智能電機保護器在水泥熟料生產(chǎn)線中的應(yīng)用

本文介紹了傳統(tǒng)電氣控制回路保護方式和電機保護器保護方式，分析了電機保護器的主要功能和優(yōu)勢，給出了在巴西MZBA3000t/d熟料生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，該控制系統(tǒng)投入運行后，系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠，能夠滿足水泥工業(yè)生產(chǎn)所需的各項工藝技術(shù)指標(biāo)。

0 引言

水泥生產(chǎn)企業(yè)屬于能耗高，污染大同時需要設(shè)備連續(xù)不間斷運行的行業(yè)，而電機設(shè)備是水泥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用廣泛的動力裝置，對電動機設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性的要求較高，一旦發(fā)生事故就必須盡快查明原因及時處理，以保證及時恢復(fù)生產(chǎn)。傳統(tǒng)電動機的控制和保護只能通過普通電氣元件，電纜與DCS系統(tǒng)進行點對點硬件連接，保護功能少，獲取的狀態(tài)信息有限，無法實現(xiàn)對電動機的綜合保護和詳細的故障檢測及遠程通訊等更高要求。隨著智能電氣設(shè)備的更新?lián)Q代和工藝控制流程的不斷完善，尤其是自動化和智能化等生產(chǎn)要求，迫切需要完善電動機控制和保護，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的測控、故障診斷及集中管理等功能。

1 采用傳統(tǒng)電氣控制回路保護方式

巴西MZBA水泥粉磨站系統(tǒng)位于巴西東北部城市莫索羅境內(nèi)，原水泥粉磨站系統(tǒng)擁有大量低壓三相異步電動機，在電機控制和保護中利用傳統(tǒng)的電動機控制回路，見圖1。在此控制回路中，主電路由斷路器QF、接觸器KM的主觸頭、熱繼電器FR的熱元件與電動機M構(gòu)成。當(dāng)電動機過載時，熱繼電器脫扣以保護電動機，與接觸器搭配使用在電路中起斷相保護作用?？刂苹芈分杏涩F(xiàn)場按鈕箱（轉(zhuǎn)換開關(guān)、起/停按鈕）、熔斷器、接觸器的常開/常閉觸頭、

來自DCS控制系統(tǒng)的觸點、熱繼電器的輔助觸點等組成，由此實現(xiàn)在現(xiàn)場通過起/停按鈕或由中控DCS系統(tǒng)控制電動機的起動和停止。

圖1 傳統(tǒng)的電動機控制回路

原水泥磨系統(tǒng)電機控制和保護利用傳統(tǒng)的斷路器、接觸器、熱繼電器等普通電氣元件來實現(xiàn)，可靠性差，保護功能不全面，無法對電動機實施有效的保護，易造成因保護不及時造成電動機停機或故障。此外所有連接都是通過硬接線連接來實現(xiàn)對電動機回路的控制，設(shè)備維護不方便，傳送信息有限。

2 采用電機保護器保護方式

巴西MZBA3000t/d熟料水泥生產(chǎn)線是合肥水泥研究設(shè)計院在原有水泥磨系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增設(shè)計的一條熟料生產(chǎn)線，該項目在低壓電動機的保護和控制上，選用了基于現(xiàn)場總線的電動機控制和保護單元（Motor Control & Protection Unit，縮寫為MCU），采用電機保護器的控制回路，見圖2。在此控制回路中，主電路由斷路器+接觸器+電動機保護器構(gòu)成，其中電機保護器是回路中主要的核心元件。當(dāng)電動機的額定電流≤63A 時，主回路的三相出線可以直接穿過的電流測量單元，實現(xiàn)對電動機三相電流的測量取樣，用來實現(xiàn)對電動機的保護及現(xiàn)場中控的顯示。當(dāng)額定電流》63A 時不能用于直接測量，需要配合外部電流互感器 CT （二次側(cè)輸出為 1A 或 5A）進行電流測量。直接將電源的三相火線及中性線接到電壓輸入端子，以實現(xiàn)對電動機三相線電壓和相電壓的測量取樣。額定工作電壓為DC24V，按開關(guān)量外部輸入電源劃分，可分為AC240V、DC24V兩種，前者有9點開關(guān)量輸入，后者有13點開關(guān)量輸入。考慮到MZBA3000t/d熟料水泥生產(chǎn)線皮帶輸送機，提升機等都安裝有拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)，料位開關(guān)等，所需開關(guān)量輸入較多，故為所有電機機配置了開關(guān)量輸入電源為DC24V的。還具有先進的現(xiàn)場總線接口PrfibusDP的通信設(shè)計，保證了與DCS系統(tǒng)通信的快速可靠，同時能快速響應(yīng)上位機的實時查詢等要求并執(zhí)行相應(yīng)操作。標(biāo)準(zhǔn)的配置，為熟料水泥生產(chǎn)線低壓電動機提供了一整套專業(yè)化的集保護、控制、監(jiān)測與通訊于一體的智能化管理方案。電機保護器主要功能如下。

圖2 電機保護器的電動機控制回路

（1）保護功能。 完善的電機保護是對電機運行過程中的各種運行狀況的詳細信息進行采集跟蹤，通過對故障報警、保護動作（保護脫扣）以及動作延時時間的設(shè)定來實現(xiàn)及時準(zhǔn)確的保護，保證生產(chǎn)的安全。在設(shè)備可能產(chǎn)生重大故障前，及時發(fā)出報警信號，并記錄故障信息，方便維護人員查找故障原因并作出及時處理，避免不必要的停機，保證設(shè)備運行的有效性。通過對電動機的三相電壓、三相電流、漏電電流、接觸器狀態(tài)、主開關(guān)狀態(tài)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)對電動機的多種保護，完善的電機全面綜合保護功能，保證了水泥廠生產(chǎn)工作的安全連續(xù)運行。

（2）控制功能?？蓪崿F(xiàn)各種不同的電機起動控制方式，電動機的控制權(quán)限包括現(xiàn)場控制及遠程控制，通過對控制權(quán)限的選擇規(guī)定電機控制的優(yōu)先權(quán)。各種需要的電動機起動控制方式已集成在裝置中；包括直接起動、正反轉(zhuǎn)直接起動、Y/Δ起動、自耦變壓器降壓起動、軟起動器控制等。

（3）監(jiān)測功能。 提供豐富的電機運行監(jiān)測功能，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場總線上傳到上位機集中管理，同時通過安裝在開關(guān)柜面板上的操作面板 MD 直接顯示，用戶可以直接通過面板查看各電參量值，操作面板上還有相應(yīng)的指示燈，可以直接顯示裝置目前的工作狀態(tài)，在發(fā)生故障時還以文本方式指示警告原因或脫扣原因。 可以監(jiān)測電機運行、停機、故障脫扣等狀態(tài)信號，可以監(jiān)測電機故障信息，包括過載、斷相、三相不平衡、接地故障、電機熱保護等信息。

（4）通訊功能。通過RS485接口，采用Profibus DP通信協(xié)議，與DCS系統(tǒng)進行通信，Profibus DP是一種主-從式的現(xiàn)場總線協(xié)議，在DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中它作為 Profibus 從站。 的Profibus DP通訊接口芯片采用西門子公司的SPC3芯片，通訊介質(zhì)通常采用屏蔽雙絞線，其通訊速率為1.5 Mbit/s。在DCS系統(tǒng)硬件配置中的通訊連接，見圖3。

圖3 電機保護器的通訊連接

3 電機保護器的優(yōu)勢

電機保護器在巴西MZBA3000t/d熟料生產(chǎn)線的應(yīng)用中，和原水泥粉磨站系統(tǒng)傳統(tǒng)的電機控制方式相比較已經(jīng)充分體現(xiàn)出諸多的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾點：

（1）電機保護器由基于微處理器技術(shù)開發(fā)研制的電動機保護與控制裝置，各種保護功能可通過參數(shù)設(shè)置軟件 MCUSetup輕松設(shè)置，通過對三相電流、電壓的監(jiān)測，實現(xiàn)對電動機的智能化保護、控制及監(jiān)測，為電動機提供的完備保護，避免了因電動機過載，堵轉(zhuǎn)，接地故障，斷相等可能故障導(dǎo)致的生產(chǎn)事故，可以滿足絕大多數(shù)用戶的需要，保證了電機設(shè)備運行的穩(wěn)定性與安全性。

（2）是具有先進的現(xiàn)場總線接口，采用了Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，以I/O站為基礎(chǔ)，與總線控制器相結(jié)合，盡量發(fā)揮現(xiàn)場總線布線靈活的優(yōu)勢，通過接線方式設(shè)計的改變，本系統(tǒng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DCS更節(jié)省了I/O模件數(shù)量及裝置室的空間；同時減少了大量電纜，可以極大節(jié)省安裝費用，降低系統(tǒng)成本。同時， 標(biāo)準(zhǔn)的配置，完善的功能，大大簡化了系統(tǒng)回路的維護，提高了水泥生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性。

（3）隨著新一代的控制系統(tǒng)如FCS、NCS等的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的電氣元器件難以實現(xiàn)集中管理、分散控制的要求， Profibus DP/RS485的通訊設(shè)計，保證了與上位機通訊的快速可靠，同時能快速響應(yīng)上位機的實時查詢等要求并執(zhí)行相應(yīng)操作。

（4）此外， 增加了一些特殊的控制功能，如：分組起動，自動重起動，起動次數(shù)限制等，防止電動機的頻繁啟動等，可以滿足在一些特殊情況下的應(yīng)用，而在傳統(tǒng)的控制方式中，實現(xiàn)這些功能比較困難。

4.安科瑞智能電動機保護器介紹

4.1產(chǎn)品介紹

智能電動機保護器（以下簡稱保護器），采用單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

4.2技術(shù)參數(shù)

4.2.1數(shù)字式電動機保護器

4.2.2模塊式電動機保護器

4.3產(chǎn)品選型

說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

5結(jié)束語

本水泥熟料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)投入運行后，系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠，能夠滿足水泥工業(yè)生產(chǎn)所需的各項工藝技術(shù)指標(biāo)，所選用的基于現(xiàn)場總線的 電機保護器為水泥廠低壓電動機提供了一整套專業(yè)化的集保護、控制、監(jiān)測與通訊于一體的智能化管理方案，在現(xiàn)場使用考核中具有良好的穩(wěn)定性、實時性和先進性，全面提升了水泥企業(yè)的自動化程度，同時對提高水泥產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能耗，實現(xiàn)“生態(tài)文明建設(shè)”等方面都有著顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

責(zé)任編輯：tzh