基于二拖多的软起动器控制策略及其应用

孟彦京　耿娜娜,*　马汇海　景　斌　赵　丹

(1.陕西科技大学电气与信息工程学院,陕西西安,710021；2.西安利雅得电气股份有限公司,陕西西安,710075)



·软起动器·

基于二拖多的软起动器控制策略及其应用

孟彦京1耿娜娜1,*马汇海1景斌2赵丹1

(1.陕西科技大学电气与信息工程学院,陕西西安,710021；2.西安利雅得电气股份有限公司,陕西西安,710075)

针对以往低压控制系统中出现的可靠性、软起动器使用寿命和可维护性差的问题,采用软起动器二拖多的控制方式对各台需要启动的电机进行控制。通过分析二拖多控制系统的组成特点,提出了软起动器二拖多冗余式控制和交替式控制策略,并对这两种控制策略进行了理论分析。最后通过现场应用证明这种控制策略的可行性。

软起动器；二拖多；控制方式

在工业生产中,不同的负载和电动机配置,启动电流可达到额定运行电流的5～9倍,如此大的启动电流会严重冲击电网,影响设备寿命及增加额外的输配电投资,因此采用软起动器启动负载电机十分重要[1]。如在造纸行业中的制浆、抄纸等车间,由于各台负载功率大且数量众多、启停频繁,因此需要使用软起动器频繁动作启动负载,这样会使软起动器的使用寿命降低、维护难度增加以及启动能耗较差,造成整个车间控制系统的可靠性降低[2]。为了解决这些问题,研究使用多台软起动器拖动多台电机的控制系统及其控制策略就显得尤为重要。据此,笔者根据自己研究生实习期间的项目经验并结合现场实际观测,提出软起动器二拖多控制系统及其控制策略,并在工业现场得到应用。

1　软起动器二拖多控制系统

软起动器二拖多控制系统包括第一软起动器、第二软起动器、常规电源网络、控制器[1]。如图1所示,常规电源网络经第一断路器QF1、第二断路器QF2分别与第一快速熔断器FU1、第二快速熔断器FU2连接,将第一快速熔断器FU1、第二快速熔断器FU2分别与第一软起动器、第二软起动器的L1、L2、L3端连接,第一软起动器、第二软起动器的出线端T1、T2、T3并联后构成软启电源网络。软启电源网络连接n个电动机M1～Mn,每个电动机与软启电源网络之间均连接有软启接触器KM1～KMn,常规电源网络经旁路接触器KM11～KM1n连接在所述每个电动机与软启接触器KM1～KMn之间。第一软起动器、第二软起动器、每个软启接触器、每个旁路接触器分别与控制器连接。同时每个电动机与软启接触器KM1～KMn之间还连接有热继电器FR1～FRn。

如图1所示,开始工作时,随机将一台软起动器设为主起动器处于工作状态,另一台设为从起动器处于备份状态；当收到第一个启动指令后,控制器首先将电动机M1的软启接触器KM1闭合、旁路接触器KM11断开,然后控制器命令主软起动器开始工作,使软启电源网络上的电压逐渐上升,电动机M1逐渐启动。当软启电源网络的电压达到额定电压后,电动机M1正常工作,此时控制器断开软启接触器KM1、闭合旁路接触器KM11,电动机M1的软启动过程完成,控制器命令主起动器停止工作,进入散热状态。在收到第二个启动指令后,控制器将电动机M2的软启接触器KM2闭合、旁路接触器KM12断开,然后控制器命令主起动器开始工作,使软启电源网络上的电压逐渐上升,电动机M2逐渐启动。当软启电源网络的电压达到额定电压后,电动机M2正常工作,此时控制器断开软启接触器KM2、闭合旁路接触器KM12,电动机M2的软启动过程完成,控制器命令主起动器停止工作,进入散热状态。以后的启动过程与此类似,直到所有电动机启动完毕。此工作全程在控制器的监控下运行,一旦主起动器发生故障,控制器将立即报警并将主起动器切换成从起动器,原来的从起动器切换成主起动器,完成剩余的工作,故障的从起动器等待维修,维修后仍被设为从起动器。

2　软起动器二拖多控制策略

对于软起动器二拖多系统的控制,有两种控制策略,即冗余式控制和交替式控制[3]。冗余式控制方式可以在主起动器出现故障后备份起动器接替工作,从而提高整个系统运行的可靠性,降低整体故障率。交替式控制方式既能避免单台软起动器出现启动过频繁故障,也能在某台软起动器故障时,由另一台软起动器启动电动机,达到相互冗余的效果,提高了系统可靠性,交替式控制方式还能延长软起动器的实际使用寿命[3]。

2.1冗余式控制

二拖多冗余式软起动器控制策略如图2所示。冗余式控制方式下,当收到启动指令后,首先判断2台软起动器正常/故障信号,若2台均为故障,则中止启动过程,系统报警；若一台故障,则良好起动器被设为主起动器,而故障软起动器被设置为从起动器,同时进行报警；然后控制器命令主起动器启动电动机；若2台都没有故障,则可以使用先前选择的主起动器启动电动机,从起动器不参与工作；每完成一次启动后,所述控制器都要对主起动器进行一次故障判断,若没有故障,则继续启动下一台电机；若有故障,则主软起动器报警并停止工作,使用从起动器完成剩余工作,这时从软起动器被设定为主软起动器。在冗余式控制方式下,只要主起动器不发生故障则主从起动器的地位也不发生转换。只有当主起动器故障后才会被从起动器取代,故障起动器降为从起动器置于待维修状态并报警,故障软起动器经维修正常后,仍然作为从起动器投入到系统。

2.2交替式控制

二拖多交替式软起动器控制策略如图3所示。交替式控制方式下,当收到启动指令后,首先判断2台软起动器正常/故障信号,若2台均为故障,则中止启动过程,系统报警；若一台故障,则良好起动器被设为主起动器,而故障软起动器被设置为从起动器,同时系统向操作员报警。然后控制器命令主起动器按照图1的方式启动电动机,启动完成后,2台软起动器的主从关系不发生改变；若2台都正常,则控制器命令主起动器按照图1的过程启动电动机。启动完成后,控制器将2台软起动器的主从关系互换,即下次启动使用另一台软起动器完成启动,如此交替循环直至完成所有工作,通过交替式控制方式,每执行一次启动命令则主、从起动器交换一次身份,无论哪台起动器故障,控制器将立即收到故障信号,迅速将故障起动器置于待维修状态并报警,同时将良好起动器视为主起动器连续工作,维修后的再次投入的起动器视为从起动器。

图3　二拖多交替式软起动器控制策略

图4　PLC接线图

3　软起动器二拖多控制的应用

3.1控制系统配置情况

在广东深圳某年产10万t高强瓦楞原纸厂,本课题以制浆车间中一段精筛、进粗筛泵、二段精筛等几个大功率电机为例。详细配置如表1所示。

由于启动电流很大,为了提高整个控制系统的可靠性,延长软起动器的使用寿命,增强系统的可维护性[4],在本项目中,选择二拖多交替式软起动器控制策略。

3.2控制系统硬件设计

该项目中,选择西门子LOGO!作为核心控制器。其中LOGO!230RC有8个数字量输入和4个继电器输出(10A),没有显示单元和键盘,LOGO!DM16 230R有8个数字量输出和8个继电器输出(5A)[5]。以表1中的3台电机为例,控制系统的电气二次原理图如图4所示。

控制系统的输入端子共有6个,I1是1#软启动达速输入,I2是2#软启动达速输入,I3是1#电机运行信号,I4是2#电机运行信号,I5是3#电机运行信号,I6是1#、2#、3#电机软启动的信号。控制系统的输出端子共有8个,Q1是1#软起动器启/停,Q2是2#软起动器启/停,Q3是1#电机软启动,Q4是1#电机运行,Q5是2#电机软启动,Q6是2#电机运行,Q7是3#电机软启动,Q8是3#电机运行。结合图2的控制逻辑进行PLC的编程,通过PLC的输入输出接口电路。

表1　二拖多软启动控制系统设备配置表

图5　软件设计程序示例

3.3控制系统软件设计

控制系统的软件设计主要是结合生产工艺流程对LOGO！进行编程,实现对2台软起动器的循环交替工作控制[6],程序的设计思想如图3所示。软件设计程序如图5所示,在LOGO!Soft Comfort环境下采用梯形图编写,采用常开常闭触点表达控制思想的逻辑功能。

4　结　语

综合上述分析可知,在工业应用中,针对需要软起动器启动多台大功率电机的控制系统,二拖多循环交替式软起动器控制策略是一种较好的选择方案。该方案不仅能够保证整个启动控制系统的可靠性,还能延长软起动器的使用寿命,节约运行成本,使软起动器的可维护性增强,同时降低能量损耗。该控制方案在广东深圳某年产10万t高强瓦楞原纸厂制浆车间、抄纸车间、废水处理车间得到成功的应用,取得良好的效果。

[1]MENG Yan-jing, ZHANG Yan. Implementation of the“One Drives Two”Soft Starter Control System Based on the LOGO[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(12): 42.

孟彦京, 张焱. 基于LOGO的“一拖二”软起动器控制系统的实现[J]. 中国造纸, 2014, 33(12): 42.

[2]LIU Yong, TANG Jian-guo. Application of Soft Start in Paper Machine Beating Control[J]. China pulp & paper, 2008, 27(4): 70.

刘勇, 唐建国. 软起动器在纸机打浆控制中的应用[J]. 中国造纸, 2008, 27(4): 70.

[3]LU Dong. Application of manytomany automatic startup mode by Soft-Starter based on PLC [J]. Information Technology, 2012, 8: 145.

鲁动. 基于PLC的软起动器多拖多自动启动模式的应用[J]. 信息技术, 2012, 8: 145.

[4]SUN Zhi-ping. Survey on Soft Start of Motor[J]. Journal of Jilin Institute of Chemical, 2008, 6(4): 8.

孙志平. 电动机软启动技术综述[J]. 吉林化工学院学报, 2008, 6(4): 8.

[5]Siemens Co., Ltd. LOGO programming reference manual[M]. 2003.

西门子公司. LOGO编程手册[M]. 2003.

[6]JANG Bo, NAN Xin-yuan, CHEN Zhi-jun. The Application of LOGO! in Soft Starter “Two Driven by One” Control[J]. Process Automation Instrumentation, 2004, 3: 48.

(责任编辑：马忻)

The Control Strategy of Soft Starter Based on Two Drive More and Its Application

MENG Yan-jing1GENG Na-na1,*MA Hui-hai1JING Bin2ZHAO Dan1

(1.CollegeofElectricalandInformationEngineering,ShanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021； 2.Xi’anLeadElectricCo.,Ltd.,Xi’an,ShaanxiProvince, 710075)

(*E-mail: 1506647833@qq.com)

In view of the poor reliability, service life and maintainability of the low voltage control system, the control method of two drive more for the soft starter was used to control the motors which need to start-up. Through analyzing the characteristics of the two drive more control system, the soft starter two drive more redundant control and alternate control strategies were put forward, and the theoretical analysis for these two control strategies were carried out. The feasibility of the control strategy was proved by field application.

soft starter; two drive more; control method

孟彦京先生，博士，教授；主要研究方向：电力电子与电力传动、工业现场总线技术及其在电力传动上的应用。

2016- 01-27(修改稿)

耿娜娜女士,E-mail:1506647833@qq.com。

TS736

ADOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.06.011