关俊峰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

电力设备系统中驱动电机90 kW 以上低压电机启动方式为变频启动或软启动，电机加载软启动器控制现已经成为一种主流启动控制方式，软启动器凭借小巧、集成度高、保护功能齐全等优势占据重要的地位，应用于各大厂矿企业中。但随着应用推广及实际应用，重要场所应用软启动器控制系统故障频发，特别是软启动器配合网络组网使用，省去连接线。组网分配地址，虽看似简单，但故障后整段网络设备停运、故障扩大、影响面广，故障原因难以准确发现排除。同时软启动器单体结构集成化程度高，电子元器件故障频繁。

1 背景介绍

软启动器主体结构包括面板控制单元及主回路功率单元。面板控制单元为软启动器核心控制部分，数据监测及数据传输都通过控制单元板完成，控制单元外接网卡，在不同协议间完成数据转换，是终端CPU 核心处理系统。功率单元为启动器主回路部分，内置铜排、接触器、晶闸管及电流检测霍尔元件，完成电能输出及电流、电压信号采集。

单体设备运用软启动器控制方式投产运行后，故障频发。故障集中表现在控制面板及功率单元2 部分。控制面板表现为偷停、网络中断、网关扫描丢站等。功率单元故障表现为晶闸管短路、负载断路、旁路开路等本身元器件故障，引起主要设备故障停机，造成生产工艺流程中断，影响生产。针对此类单一简单的控制系统，特别是重要设备运行系统，急需一种电机软启动控制方式，既集成软启动器小巧、控制方便的优势，又能应用稳定，可以更好的服务于生产，增加设备及系统运行可靠性。

通过研究实践，发现一种软启动器结合外置旁路接触器的控制方式，既保留软启动器的启动作用，又兼顾接触器运行的稳定性，两者结合，取长补短，形成新的组合控制方式，改变单一控制模式。全套控制系统采用硬线连接模式，避免网络不稳定因素。增加固定的外置旁路，外置旁路通过接触器控制。在启动过程中软启动器完成软启动过程，起到限流作用，启动完成后退出运行。通过时间继电器控制外置旁路接触器吸合，实现无扰动切换旁路，防止在启动过程中接触器吸合，造成接触器烧毁。电机通过外置旁路控制，实现机旁手动和远程自动2 种控制操作方式。

2 设备原有控制模式

公司现有水泵控制模式包含电气控制系统和PLC 控制系统两部分，两者融合完成自动控制。

（1）电气控制系统：现有水泵电机可实现就地/远程操作控制。就地控制由就地控制箱及低压智能柜通过硬线完成，合闸准备好、远程/就地信号通过DSA 将硬线信号转为网络信号传输，远程控制通过网络控制字搭配软启动器网卡完成控制及信号反馈。每台工艺泵电机都有单独的控制回路，网络搭建在D 网平台上，电气元件都分布在低压配电柜内，控制原理如图1 所示。

图1 控制原理

（2）PLC 控制系统：配合全套智能MCC 控制系统，自动化控制采用西门子PLC 全套系统，通过PLC 组合智能MCC 柜完成。软启动器集成在低压控制柜内，通过低压柜网络背板连线串联连接，内置24 V 电源模块，搭载AB1769 网关，通过低压网段设备组态和网络协议转换，完成低压设备数据传输。AB1769 网关通过DP 网线连接到控制传输模块Y-LINK 系统，Y-LINK 经过ET200 网络通信模块连接到西门子CPU414-4-1H 的DP 接口，通过网络交换机转换为485 网线连接至上位机端口，整套网络智能控制系统如图2 所示。

图2 网络智能控制系统

就地控制：转换开关转换到就地位置，①②开点闭合，手动操作SS 按钮，常开点闭合，回路导通，继电器KA 得电，KA 有3对常开辅助触点，KA 得电，常开点同时闭合，一对为自锁点，自锁点闭合完成回路自锁。一对为启动点，启动点闭合，软启动器17 端子得电，软启动器启动，水泵电机完成就地启动。一对为运行反馈点，反馈点闭合，通过DSA 传输，反馈运行状态。

远程控制：软启动器支持DeviceNet 网络通信协议，搭配D网网卡。设备控制模式采用网络智能化控制，软启动器、24 V 电源、网关等设备集中分布于低压MCC 柜内，通过网卡及网线连接构建DeviceNet 网络控制平台，将设备启停、信号反馈、电机控制和保护通过二进制码与RA 集成架构所提供的网络相结合。通过网关设备分配各个设备的地址码，设置设备参数，完成设备组态，编写控制程序，通过协议转换完成不同协议间的转换，完成网络信号数据传输，最后通过DP 网衔接西门子PLC 控制系统完成设备远程控制及信号反馈。

3 组合式控制器的基本结构

组合式控制器结构包括：集成式软启动器、外置旁路母排、接触器、电机保护器（热继电器）、电流互感器、时间继电器、接触器的辅助触点。软启动器实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。外置旁路母排用于增加旁路控制，同时配合双线圈接触器，搭配时间继电器，躲过启动时间，完成启动后应用接触器控制，接触器吸合主回路无扰动切换运行。电机保护器连接主回路中提供电机运行中的电机保护。电流互感器提供电机运行电流反馈。时间继电器实现软启动器与旁路无扰动切换。接触器辅助触点提供电机运行反馈。

4 控制方法改造方案

4.1 电气系统控制回路方式改造

改变单一软启动器的运行方式，采用组合式控制方式，增加固定的外置旁路，外置旁路增加接触器及电机保护器控制，软启动器在电机启动中参与工作，起到限流作用，启动完成后无扰动切换旁路接触器控制，软启动器自动退出运行。切换通过时间继电器控制外置接触器吸合，防止在启动过程中接触器吸合，启动过程中电流过大造成接触器烧毁，电机通过外置旁路控制，完成启动运行。同时外加双线圈接触器，220 V 储能线圈及24 V 触发线圈，接触器快速吸合，实现无扰动切换旁路。本次改造去掉原组网平台，采用硬线连接，信号通过硬线连接到IO 模块，完成传输。电机控制操作方式可实现机旁手动和自动2 种操作方式。

机旁手动启动控制：现场转换开关转换至就地位置，按下启动按钮，KA 得电，软启动器启动，时间继电器计时，时间设置大于电机启动时间，时间到，旁路信号发出，RQP 吸合，KM 得电，外置旁路接触器吸合，同时KM 常开点闭合，常闭点打开，KA 失电，软启动器停止，完成启动过程，电机正常运行。机旁手动停止控制：按机旁箱停止按钮，接触器线圈KM 失电，电机停止运行。

远程启动控制：现场转换开关转换至远程位置，上位机按键启动，软启动器启动，启动后，时间继电器计时，时间到，旁路信号发出，RQP 吸合，KM 得电，旁路接触器吸合，电机运行，同时串接在软启动器的外置接触器常闭点KM 断开，软启动器节点18 失电，软启动器退出运行。远程停止控制：在远程控制回路中串接一个PLC 的常闭点，当PLC 发停止命令时，PLC 常闭点断开，外置旁路接触器线圈KM 失电，电机停止。电机保护功能，由电机保护器完成（也可以通过热继或电子式电机保护器）。

控制信号包括启动信号、停止信号；反馈信号包括远程信号、故障信号、电流信号、运行信号，通过硬线连接方式传送至PLC 控制中，控制及反馈信号见表1。

表1 控制及反馈信号

4.2 PLC 系统控制回路方式改造

根据电气改造方案，去除原网络控制，取消D 网及DP 网络连线，更换网络模块，改为硬线连接，故PLC 控制系统需增加相应IO 模块，所需硬线控制点为:

（1）DI 点：故障信号、运行信号、就地/远程信号。

（2）DO 点：启动命令、停止命令。

（3）AI 点：电流信号。

故需增加硬线点DI 点6 个，DO 点2 个，AI 点2 个。通过现有主体的硬件配置情况，发现现有的IO 模块及AI 点数量不够，且需增加1 套从站配置，保证系统稳定。PLC 输出的启动及停止命令需在低压柜内增加继电器进行隔离，采用双点控制，命令接受方式为脉冲信号。当上位机点击启动或停止时，PLC 程序中的启动或停止输出点的常开点串接在电机集中控制回路中。对程序和画面做出相应修改，软件修改要解读程序，修改完善程序块和地址。

5 改造成果分享及技术推广

（1）通过改造，引入组合式控制模式，增加控制系统的稳定性、可靠性。两种控制方式结合，扬长避短，择其善者而从之，既保证了原有的软启动模式，完成启动限流，又通过接触器控制保证设备运行期间的稳定性，保证系统运行的可靠性，具有实际应用推广价值。

（2）设备控制系统升级，相辅相成，有针对性的应用智能化电气设备，结合应用工况合理选择，发挥其最大优势。

（3）通过网络改造，减少对网络控制系统单一网络平台的依赖，摆脱对进口成套智能网络化设备的依赖，提供优质的产品同时，又有价格优势，减低运营成本，有一定的推广价值。

（4）结构相对简单，单体设备独立控制，单体故障不会影响其他设备，造成故障扩大化，便于日后的维护、检修及故障处理。