摘要：電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生故障，對(duì)故障的排除一方面是臨時(shí)性處理，將現(xiàn)有故障現(xiàn)象消除；另一方面就是通過改造，對(duì)現(xiàn)有故障進(jìn)行徹底解決。文章通過對(duì)球磨電氣控制系統(tǒng)在改造前存在具體問題的分析、改造過程中采用的方法及投入的簡(jiǎn)要分析、改造后運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)比，簡(jiǎn)述了電氣控制系統(tǒng)改造的合理性和必要性，為以后科學(xué)開展電氣控制系統(tǒng)改造提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；球磨機(jī)；電氣控制系統(tǒng)；改造；故障率

中圖分類號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0035-03

攀鋼集團(tuán)釩業(yè)有限公司V2O3生產(chǎn)作業(yè)區(qū)球磨機(jī)系統(tǒng)原為引進(jìn)德國GFE公司的設(shè)備，其控制系統(tǒng)也為GFE公司以前所使用的系統(tǒng)，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。球磨機(jī)的主要功能是將較大原料進(jìn)行圓球擠壓研磨后變小變細(xì)，為下步工序提供合格大小的原料。球磨電氣控制系統(tǒng)在使用過程中，出現(xiàn)了故障率高、與前后設(shè)備運(yùn)行不協(xié)調(diào)等問題，特別是球磨機(jī)電機(jī)供電及控制系統(tǒng)的故障率高，嚴(yán)重影響到了生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行。因此在引進(jìn)此套系統(tǒng)后不久，即對(duì)電機(jī)及電源和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，故障率得到了一定控制，但仍未滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，且運(yùn)行成本較高。

1 原控制系統(tǒng)存在的問題

1.1 PLC控制系統(tǒng)硬件的問題

原系統(tǒng)采用的是S7-300型PLC控制系統(tǒng)，對(duì)球磨機(jī)及物料運(yùn)送、篩分設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)后面的焙燒系統(tǒng)也由此系統(tǒng)中進(jìn)行控制運(yùn)行。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的特殊性，在引進(jìn)此批設(shè)備后，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)又增加了一些設(shè)備，因此控制系統(tǒng)的容量及穩(wěn)定性就存在了較大問題。在增加一些輔助設(shè)備時(shí)，例如增加除塵用螺旋運(yùn)輸機(jī)的控制、振動(dòng)機(jī)的控制等，由于容量不足的原因，就不能使用PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，而采取的是繼電器進(jìn)行控制，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

1.2 球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的問題

從GFE公司引進(jìn)的球磨機(jī)配套電機(jī)為繞線式異步電動(dòng)機(jī)，供電源電為AC500V。在運(yùn)行過程中，一方面存在電源不標(biāo)準(zhǔn)、備件較難準(zhǔn)備的問題；另一方面電機(jī)運(yùn)行故障率高，受現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)大、灰塵大的緣故，二次側(cè)由于采用繼電器切除電阻進(jìn)行啟動(dòng)控制，故障特別多，查找故障也非常麻煩。因此在引進(jìn)此設(shè)備運(yùn)行后不久，對(duì)此電機(jī)及供電和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，電機(jī)仍為繞線式異步電動(dòng)機(jī)，但采用AC6000kV電源供電、二次側(cè)采用無刷液阻器進(jìn)行啟動(dòng)控制。此種啟動(dòng)器內(nèi)部充滿啟動(dòng)液，安裝于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸出的另一端，與轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)。啟動(dòng)過程中隨著轉(zhuǎn)速的提升，內(nèi)部元件在旋轉(zhuǎn)力的作用下靠近，減少液阻而逐漸提高啟動(dòng)速度，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)內(nèi)部機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)子外接二次線進(jìn)行短接，切除液阻，完成啟動(dòng)。當(dāng)時(shí)，這種控制方式對(duì)一般的繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制還是比較先進(jìn)和適用的，避免了繼電器控制的許多缺點(diǎn)。但在運(yùn)行過程中，此無刷液阻器的缺點(diǎn)卻暴露無遺，主要問題就是故障率特別高、運(yùn)行成本高，且具體原因未查明。故障現(xiàn)象是在球磨電機(jī)的啟動(dòng)過程中，經(jīng)常發(fā)生無刷液阻器不能正常工作、安全裝置爆裂漏液等問題，造成球磨電機(jī)不能切換到高速運(yùn)行的故障。而無刷液阻器一旦不能正常工作，送檢修單位檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部原件均被損壞，無法修復(fù)。新件單價(jià)在11萬左右，而所需的啟動(dòng)液每桶在1萬元左右，每次加入量為一桶半。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，一月內(nèi)，這樣的液阻器更換了兩個(gè)的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，造成運(yùn)行成本特別高，且嚴(yán)重影響到了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。通過對(duì)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的檢查發(fā)現(xiàn)，由于球磨機(jī)屬于重負(fù)荷設(shè)備，其啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、啟動(dòng)電流大、運(yùn)行過程中振動(dòng)大，這樣的特殊情況可能是造成此類無刷液阻啟動(dòng)器頻繁損壞的原因。但具體原因與生產(chǎn)廠聯(lián)系也未得到徹底解決，因此具體原因未查清，故障也未徹底排除，造成了生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)不能順利進(jìn)行的嚴(yán)重后果。

1.3 球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制問題

球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，由于自身必要保護(hù)措施的缺失，發(fā)生了電機(jī)二次側(cè)短路、定子繞組繞損等較大設(shè)備故障，對(duì)生產(chǎn)造成了不利因素，這也是一個(gè)較大的問題。此電動(dòng)機(jī)采用風(fēng)機(jī)輸送自然風(fēng)對(duì)頂部安裝的冷卻裝置進(jìn)行散熱，進(jìn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冷卻的原理來對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行降溫，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用AC380V電源單獨(dú)供電。受PLC系統(tǒng)容量限制，未進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，風(fēng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中不能得到有效監(jiān)控，對(duì)發(fā)生的故障也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。因此在此兩臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)得到冷卻，造成電動(dòng)機(jī)溫度高而沒有任何現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置跟蹤發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而發(fā)生電動(dòng)機(jī)燒損事故。另外，球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的軸承溫度也沒有檢測(cè)裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，靠人工定時(shí)對(duì)其測(cè)定，不能很好地保護(hù)此設(shè)備良好運(yùn)行，增加了故障點(diǎn)。因此電動(dòng)機(jī)自身必要保護(hù)措施的缺失也是一個(gè)較大的問題。

1.4 控制系統(tǒng)硬件及程序存在的其他問題

球磨系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，受生產(chǎn)工藝及物料運(yùn)輸順序的限制，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行及啟動(dòng)順序進(jìn)行了規(guī)定。在生產(chǎn)過程中，某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備就應(yīng)按程序設(shè)定而自動(dòng)停止運(yùn)行，如球磨機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，給球磨機(jī)運(yùn)送物料的前段設(shè)備就應(yīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，停止向球磨機(jī)內(nèi)加料，防止物料阻塞，達(dá)到保護(hù)的目的。原球磨電氣控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行集中控制，對(duì)接觸器的分、斷進(jìn)行了監(jiān)控，以達(dá)到監(jiān)控設(shè)備是否處于運(yùn)行狀態(tài)的目的。程序的編制也以接觸器分、斷來判斷設(shè)備分別處于停止、運(yùn)行狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)保護(hù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的主電源斷路器在運(yùn)行過程中由于某種原因突然斷開而接觸器（接觸器工作電源為單獨(dú)的電源）仍處于閉合狀態(tài)，PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到此臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，但此臺(tái)設(shè)備卻已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，必將造成較大的故障。此類故障是比較常見的，因此同樣給生產(chǎn)帶來了較大的隱患。另外，受現(xiàn)場(chǎng)工作場(chǎng)地及環(huán)境影響，某些設(shè)備需要在檢修或檢查時(shí)進(jìn)行部分聯(lián)動(dòng)、單臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試等操作，同時(shí)觀察相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，但此控制系統(tǒng)不能完全滿足需要，給現(xiàn)場(chǎng)操作帶來了不便。

2 控制系統(tǒng)的改造

球磨機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的改造為電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行完善性改造提供了時(shí)機(jī)，為徹底解決存在的問題提供了機(jī)會(huì)。因此，球磨電氣控制系統(tǒng)針對(duì)上述問題進(jìn)行了改造。主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)及主電源和控制系統(tǒng)、其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及程序控制進(jìn)行了改造，取得了優(yōu)異的實(shí)效業(yè)績(jī)。

2.1 PLC控制系統(tǒng)硬件及控制程序的完善

針對(duì)原系統(tǒng)容量不足、受其他工序流程牽制等原因，造成其不能完全滿足生產(chǎn)操作需要的問題，對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容的改造。主要是將PLC控制器與其他工序的控制器進(jìn)行分離，單獨(dú)采用一套S7-400的PLC系統(tǒng)來控制球磨電氣系統(tǒng)，并對(duì)監(jiān)控點(diǎn)、控制點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)其他數(shù)據(jù)采集、程序等進(jìn)行了完善，滿足了目前生產(chǎn)操作的需要。同時(shí)預(yù)留了一些容量，為可能會(huì)增加的設(shè)備或功能預(yù)留了足夠的容量。同時(shí)將原除塵系統(tǒng)的運(yùn)行也納入此系統(tǒng)中，提高了環(huán)保設(shè)備運(yùn)行的可靠性和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保設(shè)備的管理水平，為確保生產(chǎn)順利進(jìn)行提供了保障。

2.2 球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及保護(hù)控制系統(tǒng)改造

球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率較大，達(dá)到400kW，且運(yùn)行環(huán)境惡劣、灰塵大、振動(dòng)大是影響電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的最大的不利因素。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)及增加必要的保護(hù)與運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備是相當(dāng)重要的。在對(duì)電動(dòng)機(jī)改造方面，首先對(duì)其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過電動(dòng)自帶的冷卻風(fēng)扇對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，冷卻風(fēng)扇安裝于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，通過防塵罩吸收外部空氣對(duì)電動(dòng)機(jī)定子進(jìn)行冷卻，增加了其運(yùn)行的穩(wěn)定性。從電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，在定子中及轉(zhuǎn)子兩端的軸承處安裝了數(shù)個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入PLC系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)設(shè)定溫度運(yùn)行上限，達(dá)到上限自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警。對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行最重要的電流進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，并在現(xiàn)場(chǎng)安裝了電流顯示表，特別便于球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控。通過對(duì)電動(dòng)及保護(hù)控制系統(tǒng)的改造提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)。

2.3 球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的改造

球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的改造，是本次球磨電氣控制系統(tǒng)改造中主要的改選內(nèi)容，其中最重要的方面就是解決電動(dòng)機(jī)二次側(cè)控制系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性問題。本次改造采用的電動(dòng)機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，通過滑環(huán)外引出外接電源線，接入控制柜中進(jìn)行二次側(cè)運(yùn)行控制。結(jié)合前兩次電動(dòng)機(jī)二次側(cè)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，采用液阻柜對(duì)二次側(cè)運(yùn)行進(jìn)行控制。改造的主要方面是利用經(jīng)濟(jì)、安全、有效的導(dǎo)電溶液代替過去的電阻絲和較昂貴的專用啟動(dòng)液，裝入一個(gè)容器中，通過插入電極的濃度來控制電極間阻值的大小，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)二次側(cè)接入電阻值的大小。電機(jī)插入深度及快慢速度由液阻柜內(nèi)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，可設(shè)定相應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間來控制此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，其結(jié)果是控制球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)二次側(cè)接入電阻的變化速度，控制啟動(dòng)時(shí)間。啟動(dòng)完成后由液阻柜內(nèi)元件對(duì)二次線路進(jìn)行短接，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)行狀態(tài)。為了減少球磨機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和灰塵對(duì)二次控制系統(tǒng)的損害，此液阻控制柜采用了較高的防護(hù)等級(jí)，安裝位置與球磨機(jī)相隔一定的距離，且在球磨機(jī)工作所使用的防塵罩外。這樣在很大程度上減少了振動(dòng)和灰塵對(duì)控制柜及控制設(shè)備的傷害，提高了此控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.4 電動(dòng)控制系統(tǒng)其他方面的改造

結(jié)合本次改造，對(duì)各設(shè)備控制使用的斷路器進(jìn)行了完善改進(jìn)，增加了斷路器工作位置監(jiān)控點(diǎn)，接入PLC系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，確保了生產(chǎn)工藝及流程控制的需要。在對(duì)球磨機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控保護(hù)方面，新增加了球磨機(jī)軸瓦運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)與控制保護(hù)，使球磨機(jī)的關(guān)鍵部位得到了應(yīng)有的監(jiān)控。同時(shí)對(duì)球磨機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的液壓冷卻系統(tǒng)也進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，對(duì)液壓冷卻系統(tǒng)的電機(jī)運(yùn)行情況、高低油壓情況、油溫情況實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)入PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，出現(xiàn)異常情況自動(dòng)停止球磨機(jī)運(yùn)行，提高了球磨機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，為生產(chǎn)提供了更好的保障。

3 改造后設(shè)備的運(yùn)行及改造中存在的問題

3.1 改造后設(shè)備的運(yùn)行

通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，降低了運(yùn)行過程中的故障率，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了很大提升。而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的完善，在設(shè)備出現(xiàn)故障前兆時(shí)就得到了相應(yīng)的監(jiān)控，減少了大量設(shè)備事故的發(fā)生，不但提高了設(shè)備的保產(chǎn)能力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)職工更好地管理設(shè)備也增加了信心。同時(shí)通過對(duì)球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)的改造，消除了故障發(fā)生頻繁的現(xiàn)象，從根本上杜絕了二次側(cè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生故障的現(xiàn)象，根除了存在的問題，且啟動(dòng)控制液阻柜所用電阻液價(jià)格低廉，所用控制元件為普通常用備件，消耗低，運(yùn)行成本低，為企業(yè)爭(zhēng)創(chuàng)良好經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。通過對(duì)控制程序、相關(guān)備件硬件的改造，完全滿足了生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程的需要，完善了設(shè)備功能，提高了設(shè)備性能，為企業(yè)生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)保障基礎(chǔ)。

3.2 改造過程中存在的問題

改造過程中存在的問題主要有三點(diǎn)：一是在細(xì)節(jié)上處理得不夠完好，如球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)二次側(cè)控制用接觸器容量選用較小，運(yùn)行時(shí)溫度高，在運(yùn)行過程中不得不進(jìn)行擴(kuò)容更換；再比如就是與現(xiàn)場(chǎng)操作未很好溝通交流，操作位置、控制流程在改造過程中進(jìn)行了變更，以更好滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。這些雖然是小問題，但同樣影響了設(shè)備改造的進(jìn)程。二是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的突發(fā)事件處理不完善，沒有采取最好的辦法進(jìn)行解決。受工期及工程量等原因，對(duì)改造過程中新增加的部分設(shè)備的控制系統(tǒng)未采取系統(tǒng)的、有效的方式進(jìn)行解決，而是采用了臨時(shí)措施對(duì)其進(jìn)行處理，為以后的設(shè)備運(yùn)行埋下了隱患。三是受多方面原因限制，改造過程的質(zhì)量沒有得到完全保證，在試運(yùn)行過程中部分進(jìn)行了完善，在今后的運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問題。

4 結(jié)語

本次球磨電氣控制系統(tǒng)的改造徹底解決了以前設(shè)備運(yùn)行過程中控制系統(tǒng)存在的問題，特別是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)二次側(cè)的啟動(dòng)控制問題，采用低價(jià)、高穩(wěn)定性、高安全性的設(shè)備解決了存在的大問題，為企業(yè)降低了消耗。同時(shí)完全滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程的需要，運(yùn)行過程中的高穩(wěn)定性得到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的認(rèn)可，取得了

成功。

參考文獻(xiàn)

[1] 蒙麗華.對(duì)電氣設(shè)備維修與改造的經(jīng)驗(yàn)探討[J].廣西輕工業(yè)，2011，（7）.

作者簡(jiǎn)介：王法軍（1973-），男，四川樂至人，攀鋼集團(tuán)釩業(yè)有限公司助工，研究方向：電氣控制系統(tǒng)。