SMCTM-Flex 軟啟動器在水泵上的應(yīng)用

吳小根

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南文山663703）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水泵的應(yīng)用也在隨之改變，在水處理工藝設(shè)計中，通常會對不同水量的設(shè)備選用對應(yīng)的增壓水泵。 為避免水泵啟動時對電路及電器元件的沖擊， 需要針對功率大小選擇對應(yīng)的啟動方式： 當(dāng)水泵電機(jī)功率＜15 kW 時， 可以采用電磁控制（接觸器等）直接啟動；當(dāng)水泵電機(jī)功率為15~30 kW時，可以采用星三角啟動方式，也可以采用軟啟動或變頻啟動方式以保證啟動穩(wěn)定；當(dāng)水泵電機(jī)功率＞30 kW 時，則必須采用軟啟動或變頻啟動方式。

1 項(xiàng)目背景

云錫文山鋅銦冶煉有限公司成立于2016 年，公司生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)100 kt 鋅、60 t 銦。為避免水泵啟動時對電路及電器元件的沖擊， 公司部分水泵采用了美國羅克韋爾自動化公司生產(chǎn)的AB 軟啟動器。該設(shè)備為SMCTM-Flex 控制，可提供一系列的啟動模式，如帶可選突跳起動的軟啟動、限流啟動、雙斜坡啟動、全壓啟動、軟啟動、軟停車等。 該公司的AB 軟啟動控制，主要采用軟啟動和軟停車啟動模式，可以實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程（DP 通訊）控制。通過現(xiàn)場2 年的使用對比，AB 軟啟動器相對于其他產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，調(diào)試便利，免維護(hù)，具有全數(shù)字功能，便于遠(yuǎn)程組網(wǎng)操控， 無需在線路上增加元件， 并能完成軟泊車，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 就地控制

“就地控制”顧名思義就是指在設(shè)備現(xiàn)場設(shè)有1個就地控制箱，可以直接啟停設(shè)備。就地控制可以很好地觀察設(shè)備啟動時的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)啟動狀態(tài)的好壞，快速地判斷是否需要停止設(shè)備，從而減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 控制器接線端子上的定義，如圖1 所示。

圖1 控制器接線端子

圖1 中端子號分別為：11 號控制電源輸入，12號控制電源公共端，13 號控制器是能輸入，14 號控制器模塊接地，15 號可選輸入端#2，16 號可選輸入端##1，17 號起動輸入，18 號停車輸入，19 號、20 號輔助觸點(diǎn)#1，21 號、22 號未用，23 號、24 號PTC 輸入，25 號、26 號測速計輸入，27 號、28 號接地故障，29 號、30 號輔助觸點(diǎn)#2，31 號、32 號輔助觸點(diǎn)#3，33 號、34 號輔助觸點(diǎn)#4。

用戶可以根據(jù)自己的控制需求設(shè)計控制原理圖。 該公司水泵要求實(shí)現(xiàn)就地控制加DP 通訊，遠(yuǎn)程由DCS 系統(tǒng)控制，在設(shè)計上需考慮遠(yuǎn)程/就地切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)，其控制原理見圖2。

圖2 控制原理

從圖2 中可以看到：1）nKA3 為就地啟停的中間繼電器,控制器16、17 號端子導(dǎo)通軟啟動器啟動。2）nSA 為就地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān), 控制器15 號端子得電，軟啟動器遠(yuǎn)程狀態(tài)。3）nKA1 為故障中間繼電器，控制器輔助端子#2。 4）nKA2 為軟啟動運(yùn)行指示燈中間繼電器，控制器輔助端子#3。5）nKA4 為全壓運(yùn)行指示燈中間繼電器，控制器輔助端子#1。 6）AB 接DP 通信線。

軟啟動的設(shè)置：進(jìn)入軟啟動設(shè)置菜單，把可選輸入“1”設(shè)置為“啟停（就地控制）”；把可選輸入“2”設(shè)置為“網(wǎng)絡(luò)證口（遠(yuǎn)程通信信號監(jiān)控）”；根據(jù)電機(jī)銘牌，設(shè)置電機(jī)參數(shù)；再根據(jù)電機(jī)參數(shù)，設(shè)置啟動模式為軟啟動、停止模式為軟停止。 根據(jù)調(diào)試實(shí)際情況，特別是突跳等級，設(shè)置保護(hù)參數(shù)；設(shè)置通訊掩碼為44，供DP 通訊使用；設(shè)置數(shù)據(jù)連接中的數(shù)據(jù)輸出，根據(jù)控制器參數(shù)線性列表選擇參數(shù)序號，以便把軟啟動的監(jiān)測參數(shù)通過DP 通信傳到DCS 系統(tǒng)。

根據(jù)設(shè)計原理圖用導(dǎo)線連接各電氣元件，T1、T2、T3 接電機(jī)主回路電源線，接線完成后，就可以通電就地試車了。

3 遠(yuǎn)程控制

“遠(yuǎn)程控制”是指將水泵的狀態(tài)及控制信號以DP通訊的方式接入遠(yuǎn)端DCS 控制系統(tǒng)，通過在DCS 上編制邏輯控制程序，使用上位機(jī)編程軟件編制畫面，使操作工能在上位機(jī)上直接對設(shè)備進(jìn)行操作。 該公司采用艾默生的DeltaV 系統(tǒng)，通過系統(tǒng)機(jī)柜中的DP通訊模塊連接至軟啟動器的DP（Profibus）通信模塊（20-COMM-P）上，采集設(shè)備的狀態(tài)并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 在控制系統(tǒng)上，通過進(jìn)行相應(yīng)地聯(lián)鎖和順控等，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)和自動啟停。 為了實(shí)現(xiàn)DP通信首先要有軟啟動的通信點(diǎn)表，包含邏輯狀態(tài)字以及邏輯命令字。 使用邏輯狀態(tài)字和邏輯命令字就可以在DeltaV 系統(tǒng)上進(jìn)行組態(tài)。 G、H 邏輯狀態(tài)字表，見表1 所示。

3.1 控制邏輯組態(tài)

1)建立通信點(diǎn)。根據(jù)軟啟動器上所設(shè)置的DP 地址，查找到該設(shè)備，再依據(jù)GSD 文件將設(shè)備的輸入輸出信號映射到對應(yīng)DP 模塊上， 在DeltaV 系統(tǒng)上I/O 建立通信點(diǎn)位。

2）建立1 個功能塊（Control studio）。 根據(jù)工藝對設(shè)備的工作需求， 在Control studio 中選用相應(yīng)的功能塊：

（1）數(shù)據(jù)傳輸要選用輸出（入）功能塊，參數(shù)在此功能塊或模塊外部自動顯示為輸出（入）連接器。 如果使用此模塊或當(dāng)前在另一個模塊中創(chuàng)建的復(fù)合模塊，則輸出（入）參數(shù)以連接器的形式顯示，并且用戶能夠向此輸出（入）聯(lián)系。

表1 G、H 邏輯狀態(tài)字

（2）狀態(tài)字就要選用BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊。該功能塊以二進(jìn)制加權(quán)輸入解碼為單位，并為每個位產(chǎn)生一個離散輸出。 此功能塊支持信號狀態(tài)傳播，如圖3 所示。

圖3 BFO（布爾泛輸出功能塊）功能塊

PARAM1 就是輸入模塊，DP 卡件上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇ARAM1, PARAM1 把讀取的信號傳到BFO1 模塊上，經(jīng)過BFO1 模塊把軟啟動的狀態(tài)全部解碼。 根據(jù)軟啟動狀態(tài)字點(diǎn)表就可以知道軟啟動的狀態(tài)，如OUT_01 就是使能（準(zhǔn)備好）信號。

（3）完成讀取狀態(tài)的信號后，下一步就是編輯控制信號，即控制啟停設(shè)備。選發(fā)出指令模塊如圖4 中的STOP(START)，就是輸入模塊發(fā)出指令0 或1 的信號，判斷該設(shè)備是否處于不正常的狀態(tài)，如需報警則要用到開延遲計時器功能塊（OND）和動作功能塊(ACT)。 開延遲計時器功能塊（OND）收到狀態(tài)信號后，下一步就是要控制設(shè)備的啟停，向設(shè)備輸出傳遞真（1）離散輸入值的時間延遲指定的時間周期。此功能模塊支持信號狀態(tài)傳播。 在開延遲計時器功能中沒有模式或標(biāo)準(zhǔn)的報警檢測。動作功能塊(ACT)根據(jù)輸入值評估單行表達(dá)式，在表達(dá)式中可使用數(shù)字函數(shù)、邏輯運(yùn)算符和常數(shù)。 表達(dá)式必須導(dǎo)入賦值，因此必須使用賦值操作符‘=’。 在動作功能塊中沒有模式、標(biāo)準(zhǔn)報警檢測或狀態(tài)處理，當(dāng)置位輸入(IN_D)時，動作功能塊評估單個表達(dá)式，結(jié)果發(fā)送給外部引用參數(shù)。此功能塊沒有輸出。啟停設(shè)備指令根據(jù)設(shè)備就地信號和遠(yuǎn)程信號選擇，只有在遠(yuǎn)程信號情況下才可以啟動設(shè)備，故需要與功能塊（AND）。與功能塊根據(jù)2 個到16 個離散輸入的邏輯與結(jié)果產(chǎn)生離散輸出值。此功能支持信號狀態(tài)傳播。在與功能塊中沒有模式或標(biāo)準(zhǔn)報警檢測。 與功能塊檢查用戶定義的輸入，并對輸入應(yīng)用邏輯與功能。 當(dāng)全部輸入為真（1）時，輸出為真(True)；當(dāng)一個或多個輸入為假（0）時，輸出為假（False）。 同時選擇一個輸出模塊，將指令輸送到軟啟動器，這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程啟停。按照上述步驟，程序編譯工作就完成了。

3.2 操作畫面組態(tài)

在完成程序編譯后，還需設(shè)計1 個人機(jī)操作界面?？焖賹?dǎo)入編輯狀態(tài)，來設(shè)計人機(jī)操作界面，可將泵的模型圖直接連接在相應(yīng)的工藝流程中，見圖4，并連接上泵的相關(guān)信號（包括運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程信號等）。界面編輯完成后，可切換到運(yùn)行界面，見圖5。

圖4 指令模塊

圖5 人機(jī)操作編輯界面

圖6 人機(jī)操作運(yùn)行界面

4 總結(jié)

該系統(tǒng)投入使用2 年多以來，AB 軟啟動， 性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的特點(diǎn)得到充分顯現(xiàn)，該系統(tǒng)可通過通信等方式控制，較大程度上節(jié)約了成本，減少資源的浪費(fèi)。