一種電機啟動控制方法

關俊峰

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

電力設備系統中驅動電機90 kW 以上低壓電機啟動方式為變頻啟動或軟啟動，電機加載軟啟動器控制現已經成為一種主流啟動控制方式，軟啟動器憑借小巧、集成度高、保護功能齊全等優勢占據重要的地位，應用于各大廠礦企業中。但隨著應用推廣及實際應用，重要場所應用軟啟動器控制系統故障頻發，特別是軟啟動器配合網絡組網使用，省去連接線。組網分配地址，雖看似簡單，但故障后整段網絡設備停運、故障擴大、影響面廣，故障原因難以準確發現排除。同時軟啟動器單體結構集成化程度高，電子元器件故障頻繁。

1 背景介紹

軟啟動器主體結構包括面板控制單元及主回路功率單元。面板控制單元為軟啟動器核心控制部分，數據監測及數據傳輸都通過控制單元板完成，控制單元外接網卡，在不同協議間完成數據轉換，是終端CPU 核心處理系統。功率單元為啟動器主回路部分，內置銅排、接觸器、晶閘管及電流檢測霍爾元件，完成電能輸出及電流、電壓信號采集。

單體設備運用軟啟動器控制方式投產運行后，故障頻發。故障集中表現在控制面板及功率單元2 部分。控制面板表現為偷停、網絡中斷、網關掃描丟站等。功率單元故障表現為晶閘管短路、負載斷路、旁路開路等本身元器件故障，引起主要設備故障停機，造成生產工藝流程中斷，影響生產。針對此類單一簡單的控制系統，特別是重要設備運行系統，急需一種電機軟啟動控制方式，既集成軟啟動器小巧、控制方便的優勢，又能應用穩定，可以更好的服務于生產，增加設備及系統運行可靠性。

通過研究實踐，發現一種軟啟動器結合外置旁路接觸器的控制方式，既保留軟啟動器的啟動作用，又兼顧接觸器運行的穩定性，兩者結合，取長補短，形成新的組合控制方式，改變單一控制模式。全套控制系統采用硬線連接模式，避免網絡不穩定因素。增加固定的外置旁路，外置旁路通過接觸器控制。在啟動過程中軟啟動器完成軟啟動過程，起到限流作用，啟動完成后退出運行。通過時間繼電器控制外置旁路接觸器吸合，實現無擾動切換旁路，防止在啟動過程中接觸器吸合，造成接觸器燒毀。電機通過外置旁路控制，實現機旁手動和遠程自動2 種控制操作方式。

2 設備原有控制模式

公司現有水泵控制模式包含電氣控制系統和PLC 控制系統兩部分，兩者融合完成自動控制。

（1）電氣控制系統：現有水泵電機可實現就地/遠程操作控制。就地控制由就地控制箱及低壓智能柜通過硬線完成，合閘準備好、遠程/就地信號通過DSA 將硬線信號轉為網絡信號傳輸，遠程控制通過網絡控制字搭配軟啟動器網卡完成控制及信號反饋。每臺工藝泵電機都有單獨的控制回路，網絡搭建在D 網平臺上，電氣元件都分布在低壓配電柜內，控制原理如圖1 所示。

圖1 控制原理

（2）PLC 控制系統：配合全套智能MCC 控制系統，自動化控制采用西門子PLC 全套系統，通過PLC 組合智能MCC 柜完成。軟啟動器集成在低壓控制柜內，通過低壓柜網絡背板連線串聯連接，內置24 V 電源模塊，搭載AB1769 網關，通過低壓網段設備組態和網絡協議轉換，完成低壓設備數據傳輸。AB1769 網關通過DP 網線連接到控制傳輸模塊Y-LINK 系統，Y-LINK 經過ET200 網絡通信模塊連接到西門子CPU414-4-1H 的DP 接口，通過網絡交換機轉換為485 網線連接至上位機端口，整套網絡智能控制系統如圖2 所示。

圖2 網絡智能控制系統

就地控制：轉換開關轉換到就地位置，①②開點閉合，手動操作SS 按鈕，常開點閉合，回路導通，繼電器KA 得電，KA 有3對常開輔助觸點，KA 得電，常開點同時閉合，一對為自鎖點，自鎖點閉合完成回路自鎖。一對為啟動點，啟動點閉合，軟啟動器17 端子得電，軟啟動器啟動，水泵電機完成就地啟動。一對為運行反饋點，反饋點閉合，通過DSA 傳輸，反饋運行狀態。

遠程控制：軟啟動器支持DeviceNet 網絡通信協議，搭配D網網卡。設備控制模式采用網絡智能化控制，軟啟動器、24 V 電源、網關等設備集中分布于低壓MCC 柜內，通過網卡及網線連接構建DeviceNet 網絡控制平臺，將設備啟停、信號反饋、電機控制和保護通過二進制碼與RA 集成架構所提供的網絡相結合。通過網關設備分配各個設備的地址碼，設置設備參數，完成設備組態，編寫控制程序，通過協議轉換完成不同協議間的轉換，完成網絡信號數據傳輸，最后通過DP 網銜接西門子PLC 控制系統完成設備遠程控制及信號反饋。

3 組合式控制器的基本結構

組合式控制器結構包括：集成式軟啟動器、外置旁路母排、接觸器、電機保護器（熱繼電器）、電流互感器、時間繼電器、接觸器的輔助觸點。軟啟動器實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。外置旁路母排用于增加旁路控制，同時配合雙線圈接觸器，搭配時間繼電器，躲過啟動時間，完成啟動后應用接觸器控制，接觸器吸合主回路無擾動切換運行。電機保護器連接主回路中提供電機運行中的電機保護。電流互感器提供電機運行電流反饋。時間繼電器實現軟啟動器與旁路無擾動切換。接觸器輔助觸點提供電機運行反饋。

4 控制方法改造方案

4.1 電氣系統控制回路方式改造

改變單一軟啟動器的運行方式，采用組合式控制方式，增加固定的外置旁路，外置旁路增加接觸器及電機保護器控制，軟啟動器在電機啟動中參與工作，起到限流作用，啟動完成后無擾動切換旁路接觸器控制，軟啟動器自動退出運行。切換通過時間繼電器控制外置接觸器吸合，防止在啟動過程中接觸器吸合，啟動過程中電流過大造成接觸器燒毀，電機通過外置旁路控制，完成啟動運行。同時外加雙線圈接觸器，220 V 儲能線圈及24 V 觸發線圈，接觸器快速吸合，實現無擾動切換旁路。本次改造去掉原組網平臺，采用硬線連接，信號通過硬線連接到IO 模塊，完成傳輸。電機控制操作方式可實現機旁手動和自動2 種操作方式。

機旁手動啟動控制：現場轉換開關轉換至就地位置，按下啟動按鈕，KA 得電，軟啟動器啟動，時間繼電器計時，時間設置大于電機啟動時間，時間到，旁路信號發出，RQP 吸合，KM 得電，外置旁路接觸器吸合，同時KM 常開點閉合，常閉點打開，KA 失電，軟啟動器停止，完成啟動過程，電機正常運行。機旁手動停止控制：按機旁箱停止按鈕，接觸器線圈KM 失電，電機停止運行。

遠程啟動控制：現場轉換開關轉換至遠程位置，上位機按鍵啟動，軟啟動器啟動，啟動后，時間繼電器計時，時間到，旁路信號發出，RQP 吸合，KM 得電，旁路接觸器吸合，電機運行，同時串接在軟啟動器的外置接觸器常閉點KM 斷開，軟啟動器節點18 失電，軟啟動器退出運行。遠程停止控制：在遠程控制回路中串接一個PLC 的常閉點，當PLC 發停止命令時，PLC 常閉點斷開，外置旁路接觸器線圈KM 失電，電機停止。電機保護功能，由電機保護器完成（也可以通過熱繼或電子式電機保護器）。

控制信號包括啟動信號、停止信號；反饋信號包括遠程信號、故障信號、電流信號、運行信號，通過硬線連接方式傳送至PLC 控制中，控制及反饋信號見表1。

表1 控制及反饋信號

4.2 PLC 系統控制回路方式改造

根據電氣改造方案，去除原網絡控制，取消D 網及DP 網絡連線，更換網絡模塊，改為硬線連接，故PLC 控制系統需增加相應IO 模塊，所需硬線控制點為:

（1）DI 點：故障信號、運行信號、就地/遠程信號。

（2）DO 點：啟動命令、停止命令。

（3）AI 點：電流信號。

故需增加硬線點DI 點6 個，DO 點2 個，AI 點2 個。通過現有主體的硬件配置情況，發現現有的IO 模塊及AI 點數量不夠，且需增加1 套從站配置，保證系統穩定。PLC 輸出的啟動及停止命令需在低壓柜內增加繼電器進行隔離，采用雙點控制，命令接受方式為脈沖信號。當上位機點擊啟動或停止時，PLC 程序中的啟動或停止輸出點的常開點串接在電機集中控制回路中。對程序和畫面做出相應修改，軟件修改要解讀程序，修改完善程序塊和地址。

5 改造成果分享及技術推廣

（1）通過改造，引入組合式控制模式，增加控制系統的穩定性、可靠性。兩種控制方式結合，揚長避短，擇其善者而從之，既保證了原有的軟啟動模式，完成啟動限流，又通過接觸器控制保證設備運行期間的穩定性，保證系統運行的可靠性，具有實際應用推廣價值。

（2）設備控制系統升級，相輔相成，有針對性的應用智能化電氣設備，結合應用工況合理選擇，發揮其最大優勢。

（3）通過網絡改造，減少對網絡控制系統單一網絡平臺的依賴，擺脫對進口成套智能網絡化設備的依賴，提供優質的產品同時，又有價格優勢，減低運營成本，有一定的推廣價值。

（4）結構相對簡單，單體設備獨立控制，單體故障不會影響其他設備，造成故障擴大化，便于日后的維護、檢修及故障處理。