化工動設備電氣控制優化案例

林成霞，方海

（1.浙江巨化股份有限公司電化廠；2.浙江巨化技術中心有限公司：浙江 衢州 324004）

常見的化工動設備包括物料輸送相關設備（屏蔽泵、離心泵、柱塞泵和隔膜泵等）、反應混合相關設備（攪拌器、高剪切乳化機等）、制冷相關設備（壓縮機、風機等）、分離相關設備（離心機、過濾機等），動設備的運行與傳動大多基于電機實現。

這些動設備廣泛應用于化工生產的各個環節，他們的使用需要根據化工生產的具體要求來選擇，完成其傳動控制也不盡相同，需根據具體生產流程的使用來設計不同的電控回路。本文將通過2個實際電控回路的分析改進來闡述其優化需要綜合考慮多方面的因素，其中包括控制設計、干擾誤動作、線路成本、通用性和保護效果等。

1 案例一：變頻電機啟停控制優化

1.1 基本情況

某化工企業大量使用ACS880變頻器用于反應釜攪拌器及物料輸送機泵的變頻電機進行轉速控制，變頻電機啟停需實現現場操作柱及遠程（DCS）室2種方式，其變頻啟停控制如圖1所示。

圖1 變頻器DC 24 V手自動啟停控制原理Fig 1 DC 24 V hand automatic start-stop control principle of inverter

控制電源為變頻器DC 24 V 輸出電源，實現該控制需調用ACS880 手動/自動宏的相關設置，其中DI3 為手自動控制輸入（手動0/自動1）點，手自切換由現場操作柱轉換開關SA實現；DI1、DI2為手動啟停控制輸入點，由現場操作柱的啟停按鈕觸發的脈沖信號來實現控制；DI6為自動啟停控制輸入，由DCS室給定0或1的電平信號來控制[1]。

要實現以上控制需設置ACS880的幾個關鍵參數：應用宏（9604）改為手自動/2，Ext1/Ext2 選擇（1911）改為DI3/5，外部Ext1 命令（2001）改為N1P 啟IN2 停/4，外部Ext2 命令（2006）改為IN1啟/1，Ext2輸入（2008）改為DI6/7。通過以上設置實現變頻器手、自動啟停現場電機的功能，然后通過變頻器繼電器開斷點輸出去控制變頻電機散熱風扇與主電機的同步運行，從而完成機泵、攪拌電機的啟停控制。

1.2 存在問題

由于化工生產區域特殊性，常有強酸堿氣體或物料的散發或泄露，同時也有易燃易爆氣體產生，因此電氣控制設備需采用爆炸危險區域相適配等級的電氣防爆設備。該案例現場使用防爆防腐的操作柱BZC8050-B1D2K1G，ACS880 變頻器由于不具備防腐防爆性能，故通常安裝于配電室集中控制，變頻器與防爆操作柱之間安裝距離相隔150多米，對啟停控制為DC 24 V變頻輸出電源而言會產生一些問題。

問題大致有：1）長距離布線引發的控制信號衰減；2）與動力電纜同橋架布線產生的電磁干擾；3）為防止干擾采用帶屏蔽線層的電纜又會使成本增加；4）24 V弱電控制會因接線端子排受潮爬電而造成變頻啟停誤動作；5）使用的ACS880變頻器由于功能多設置復雜常出錯，且機器價格昂貴；6）用變頻器實現手、自動啟停的控制回路僅適用ACS880，不具有不同變頻器替換的通用性。這些問題對企業的生產成本、效率、穩定、安全都會產生不良影響。

1.3 優化方案

通過將防爆操作柱BZC8050 的手自動切換啟停控制于變頻電機散熱風扇的啟停接觸器，由接觸器的輔助觸頭開斷來控制變頻器啟停，如圖2所示。

圖2 220 V手動自動啟停控制原理Fig 2 220 V manual automatic start and stop control schematic diagram

圖2 中，當轉換開關打手動時，啟動按鈕①、②點閉合觸發KM接觸器瞬時吸合并通過KM的常開觸點閉合實現自保持；當轉換開關打自動檔位置時，手動回路斷開，自動回路接點⑥、⑤閉合，接觸器KM 則有DCS 接入的5～7 點通斷來控制接觸器KM線圈吸合與釋放，然后通過KM的常開無源輔助觸頭控制變頻啟停（無源輔助觸頭接入變頻器的DI1 和DC 24 V 點）。這樣可將控制電源DC 24 V 改變為AC 220 V，同時可避免變頻器的繁瑣手自動參數設置。

1.4 實施效果

采用AC 220 V 控制信號進行控制，可有效避免線路干擾和信號衰減的問題，并避免變頻器啟停誤動作；使用了不帶屏蔽線層電纜，降低了線路成本；通過控制回路的優化，由專用變頻器控制回路變成了各類型變頻均能適用，提高了控制回路通用性，降低后期改造成本。該方案實施2年以來，降低了電纜成本，設備從未發生干擾及誤動作情況，控制穩定，設備運行安全。

2 案例二：屏蔽泵保護改進優化

2.1 基本情況

某化工企業從事化工產品科研。中試生產中，工藝路線尚不成熟，動設備的選型也并不成熟穩定。在普通的離心泵、隔膜泵更換為屏蔽泵時，原有傳統的機泵控制保護回路并不適用于屏蔽泵，這是因為屏蔽泵的線圈繞組與泵體集成一體，其本身并無散熱風葉，其發熱狀況受負載及泵內流體溫度影響很大，而泵體自帶的熱敏開關對其過熱保護起到了關鍵作用。該化工中試企業過往也曾因熱敏開關未接入保護回路造成機泵燒毀的設備事故，對生產造成了較大影響。

2.2 存在問題

屏蔽泵接線盒內有S1、S2 2 個熱敏開關輸出接線端，正常處常閉狀態，當泵體發熱超過熱敏開關閾值時會斷開，從而切斷設備運行避免過熱燒毀。普通機泵的電機并無該保護開關，在普通機泵更換為屏蔽泵時，需另外增加線纜將熱敏開關接入控制回路。

通常做法是用ZR-YJV 2×1.5 電纜從屏蔽泵接線盒放線入配電室該回路的端子排。在走橋架放線纜時，線路長并可能會涉及爆炸危險區域的動火、登高作業，在影響施工時間進度同時還增加諸多安全隱患。過往也曾會因施工難度大、耗時長而放棄該保護。

2.3 優化方案

優化思路有3點：一是熱敏開關的保護功能要實現利用，二是要避免長距離的布線施工影響生產，三是要便于設備故障跳停后的線路排查檢修。要實現上述方案，需通過原現場操作柱電控接線改進來實施。

實施方法：電機主回路U、V、W三相進線從原電機拆除，接入屏蔽泵電機U、V、W 接線端，增加1 根ZR-YJV 2×1.5 mm2控制電纜接入S1、S2端，從屏蔽泵接線端蓋另一出口引出，采用G20鍍鋅鋼管穿管布線，可埋地或架空接入屏蔽泵啟停操作柱，將操作柱內啟、停按鈕端子的連接線路拆除，將該ZR-YJV 2×1.5 mm2控制電纜的另兩頭接入操作住內啟、停按鈕連接端，使熱敏開關串接入啟停按鈕，利用原ZR-YJV 7×1.5 mm2控制電纜（該電纜為原電機啟停操作柱控制電纜，引至配電室）的備用電線1根接入停止按鈕出線并標注11 號，另一端將該電線接入該屏蔽泵的控制回路的空閑端子排上，用作熱保護開關的線路排查。如圖3所示。

圖3 屏敢泵熱保護控制原理Fig 3 Shield pump heat protection control schematic diagram

線路排查檢修方法：在斷電狀態下，用萬用表測量3 和11 號端子，正常為常閉，過熱保護則斷開。在通電狀態也可檢查熱敏開關的通電，用萬用表測量3號端子對地220 V則開關正常，如果測得11 號對地220 V，3 號對地電壓0 V 則可判定熱保護開關已動作。

2.4 實施效果

將熱敏開關串接入現場操作柱，并將檢測反饋點通過原有控制線接入配電室的方法實施以來，極大地降低遠距離布線的線路成本，施工成本及施工周期，提升了線路排查的便捷性，有效杜絕了屏蔽泵過熱燒毀的可能性。

3 結束語

化工生產過程中，動設備的正常運行對于生產效率和生產安全具有至關重要的作用，而動設備的性能好壞很大程度上取決于其控制系統的質量。優化動設備的控制系統可以提高設備的效率和穩定性。

通過對化工企業常用的2 種動設備（變頻電機、屏蔽泵）電控優化過程進行深入地分析與優化改進，對確保設備穩定運行，線路抗干擾，降低布線材料與施工成本，方便線路排查檢修，提高設備的適用性和可靠性都產生了很好的效果，達到了提高生產產能、降低生產成本、延長設備壽命的目的，提升了化工企業的經濟效益，每年可約為企業節約設備、線纜、人工等成本近百萬元。

以上經驗和方法，不僅適用于變頻電機、屏蔽泵2個具體的案例，也可以為其他類似問題的控制優化提供參考和借鑒。