首钢4#风机软起动过程的计算机监控.doc

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1、首钢4风机软起动过程的计算机监控张鹏远周德谋1问题的提出首钢4风机选用大功率同步电动机拖动(36.14MW)，起动方式是变频起动。大型同步电动机的软起动，系统复杂，条件多，起动步骤的要求也比较严格。从几年来的实践看，常常在起动时出现故障，因分析较困难，故而拖延起机时间。由于起动设备的配置很复杂，为方便电路走线，它们分别安装在上、中、下几层房间中，信号及故障显示分散，不宜集中观察。为集中观察和监测风机系统的软起动过程，我们在主控室加装计算机监控系统，将起动的充要条件及起动过程各步的关键点采集出来，经PLC的逻辑判断、组合送至上位机，在上位机画面上监视起动过程和并网情况。首先监视的是起动初始条件，

2、它包括风机条件：静叶位置9 5 MPa9.5MPa，润滑油压0.06MPa，润滑油温25；电机条件：各主电路开关要到位(小车开关)，均处于断开状态，需贮能的开关要贮能完毕，电机、变频器、变送器等均处于正常状态，保护系统无故障，励磁及风冷却系统工作正常。这些条件全部满足后，起动程序方能生效。因此，起动前捕捉起动条件满足的信息是重要的。软起动的过程是自动顺序控制，它采用自控变频同步电动机(无换向器电机)调速12。根据其特征性动作，本系统起动过程设定为14步，称逻辑走步，每一步都与多个因素和环节相关联，并为下一步的必要条件。本系统设计原则是：如起动过程中出现故障，无论走到哪一步，均退回初始状态，待故

3、障处理完后，再重新起动。这样，另一个重要问题就是要监视整个软起动过程，如有故障要记下发生在哪一步，并通过帮助键追寻到故障原因和元件，这可以及时迅速地处理故障，确保起动的成功。2系统构成控制系统构成框图见图1。图1 风机控制系统构成框图要采集必要的开关量，必须在现场取开关点。为了不影响原起动系统，我们的原则是：不取原系统运行中的点，而取执行元件上的多余点，如没有多余点的则引出信号，附加小型继电器，在其输出点上取开关量。2.1开关量的选取在操作控制台、仪表盘上取11个点，在起动逻辑控制柜上取23个点，在继电器逻辑控制柜上取17个点，引至本系统的监视系统柜。监视控制柜设置电源，加装40个小型继电器(

4、115系列)，线圈电压分别为24VDC、110VDC和220VAC，这些开关量的输出送至PLC。本系统在软起动过程中，除逻辑走步外，有两个变频调速过程：(1)在第8步由05Hz，大约35s；(2)在第12步由550Hz，大约3min。为了观察这一调节过程的主要参量变化情况(也可记录其变化曲线)，我们在现场还取了3个模拟量信号主电机电流、电压(转速)和励磁电流，一同送入PLC。2.2PLC选用SIEMENS公司产品S5-115U(也可选用日本OMRON及其它产品，因我公司S5-115U用的较多，为习惯性选择)，主要用来完成现场开关量、模拟量信号的采集、转换处理、逻辑判断及与上位机的通信联系。通过

5、继电器隔离，变换成标准信号的现场信号，由开关量输入模块或模拟量输入模块进行采集变换成二进制数码，通过主机架底板总线传送给CPU模块，按程序进行运算处理，扩展机架通过接口模块用电缆连接器与主机架底板总线连接，CPU模块将收集处理的信息存储到相应的数据块中，依据程序周期动态修改。通信处理器模块将上位机与PLC的CPU模块联系起来，完成数据接收、处理、转发等工作，使上位机能自如地获取需要的现场信息，并将上位机指令传给PLC，控制现场变量。PLC软件支持：1)使用编程器PG730上安装的STEP5软件，可圆满地完成S5-115U的编程和动态监控。STEP5提供梯形图、控制功能图和语句表3种编程语言。2

6、)STEP5中的COM525软件块可用来完成对通信处理模块CP524的编程，主要用于定义通信速率、帧格式等。2.3上位机(1)硬件配置486以上主机，16MB以上内存，1GB硬盘，3.5in(8.89cm)软驱，彩色监视器，LQ-1600K打印机，2个RS232串口，标准键盘，鼠标。(2)软件支持在Windows平台下FIXDMACS工业监控软件用来完成动态画面的制作、监视、控制等功能。在上位机上用FIXDMACS将需要监控的相关量以标签的形式链接在制作成的形象生动、色彩丰富的画面子图中，通过数值、颜色、形状、位置等的变化来反映被监控量的改变，能使现场操作人员直观地监视整个变频起动过程，发生故

7、障后能及时报警，提示诊断处理方法，快捷方便地查找和排除故障，为整个起动工艺流程提供了一个良好的人与设备接口环境。(3)监控画面构成监控画面构成见图2。图2 监控画面构成电气总图为本系统的电气原理图，其中有各大开关设备状态的动态显示，标明系统各部分的通、断电情况及起动过程中的动态变化。起动条件图中有电机、风机、外围设备起动条件，条件如果满足，标志为白色，不满足则为红色，全部条件满足后，延时在右上角出现“条件满足，可以起动”提示，为系统的顺利起动提供可靠信息。起动步进图显示起动过程中的步进情况，提示起动进程和并网成败信息，在步进过程中走到哪步，哪步框便改变颜色，并网成功后，给出令人欣喜的画面，提示

8、“并网成功”，失败则给出“并网未成功”的提示。如在哪一步出现故障，画面便停止在哪一步，通过帮助键，给出帮助菜单，在此菜单上，可找到故障的原因、元件及所处的部位，并提示处理方法。故障查询图中有系统各类故障的综合信息，提供各种故障的分析、判断、处理方法。元件功能表中列出系统中重要元器件的性能指标、安装情况、备件情况等重要信息。3安装、调试及应用此监控装置的电源、附加继电器、PLC设计安装在一双面开的柜中，我们先把这部分做好，按开关量输入的顺序在接线端子上做开合试验，先把逻辑关系固定下来，然后把这些点送入PLC，在PLC上输入起动条件的逻辑量关系，最后“与”为起动条件满足，可以起动。起动步骤则根据它

9、们的逻辑关系一步一步地设定进去，最后完成并网。如起动过程中任意一步出现故障或并网失败，都可通过帮助键找出原因及处理方法提示，把这些提示菜单用文字形式输入计算机，再把PLC与上位机通过通信联系起来，在上位机上做出相应画面并输入文字材料(菜单、帮助条件、信号灯亮的解释、系统设备及元件表等)。最后，在停机时把现场点与监视系统柜连接。因取的是开关量(模拟量取的是主系统的仪表显示部分)，因此本系统只要开通，不需要调试。本系统研制成功后，已于1998年5月用于4风机的生产线，成功地实现了在线监控，目前运行良好，收到了良好的效果。本监控系统在经过一段时间运行，取得经验，加以改进后，我们还准备在5、6风机上增设监控系统以达到计算机画面监控的目的。在系统设计和研制过程中，得到首钢动力厂的大力支持和配合，在此表示感谢。张鹏远 男 1939年生 教授级 高级工程师主要从事交流传动及其应用工作。张鹏远（首钢总公司总计控室北京100041）周德谋（首钢总公司总计控室北京100041）参考文献1，李志民，张遇杰.同步电动机调速系统.北京：机械工业出版社，1996.2，张琛.直流无刷电动机原理及应用.北京：机械工业出版社，1997.