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(shù)中心有限公司：浙江 衢州 324004）

常見的化工動(dòng)設(shè)備包括物料輸送相關(guān)設(shè)備（屏蔽泵、離心泵、柱塞泵和隔膜泵等）、反應(yīng)混合相關(guān)設(shè)備（攪拌器、高剪切乳化機(jī)等）、制冷相關(guān)設(shè)備（壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等）、分離相關(guān)設(shè)備（離心機(jī)、過濾機(jī)等），動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行與傳動(dòng)大多基于電機(jī)實(shí)現(xiàn)。

這些動(dòng)設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，他們的使用需要根據(jù)化工生產(chǎn)的具體要求來選擇，完成其傳動(dòng)控制也不盡相同，需根據(jù)具體生產(chǎn)流程的使用來設(shè)計(jì)不同的電控回路。本文將通過2個(gè)實(shí)際電控回路的分析改進(jìn)來闡述其優(yōu)化需要綜合考慮多方面的因素，其中包括控制設(shè)計(jì)、干擾誤動(dòng)作、線路成本、通用性和保護(hù)效果等。

1 案例一：變頻電機(jī)啟停控制優(yōu)化

1.1 基本情況

某化工企業(yè)大量使用ACS880變頻器用于反應(yīng)釜攪拌器及物料輸送機(jī)泵的變頻電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，變頻電機(jī)啟停需實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作柱及遠(yuǎn)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(dòng)啟?？刂圃鞦ig 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(shí)現(xiàn)該控制需調(diào)用ACS880 手動(dòng)/自動(dòng)宏的相關(guān)設(shè)置，其中DI3 為手自動(dòng)控制輸入（手動(dòng)0/自動(dòng)1）點(diǎn)，手自切換由現(xiàn)場(chǎng)操作柱轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)；DI1、DI2為手動(dòng)啟停控制輸入點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)操作柱的啟停按鈕觸發(fā)的脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)控制；DI6為自動(dòng)啟停控制輸入，由DCS室給定0或1的電平信號(hào)來控制[1]。

要實(shí)現(xiàn)以上控制需設(shè)置ACS880的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：應(yīng)用宏（9604）改為手自動(dòng)/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(shè)置實(shí)現(xiàn)變頻器手、自動(dòng)啟?，F(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的功能，然后通過變頻器繼電器開斷點(diǎn)輸出去控制變頻電機(jī)散熱風(fēng)扇與主電機(jī)的同步運(yùn)行，從而完成機(jī)泵、攪拌電機(jī)的啟停控制。

1.2 存在問題

由于化工生產(chǎn)區(qū)域特殊性，常有強(qiáng)酸堿氣體或物料的散發(fā)或泄露，同時(shí)也有易燃易爆氣體產(chǎn)生，因此電氣控制設(shè)備需采用爆炸危險(xiǎn)區(qū)域相適配等級(jí)的電氣防爆設(shè)備。該案例現(xiàn)場(chǎng)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(duì)啟?？刂茷镈C 24 V變頻輸出電源而言會(huì)產(chǎn)生一些問題。

問題大致有：1）長距離布線引發(fā)的控制信號(hào)衰減；2）與動(dòng)力電纜同橋架布線產(chǎn)生的電磁干擾；3）為防止干擾采用帶屏蔽線層的電纜又會(huì)使成本增加；4）24 V弱電控制會(huì)因接線端子排受潮爬電而造成變頻啟停誤動(dòng)作；5）使用的ACS880變頻器由于功能多設(shè)置復(fù)雜常出錯(cuò)，且機(jī)器價(jià)格昂貴；6）用變頻器實(shí)現(xiàn)手、自動(dòng)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(duì)企業(yè)的生產(chǎn)成本、效率、穩(wěn)定、安全都會(huì)產(chǎn)生不良影響。

1.3 優(yōu)化方案

通過將防爆操作柱BZC8050 的手自動(dòng)切換啟?？刂朴谧冾l電機(jī)散熱風(fēng)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(dòng)自動(dòng)啟停控制原理Fig 2 220 V manual automatic start and stop control schematic diagram

圖2 中，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打手動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)按鈕①、②點(diǎn)閉合觸發(fā)KM接觸器瞬時(shí)吸合并通過KM的常開觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自保持；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打自動(dòng)檔位置時(shí)，手動(dòng)回路斷開，自動(dòng)回路接點(diǎn)⑥、⑤閉合，接觸器KM 則有DCS 接入的5～7 點(diǎn)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(diǎn)）。這樣可將控制電源DC 24 V 改變?yōu)锳C 220 V，同時(shí)可避免變頻器的繁瑣手自動(dòng)參數(shù)設(shè)置。

1.4 實(shí)施效果

采用AC 220 V 控制信號(hào)進(jìn)行控制，可有效避免線路干擾和信號(hào)衰減的問題，并避免變頻器啟停誤動(dòng)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(yōu)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(shí)施2年以來，降低了電纜成本，設(shè)備從未發(fā)生干擾及誤動(dòng)作情況，控制穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行安全。

2 案例二：屏蔽泵保護(hù)改進(jìn)優(yōu)化

2.1 基本情況

某化工企業(yè)從事化工產(chǎn)品科研。中試生產(chǎn)中，工藝路線尚不成熟，動(dòng)設(shè)備的選型也并不成熟穩(wěn)定。在普通的離心泵、隔膜泵更換為屏蔽泵時(shí)，原有傳統(tǒng)的機(jī)泵控制保護(hù)回路并不適用于屏蔽泵，這是因?yàn)槠帘伪玫木€圈繞組與泵體集成一體，其本身并無散熱風(fēng)葉，其發(fā)熱狀況受負(fù)載及泵內(nèi)流體溫度影響很大，而泵體自帶的熱敏開關(guān)對(duì)其過熱保護(hù)起到了關(guān)鍵作用。該化工中試企業(yè)過往也曾因熱敏開關(guān)未接入保護(hù)回路造成機(jī)泵燒毀的設(shè)備事故，對(duì)生產(chǎn)造成了較大影響。

2.2 存在問題

屏蔽泵接線盒內(nèi)有S1、S2 2 個(gè)熱敏開關(guān)輸出接線端，正常處常閉狀態(tài)，當(dāng)泵體發(fā)熱超過熱敏開關(guān)閾值時(shí)會(huì)斷開，從而切斷設(shè)備運(yùn)行避免過熱燒毀。普通機(jī)泵的電機(jī)并無該保護(hù)開關(guān)，在普通機(jī)泵更換為屏蔽泵時(shí)，需另外增加線纜將熱敏開關(guān)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(shí)，線路長并可能會(huì)涉及爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的動(dòng)火、登高作業(yè)，在影響施工時(shí)間進(jìn)度同時(shí)還增加諸多安全隱患。過往也曾會(huì)因施工難度大、耗時(shí)長而放棄該保護(hù)。

2.3 優(yōu)化方案

優(yōu)化思路有3點(diǎn)：一是熱敏開關(guān)的保護(hù)功能要實(shí)現(xiàn)利用，二是要避免長距離的布線施工影響生產(chǎn)，三是要便于設(shè)備故障跳停后的線路排查檢修。要實(shí)現(xiàn)上述方案，需通過原現(xiàn)場(chǎng)操作柱電控接線改進(jìn)來實(shí)施。

實(shí)施方法：電機(jī)主回路U、V、W三相進(jìn)線從原電機(jī)拆除，接入屏蔽泵電機(jī)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(nèi)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(nèi)啟、停按鈕連接端，使熱敏開關(guān)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(jī)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(biāo)注11 號(hào)，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(hù)開關(guān)的線路排查。如圖3所示。

圖3 屏敢泵熱保護(hù)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(tài)下，用萬用表測(cè)量3 和11 號(hào)端子，正常為常閉，過熱保護(hù)則斷開。在通電狀態(tài)也可檢查熱敏開關(guān)的通電，用萬用表測(cè)量3號(hào)端子對(duì)地220 V則開關(guān)正常，如果測(cè)得11 號(hào)對(duì)地220 V，3 號(hào)對(duì)地電壓0 V 則可判定熱保護(hù)開關(guān)已動(dòng)作。

2.4 實(shí)施效果

將熱敏開關(guān)串接入現(xiàn)場(chǎng)操作柱，并將檢測(cè)反饋點(diǎn)通過原有控制線接入配電室的方法實(shí)施以來，極大地降低遠(yuǎn)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(jié)束語

化工生產(chǎn)過程中，動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的作用，而動(dòng)設(shè)備的性能好壞很大程度上取決于其控制系統(tǒng)的質(zhì)量。優(yōu)化動(dòng)設(shè)備的控制系統(tǒng)可以提高設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。

通過對(duì)化工企業(yè)常用的2 種動(dòng)設(shè)備（變頻電機(jī)、屏蔽泵）電控優(yōu)化過程進(jìn)行深入地分析與優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(shè)備的適用性和可靠性都產(chǎn)生了很好的效果，達(dá)到了提高生產(chǎn)產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本、延長設(shè)備壽命的目的，提升了化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，每年可約為企業(yè)節(jié)約設(shè)備、線纜、人工等成本近百萬元。

以上經(jīng)驗(yàn)和方法，不僅適用于變頻電機(jī)、屏蔽泵2個(gè)具體的案例，也可以為其他類似問題的控制優(yōu)化提供參考和借鑒。