SMCTM-Flex 软启动器在水泵上的应用

吴小根

（云锡文山锌铟冶炼有限公司，云南文山663703）

随着科学技术的发展，水泵的应用也在随之改变，在水处理工艺设计中，通常会对不同水量的设备选用对应的增压水泵。 为避免水泵启动时对电路及电器元件的冲击， 需要针对功率大小选择对应的启动方式： 当水泵电机功率＜15 kW 时， 可以采用电磁控制（接触器等）直接启动；当水泵电机功率为15~30 kW时，可以采用星三角启动方式，也可以采用软启动或变频启动方式以保证启动稳定；当水泵电机功率＞30 kW 时，则必须采用软启动或变频启动方式。

1 项目背景

云锡文山锌铟冶炼有限公司成立于2016 年，公司生产规模为年产100 kt 锌、60 t 铟。为避免水泵启动时对电路及电器元件的冲击， 公司部分水泵采用了美国罗克韦尔自动化公司生产的AB 软启动器。该设备为SMCTM-Flex 控制，可提供一系列的启动模式，如带可选突跳起动的软启动、限流启动、双斜坡启动、全压启动、软启动、软停车等。 该公司的AB 软启动控制，主要采用软启动和软停车启动模式，可以实现就地和远程（DP 通讯）控制。通过现场2 年的使用对比，AB 软启动器相对于其他产品，结构紧凑、体积小，调试便利，免维护，具有全数字功能，便于远程组网操控， 无需在线路上增加元件， 并能完成软泊车，具有较强的适应性。

2 就地控制

“就地控制”顾名思义就是指在设备现场设有1个就地控制箱，可以直接启停设备。就地控制可以很好地观察设备启动时的运行状态，根据启动状态的好坏，快速地判断是否需要停止设备，从而减少不必要的经济损失。 控制器接线端子上的定义，如图1 所示。

图1 控制器接线端子

图1 中端子号分别为：11 号控制电源输入，12号控制电源公共端，13 号控制器是能输入，14 号控制器模块接地，15 号可选输入端#2，16 号可选输入端##1，17 号起动输入，18 号停车输入，19 号、20 号辅助触点#1，21 号、22 号未用，23 号、24 号PTC 输入，25 号、26 号测速计输入，27 号、28 号接地故障，29 号、30 号辅助触点#2，31 号、32 号辅助触点#3，33 号、34 号辅助触点#4。

用户可以根据自己的控制需求设计控制原理图。 该公司水泵要求实现就地控制加DP 通讯，远程由DCS 系统控制，在设计上需考虑远程/就地切换的转换开关，其控制原理见图2。

图2 控制原理

从图2 中可以看到：1）nKA3 为就地启停的中间继电器,控制器16、17 号端子导通软启动器启动。2）nSA 为就地/远程转换开关, 控制器15 号端子得电，软启动器远程状态。3）nKA1 为故障中间继电器，控制器辅助端子#2。 4）nKA2 为软启动运行指示灯中间继电器，控制器辅助端子#3。5）nKA4 为全压运行指示灯中间继电器，控制器辅助端子#1。 6）AB 接DP 通信线。

软启动的设置：进入软启动设置菜单，把可选输入“1”设置为“启停（就地控制）”；把可选输入“2”设置为“网络证口（远程通信信号监控）”；根据电机铭牌，设置电机参数；再根据电机参数，设置启动模式为软启动、停止模式为软停止。 根据调试实际情况，特别是突跳等级，设置保护参数；设置通讯掩码为44，供DP 通讯使用；设置数据连接中的数据输出，根据控制器参数线性列表选择参数序号，以便把软启动的监测参数通过DP 通信传到DCS 系统。

根据设计原理图用导线连接各电气元件，T1、T2、T3 接电机主回路电源线，接线完成后，就可以通电就地试车了。

3 远程控制

“远程控制”是指将水泵的状态及控制信号以DP通讯的方式接入远端DCS 控制系统，通过在DCS 上编制逻辑控制程序，使用上位机编程软件编制画面，使操作工能在上位机上直接对设备进行操作。 该公司采用艾默生的DeltaV 系统，通过系统机柜中的DP通讯模块连接至软启动器的DP（Profibus）通信模块（20-COMM-P）上，采集设备的状态并进行远程控制。 在控制系统上，通过进行相应地联锁和顺控等，来实现设备的联锁保护和自动启停。 为了实现DP通信首先要有软启动的通信点表，包含逻辑状态字以及逻辑命令字。 使用逻辑状态字和逻辑命令字就可以在DeltaV 系统上进行组态。 G、H 逻辑状态字表，见表1 所示。

3.1 控制逻辑组态

1)建立通信点。根据软启动器上所设置的DP 地址，查找到该设备，再依据GSD 文件将设备的输入输出信号映射到对应DP 模块上， 在DeltaV 系统上I/O 建立通信点位。

2）建立1 个功能块（Control studio）。 根据工艺对设备的工作需求， 在Control studio 中选用相应的功能块：

（1）数据传输要选用输出（入）功能块，参数在此功能块或模块外部自动显示为输出（入）连接器。 如果使用此模块或当前在另一个模块中创建的复合模块，则输出（入）参数以连接器的形式显示，并且用户能够向此输出（入）联系。

表1 G、H 逻辑状态字

（2）状态字就要选用BFO（布尔泛输出功能块）功能块。该功能块以二进制加权输入解码为单位，并为每个位产生一个离散输出。 此功能块支持信号状态传播，如图3 所示。

图3 BFO（布尔泛输出功能块）功能块

PARAM1 就是输入模块，DP 卡件上的数据传输到PARAM1, PARAM1 把读取的信号传到BFO1 模块上，经过BFO1 模块把软启动的状态全部解码。 根据软启动状态字点表就可以知道软启动的状态，如OUT_01 就是使能（准备好）信号。

（3）完成读取状态的信号后，下一步就是编辑控制信号，即控制启停设备。选发出指令模块如图4 中的STOP(START)，就是输入模块发出指令0 或1 的信号，判断该设备是否处于不正常的状态，如需报警则要用到开延迟计时器功能块（OND）和动作功能块(ACT)。 开延迟计时器功能块（OND）收到状态信号后，下一步就是要控制设备的启停，向设备输出传递真（1）离散输入值的时间延迟指定的时间周期。此功能模块支持信号状态传播。 在开延迟计时器功能中没有模式或标准的报警检测。动作功能块(ACT)根据输入值评估单行表达式，在表达式中可使用数字函数、逻辑运算符和常数。 表达式必须导入赋值，因此必须使用赋值操作符‘=’。 在动作功能块中没有模式、标准报警检测或状态处理，当置位输入(IN_D)时，动作功能块评估单个表达式，结果发送给外部引用参数。此功能块没有输出。启停设备指令根据设备就地信号和远程信号选择，只有在远程信号情况下才可以启动设备，故需要与功能块（AND）。与功能块根据2 个到16 个离散输入的逻辑与结果产生离散输出值。此功能支持信号状态传播。在与功能块中没有模式或标准报警检测。 与功能块检查用户定义的输入，并对输入应用逻辑与功能。 当全部输入为真（1）时，输出为真(True)；当一个或多个输入为假（0）时，输出为假（False）。 同时选择一个输出模块，将指令输送到软启动器，这样就实现了远程启停。按照上述步骤，程序编译工作就完成了。

3.2 操作画面组态

在完成程序编译后，还需设计1 个人机操作界面。快速导入编辑状态，来设计人机操作界面，可将泵的模型图直接连接在相应的工艺流程中，见图4，并连接上泵的相关信号（包括运行状态、远程信号等）。界面编辑完成后，可切换到运行界面，见图5。

图4 指令模块

图5 人机操作编辑界面

图6 人机操作运行界面

4 总结

该系统投入使用2 年多以来，AB 软启动， 性能稳定、结构紧凑、体积小的特点得到充分显现，该系统可通过通信等方式控制，较大程度上节约了成本，减少资源的浪费。