樂美基

摘 要：本文以廈門某隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)改造為例，分析介紹了如何通過對原設(shè)計(jì)電路的修改，結(jié)合ABB軟啟動(dòng)器的性能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力設(shè)備的有效控制。并把實(shí)際運(yùn)行中的成功案例應(yīng)用于預(yù)備技師階段教學(xué)，從案例教學(xué)中使學(xué)生全面、深入地了解ABB PSS PSTB系列軟啟動(dòng)器的使用方法、技術(shù)特點(diǎn)，并且達(dá)到工學(xué)一體的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：大功率射流風(fēng)機(jī) 軟啟動(dòng)器 高級工

目前，技工院校正在進(jìn)行著一場史無前例的課程改革，以往是理論課在課堂里上，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論課程內(nèi)容，后來，采用理論實(shí)驗(yàn)一體。現(xiàn)在，進(jìn)行一體化課程改革，做到工學(xué)一體，引進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，提煉典型工作任務(wù)和代表性工作任務(wù)，充分體現(xiàn)了做中學(xué)、學(xué)中做的特點(diǎn)，深入了解學(xué)生的個(gè)體特性，因材施教。但在教學(xué)過程中，教師自己設(shè)計(jì)、自己改造的成功案例應(yīng)用于教學(xué)中，能充分體現(xiàn)出新知識(shí)的應(yīng)用，并積累成功經(jīng)驗(yàn)。

一、隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)項(xiàng)目改造

1.選擇軟啟動(dòng)器

對廈門某隧道的運(yùn)行維護(hù)，射流風(fēng)機(jī)須連續(xù)進(jìn)行。電動(dòng)機(jī)的控制要求是平滑啟動(dòng)和停止，要有效降低啟動(dòng)電流，防止浪涌電流出現(xiàn)，并且不能降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。軟啟動(dòng)器可以降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，是傳統(tǒng)星-三角、自耦降壓啟動(dòng)器的最佳換代產(chǎn)品。本項(xiàng)目采用ABB PSS PSTB系列軟啟動(dòng)器。ABB PSS PSTB系列軟啟動(dòng)器集成了軟啟動(dòng)、軟停車和節(jié)能等功能，控制三相晶閘管的導(dǎo)通角，按不同的控制要求調(diào)節(jié)電壓，從而控制電動(dòng)機(jī)。變頻器主要調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度，是通過改變電源頻率，從而調(diào)節(jié)電源電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能。它有軟啟動(dòng)器的降壓啟動(dòng)功能，但構(gòu)造和價(jià)格比軟啟動(dòng)器昂貴。軟啟動(dòng)器只改變啟動(dòng)電壓而不改變電源頻率，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，軟啟動(dòng)器會(huì)旁路退出運(yùn)行。

2.啟動(dòng)方式的選擇

射流風(fēng)機(jī)屬于電動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展，用途不同。電動(dòng)機(jī)在額定電壓下啟動(dòng)，需要的電流為額定電流的4～7倍。射流風(fēng)機(jī)需要頻繁啟動(dòng)、停止，在啟動(dòng)過程中，強(qiáng)大的啟動(dòng)電流，會(huì)造成電網(wǎng)的線路電壓波動(dòng)，影響其他設(shè)備正常運(yùn)行，而且對前端變壓器產(chǎn)生較大沖擊。因此，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇尤為重要。

廈門某隧道排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)出主隧道共有39臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，一臺(tái)功率30kW。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式有Y/△降壓啟動(dòng)、自耦變壓器降壓啟動(dòng)、串電阻降壓啟動(dòng)。傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)都是利用接觸器等器件控制，降低啟動(dòng)電壓，缺點(diǎn)是啟動(dòng)電壓有跳變，不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)。在工業(yè)應(yīng)用中，功率大于7.5kW的電動(dòng)機(jī)，一般不采用直接啟動(dòng)方式。隧道的射流風(fēng)機(jī)屬于大功率電動(dòng)機(jī)，啟停會(huì)對電網(wǎng)造成較大沖擊，因此選擇軟啟動(dòng)器作為射流風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)和停機(jī)。

軟啟動(dòng)器是降低加載到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓來降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，在設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)電壓，使電壓連續(xù)平穩(wěn)地上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之平穩(wěn)上升，當(dāng)電壓升至額定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。此時(shí)，軟啟動(dòng)器旁路，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)完全啟動(dòng)，在額定電壓下運(yùn)行。

3.項(xiàng)目改造內(nèi)容

廈門某隧道通車運(yùn)行8年來，配電系統(tǒng)低壓開關(guān)時(shí)常出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，甚至有時(shí)使高壓開關(guān)跳閘。而重新上電恢復(fù)，照明系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)一切運(yùn)行正常，沒有發(fā)現(xiàn)故障問題所在點(diǎn)。

通過對大功率射流風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制圖的綜合分析。射流風(fēng)機(jī)一組三臺(tái)，30kW/臺(tái)，同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，造成線路壓降過大，并影響其他設(shè)備運(yùn)行，并對變壓器造成一定損傷；射流風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)同時(shí)停止，形成電流涌流，沖擊其他設(shè)備運(yùn)行，同網(wǎng)絡(luò)中的電腦主機(jī)時(shí)常會(huì)燒毀主機(jī)電源，給隧道正常運(yùn)行帶來諸多安全隱患?，F(xiàn)用PLC和軟啟動(dòng)器對這套設(shè)備進(jìn)行改造，每組增加主電源開關(guān)和熱繼電器。用軟啟動(dòng)器控制射流風(fēng)機(jī)，軟啟動(dòng)器引出信號去PLC。編寫PLC程序控制軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間。

軟啟動(dòng)器設(shè)定電壓提升時(shí)間：斜坡發(fā)生函數(shù)升壓控制方式簡單，沒有電流閉環(huán)控制，而采用控制晶閘管導(dǎo)通角，啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置在4s左右。設(shè)定停止時(shí)間電壓下降速度，在本控制系統(tǒng)中，不允許電動(dòng)機(jī)同時(shí)瞬時(shí)停機(jī)。為減少或防止電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)逐漸停機(jī)，即軟停車，晶閘管得到PLC給定的停止指令后，逐漸減小導(dǎo)通角，按PLC給定的時(shí)間直至全關(guān)閉，時(shí)間設(shè)置為4s。部分電氣原理圖如圖1所示。

一組三臺(tái)射流風(fēng)機(jī)在中控室可以直接遠(yuǎn)程控制，經(jīng)常開啟間隔時(shí)間短（2s內(nèi)同時(shí)開啟），單臺(tái)一對一的控制。同時(shí)啟動(dòng)時(shí)電流大，容易使開關(guān)跳閘。同時(shí)關(guān)閉產(chǎn)生電流涌流，也使開關(guān)跳閘。每臺(tái)射流風(fēng)機(jī)在主程序中都是獨(dú)立的啟停，一組是三臺(tái)，從PLC引出信號去觸摸屏，在觸摸屏中制作相關(guān)控制開關(guān)，可以在觸摸屏中設(shè)置啟停間斷時(shí)間和對射流風(fēng)機(jī)的控制。

通過上述分析，先對一組開關(guān)電箱控制回路進(jìn)行改造，要求開啟射流風(fēng)機(jī)時(shí)在“同一組供電電源”的應(yīng)每臺(tái)間隔15s，關(guān)閉射流風(fēng)機(jī)時(shí)每臺(tái)間隔5s。在控制箱增加安裝一個(gè)FX2n-48MR PLC確?？刂粕淞黠L(fēng)機(jī)啟動(dòng)與停止。遠(yuǎn)程控制是以組為單位，三菱FX2n-48MR PLC取遠(yuǎn)程控制的信號來完成啟動(dòng)與停止；就地控制線路不變；在Y001、Y002、Y003的輸出端接啟動(dòng)中間繼電器，當(dāng)某臺(tái)射流風(fēng)機(jī)故障檢修時(shí)，拔起啟動(dòng)中間繼電器，這樣不會(huì)使故障檢修射流風(fēng)機(jī)控制電箱二次控制電路處于工作狀態(tài)，兩臺(tái)可照常運(yùn)行，并且加設(shè)置軟?？刂?。編寫部分程序如圖2所示。

二、教學(xué)應(yīng)用

1.傳統(tǒng)教學(xué)案例的不足之處

首先，書本、雜志等傳統(tǒng)案例是專家學(xué)者根據(jù)實(shí)際情況提煉出來的、具有一定模擬仿真的特性。我們應(yīng)用于教學(xué)中，很容易脫離實(shí)際情況，或者說沒有實(shí)際載體，知識(shí)點(diǎn)很抽象，學(xué)生很難理解。其次，書本上的案例，任課教師沒有實(shí)際接觸、應(yīng)用或情景再現(xiàn)過，不能體會(huì)到該案例的真正技術(shù)重點(diǎn)和要點(diǎn)。調(diào)試設(shè)備時(shí)，平時(shí)編寫的程序經(jīng)仿真后認(rèn)為非常完美；但到現(xiàn)場，經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)有諸多問題，這才是技術(shù)的真正重點(diǎn)和難點(diǎn)，也恰恰是書本上案例的最大不足之處。

2.把自己做的項(xiàng)目案例轉(zhuǎn)化成教學(xué)資源

負(fù)責(zé)項(xiàng)目改造的教師對隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)改造案例進(jìn)行項(xiàng)目描述：改造前控制系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)、能耗情況、故障頻繁度、用到哪些技術(shù)；改造過程中應(yīng)用了哪些新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝、新材料，新設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)，現(xiàn)階段有哪些方面的應(yīng)用；改造后控制系統(tǒng)運(yùn)行情況、節(jié)能情況、故障率情況；本系統(tǒng)應(yīng)用了哪些新技術(shù)、市場上目前該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前沿和應(yīng)用前景怎么樣；在調(diào)試過程中遇到了哪些問題，這些問題是怎么解決的，解決問題的過程中查詢了哪些資料。這些問題要逐一用表格、文字描述、記錄清楚。

教師把該案例充分轉(zhuǎn)化成教學(xué)資源。負(fù)責(zé)項(xiàng)目改造的教師提煉典型工作任務(wù)，通過三個(gè)維度（工作對象、工具材料設(shè)備與資料、工作要求）對典型工作任務(wù)進(jìn)行描述，并提煉出代表性的工作任務(wù)，對代表性的工作任務(wù)進(jìn)行描述，轉(zhuǎn)換成教學(xué)課程，設(shè)置三維教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生能從該案例中充分學(xué)習(xí)項(xiàng)目改造、設(shè)備維修、新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用等知識(shí)，并可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，還可以讓學(xué)生在學(xué)校正常學(xué)習(xí)過程中積累豐富的“現(xiàn)場”經(jīng)驗(yàn)。

三、小結(jié)

軟啟動(dòng)器應(yīng)用與隧道射流風(fēng)機(jī)的控制，極大地改善了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，有效保障了設(shè)備的正常、連續(xù)運(yùn)行。本控制系統(tǒng)經(jīng)改造后，極大地降低了運(yùn)行故障率，有效保障了隧道設(shè)備的全天候運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，軟啟動(dòng)器會(huì)越來越得到廣泛的應(yīng)用。教師把項(xiàng)目改造中應(yīng)用軟啟動(dòng)器的知識(shí)充分轉(zhuǎn)換成教學(xué)資源，必然能極大地促進(jìn)教學(xué)改革，讓學(xué)生能在有限的教學(xué)載體上學(xué)習(xí)更多有價(jià)值的知識(shí)和積累更豐富的“現(xiàn)場”經(jīng)驗(yàn)。

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（作者單位：廈門技師學(xué)院）