FMCU智能型電機監控器在東歡坨選煤廠的應用

王海生

(開灤(集團)東歡坨礦業分公司，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)有限責任公司，礦井生產能力達到4.5 Mt/a。東歡坨礦配套建設有一座選煤廠，該選煤廠屬礦井型動力煤選煤廠，建設于2003年，隨著礦井生產能力的擴大，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品銷售，因此，產品煤中時常有塊矸出現。2019年選煤廠增設了1套ZM600干選系統，選煤工藝采用80～40 mm復合式干法分選，處理能力為600 t/h。此系統新增設備臺數為72臺，因受控設備非常多，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。經過反復篩選，最終干選系統采用FMCU智能型電機監控器對受控設備電機進行保護，其不但具備傳統熱繼電器所提供的過載保護功能，同時能提供設備電機電流監測、狀態監測、啟停控制、網絡通信等智能功能。

2 FMCU智能型電機監控器功能

FMCU系列智能電動機監控器(以下簡稱“FMCU”)，集漢字顯示、電機保護和網絡控制于一體，是目前國內電動機監控領域的最新產品。其具有故障判斷準確，保護功能齊全，控制性能穩定、可靠，結構緊湊，操作簡單，安裝、維修、使用方便等優點。FMCU智能監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，主要技術指標如下：

(1)短路保護：短路倍數8～11倍可設置，動作時間不大于0.5 s。

(2)過載保護：對電機出現的持續過載，實施反時限保護，對應的過電流倍數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。當電機出現的斷續過載時，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：負荷側對地絕緣電阻降低到表2的動作值時，實現漏電閉鎖保護，不能啟動電機。當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：當電壓超過過壓設定值時動作，動作時間10 s。

(5)欠壓保護：當電壓低于欠壓設定值時動作，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閉，當三相電流中任意兩相間的電流值相差達到不平衡設定值時，動作時間為20 s。

(7)單相保護：當三相電流的“不平衡度”大于 60%時，動作時間不大于6 s。

2.2 設定功能

FMCU智能型電機監控器可設定額定電壓、額定電流、啟動避讓時間、過/欠壓的開啟與關閉、過/欠壓的動作百分比、過/欠壓保護的延時時間、自動復位的開啟與關閉、自動復位的動作時間、啟動間隔時間、互感規格、短路保護倍數、電流不平衡保護的開啟與關閉、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、調整系統時鐘以及延時投漏電的時間。

2.3 顯示功能

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

2.4 復位及記憶功能

FMCU智能型電機監控器具有手動及自動2種復位模式。自動復位時間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、三相電流值以及發生故障的時間。除此外還裝有內置電池，能夠在沒有外電源的情況下進行參數設置以及運行統計記錄和故障記憶查詢。在有外接電源時，裝置會根據其內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，通過觸摸屏即可監視柜內所有回路及DP模塊的運行狀態。

ET201模塊配置了24路光耦隔離的開關量輸入和16路繼電器隔離的開關量輸出，還有3個全隔離的485串口(圖1)，一個用于PROFIBUS-DP通訊，一個用于監控裝置通訊，另一個用于與觸摸屏通訊，后2種通訊協議為標準的MODBUS-RTU。可根據實際自由組態掛接，一個模塊最多可掛接8個監控器，掛接數量越少，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“參數設置”，避免了撥碼開關接觸不良所導致的系統故障。ET201模塊還配有漢字顯示的LCD屏，方便“傳輸查詢”和“通訊診斷”，可監視到所有的數據交換內容。

3 應用效果

東歡坨選煤廠集中控制系統采用FMCU智能型電機監控器對受控設備電機進行保護，具有以下性能優勢。

3.1 超前漏電檢測

在電機未啟動前就對負荷側的電纜及電機絕緣進行監視，低于規定值時實現閉鎖控制。此功能減少了電工檢修工作量，節省了檢修時間，并做到電機故障及時處理，可減少50%以內的維修費用，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 上位機電機監控畫面

3.2 故障判斷與記憶

電機運行過程中，FMCU監控器對電動機進行實時監測，實時準確地判斷電機的過載、缺相、過壓、欠壓、堵轉、短路、漏電等故障，電機的電流信號等參數均可通過電力監控上位機動態畫面進行實時顯示(圖2)。當電機出現故障時，監控器切斷電機的電源，進入保護狀態，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，電機監控器通過識別與記憶電路對發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，手動或通過網絡遠程復位，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。通過網線與PLC進行以太網通訊。

FMCU監控器經ET201通過PROFIBUS-DP協議與PLC的通訊DP模塊IC693PBM200相連，將設備所有的保護參數、診斷參數和電流監測參數實時上傳至選煤廠集中控制系統PLC控制站，上位機直接從PLC讀取生產數據，進行加工處理，利用先進的計算機技術進行描述(比如圖形動畫、多媒體語音系統等)，動態顯示各系統機械設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，所有信號數據全部經DP模塊傳輸，節省了PLC的輸入/輸出接口，從而節省了大量PLC模塊，降低了故障率，同時簡化了設備接線方式(圖3)，大大節省了安裝空間和系統投資。為與選煤廠其他系統進行網絡通訊，設計使用了PLC控制柜。但作為對于中小型系統，將PLC的電源和CPU模塊置于進線柜內，即可省掉PLC控制柜。

圖3 東歡坨選煤廠干選系統引風機電氣原理

4 結 語

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