而停機，但高壓開關(guān)柜斷路器仍合閘，高壓變頻器仍帶有高壓電壓，一旦誤操作或誤動作，高壓變頻器就會啟動，這對設(shè)備和人身安全威脅很大，因此也必須加入硬聯(lián)回路，其方法如上所述，這里不再贅述。

7二期熟料庫底輸送皮帶之間的聯(lián)鎖

二期熟料庫底三條熟料輸送皮帶66.29、66.30、66.31與皮帶66.38、66.39之間的工藝圖如圖11所示。

圖11　二期熟料庫底熟料輸送皮帶工藝圖

以前的聯(lián)鎖程序為：只要66.38 和66.39（簡稱下邊）任意一條皮帶開機，66.29、66.30和66.31（簡稱上邊）三條皮帶就可以開機，下邊皮帶全部跳停上邊皮帶才聯(lián)鎖跳停，此聯(lián)鎖要求下邊兩條皮帶任意一條或全部開機且正常運轉(zhuǎn)，不會出現(xiàn)憋料情況。但是此工藝聯(lián)鎖的缺點是，如果下邊兩條皮帶在正常運轉(zhuǎn)中任意一條出現(xiàn)故障跳停，上邊三條皮帶不會聯(lián)鎖跳停，此時會出現(xiàn)憋料情況，清理憋料費時費力。針對上述問題，我們修改了聯(lián)鎖程序，將66.38和66.39兩條皮帶當成一條皮帶，當任意一條皮帶跳停，都會使上邊三條皮帶跳停。通過程序修改，可保證下邊兩條皮帶不再憋料，給生產(chǎn)帶來極大方便，但又出現(xiàn)了下邊兩條皮帶同時開停，沒有選擇性，導致了設(shè)備空運轉(zhuǎn)的新問題，此問題使用軟件聯(lián)鎖已無法滿足。為解決皮帶空運轉(zhuǎn)問題，第一步是通過規(guī)范操作來實現(xiàn)，即當不需要下邊某一皮帶開機時，將控制電機的抽屜拉至試驗位置，可以滿足要求。但每次操作都需要電工來完成，給巡檢工操作帶來很大不便。后來又進行第二步改進，在下邊每條皮帶電機的負荷線路上分別安裝一臺塑殼斷路器，當哪一條皮帶不需要運行時，在開機前將其塑殼斷路器斷開，此操作由巡檢工來完成，既方便了操作，又滿足了開機選擇性的要求，此改造于2014年5月14日完成，至今運行正常。

8一期熟料庫底皮帶與金屬探測儀的硬聯(lián)

為了避免一期熟料庫里的金屬材料卸到庫底皮帶上損壞皮帶，我們在三條熟料輸送皮帶上安裝了三臺金屬探測儀，如有金屬材料卸到皮帶上時皮帶將停機，其工藝圖參考圖11中的66.29、66.30和66.31皮帶。

同樣考慮到DCS資源不足和DCS現(xiàn)場站與金屬探測儀距離較遠，決定使用硬聯(lián)進行聯(lián)鎖控制。電氣原理圖見圖12，因金屬探測儀離皮帶電機現(xiàn)場按鈕盒較近，考慮將其控制電源取自按鈕盒9號端子，其常閉觸點KA串接在皮帶電機現(xiàn)場按鈕盒線路9、11號端子之間（至抽屜柜需多用兩根電線，即11號端子和地線，用原電纜備用線），當其探測到皮帶上有金屬材料時，其常閉觸點KA斷開，皮帶因接觸器KM線圈失電而停機，金屬探測儀報警，待其延時5～10s后常閉觸點復原，不影響下一次的皮帶開機，改造于2015年6月19日完成并試機成功。

Hard Interlock of Electrical Equipment

圖12　一期熟料庫底皮帶與金屬探測儀的硬聯(lián)電氣原理圖

TM645文獻標識碼：A

1001-6171（2016）02-0055-04

2015-07-19；編輯：呂光