电气控制设计在糖厂的应用

张 亮

（中国轻工业南宁设计工程有限公司，广西 南宁 530031）

0 前言

随着技术的发展，制糖工艺也在不断改进，研制出不少新设备来代替传统设备，以提高生产效率和经济效益。电动卸料车是输送系统中使用的移动卸料设备。用于原糖胶带输送机上的原糖卸料，可以定点、间断、连续卸料，代替旧式的犁式卸料器，降低对胶带输送机运行摩擦阻力和对胶带的磨损，极大的降低了后期运营成本。煮糖罐搅拌器是用于煮糖罐内的糖膏搅拌。煮糖结晶是糖厂最重要的生产工段，其工况的好坏直接影响到产品的质量和企业的经济效益。采用先进的煮糖结晶工艺，提高煮糖控制系统的水平，对提高和稳定产品质量，提高企业的经济效益具有十分重要的意义。采用强制循环工艺代替自然循环煮糖的传统工艺可以使产品质量更加稳定，企业获得更高的经济效益。通过机械搅拌推动提高煮糖罐内糖膏的对流，从而提高传热系数和传质系数，加快结晶速度，减少糖分损失。

1 电气控制设计的要求

控制系统除了满足生产机械加工工艺的要求外，还要求线路安全可靠，操作维护简单，设备投资少等。具体有如下一些要求，满足机械设备生产的工艺要求，能准确按照工艺流程可靠的运行；尽量选用标准的、常用的且经过实际考验过的环节和线路；尽量减少和缩短控制线路的数量及长度；尽量减少电器的数量及不必要的触点，简化线路；选用可靠、性能好的电器元件；正确连接电器的线圈及触点；具有各自联锁及保护装置，防止误操作造成重大事故。

2 电气控制线路的设计步骤

电气控制线路有两种设计方法，即经验设计法及逻辑设计法，本文将介绍经验设计法。以下为经验设计法的设计步骤。

主电路设计：主要考虑满足电动机的起动、点动、正反转、制动和调速控制的要求。

控制电路设计：主要考虑满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求，包括实现各种手动、半自动、自动的电气控制线路。

辅助电路设计：主要考虑完善控制线路要求的设计，包括短路、过载、零压、联锁、限位、照明、故障报警和信号等各种环节。

审核优化：反复审核电路是否满足设计原则，有条件时可进行模拟实验，修改和完善整个电气控制线路的设计。

3 经验设计法的工程应用

3.1 电动卸料车的电气控制设计

某原糖车间内有一电动卸料车，沿着原糖胶带机输送方向，能在不同的位置定点、间断、连续卸料进行卸料操作，要求该卸料车可以双向移动，电气控制以正反转控制来实现。

3.1.1 主电路设计

电动卸料车需要正反转，可利用两台接触器KM1与KM2分别控制，如图1所示。

图1 电动卸料车主回路

3.1.2 控制电路设计

电动卸料车电动机的正转、反转分别由按钮SB1和SB2控制，停止则由按钮SS1和SS2控制。当按下按钮SB1后，KM1线圈通电，其常开触点闭合保持控制回路通电，电机正转，卸料车前进，到卸料位置后按下按钮SS1后，电机停止；反转同理。

3.1.3 辅助电路设计及系统优化

限位：电动卸料车移动到最远端或最近端的极限位置时，通过的限位开关S1和S2切断控制回路，使电机停止运行。

联锁：接触器KM1和KM2之间应能互锁，同时起动按钮SB1和SB2采用复合按钮联锁，即常开与常闭组合成一体的按钮，保证正、反转不能同时接通，保障电气安全。

保护：电动机采用热继电器作过载保护，断路器作短路保护。

信号：设置运行信号灯1HR、2HR及停止信号灯1HG的指示信号。

优化：SS1和SS2都是停止功能，停止功能是不要求方向性的，所以正转和反转是可以共用停止按钮的。

综合考虑以上各因素，可以得到完整的控制回路设计图，如图2所示。

3.2 煮糖罐搅拌器的电气控制设计

在煮糖罐工艺生产流程中，需要其顶部的搅拌器电机具有低速和高速两种工作模式，故搅拌器采用双速电机。由于煮糖初期糖膏浓度低，阻力小，采用高转速搅拌，随着糖膏的浓缩，锤度和过饱和度不断提高，白糖晶体逐渐析出，且黏度不断提高搅拌阻力逐渐增大，此时需要继续搅拌所以采用低转速搅拌既能降低电机功率消耗，也能保护糖膏颗粒不受破坏。

3.2.1 主电路设计

双速电机通过改变极对数的方法来改变电动机的转速，需要通过交流接触器1KM、2KM和KM的通断来实现，如图3所示。

低速运转：1KM主触头闭合，2KM及KM主触头处于断开状态，电动机接通三相电源，D1、D2和D3分别接于三相。电动机在“△”形接法下运行，电动机低速运转。

高速运转：1KM主触头断开，2KM和KM主触头闭合，KM主触头闭合相当于将D1、D2和D3短接，此时D4、D5和D6接于三相。电动机在双“Y”形接法下运行，电动机高速运转。

图2 电动卸料车完整的控制线路图

图3 煮糖罐搅拌器主回路

3.2.2 控制电路设计

煮糖罐搅拌器初步的控制回路设计具体如下。

低速运转：按下按钮1SB，1KM线圈通电，1KM常开触点闭合保持控制回路通电，1KM主触头闭合，主电路接通三相电源，电机低速运转。

高速运转：按下按钮2SB，2KM和KM线圈通电，2KM常开触点闭合保持控制回路通电，2KM和KM主触头闭合，主电路接通三相电源，电机高速运转。

停止：按下按钮1SS，控制回路断开，线圈失电，主触头断开，电机与电源断开停止运转。

3.2.3 辅助电路设计及系统优化

联锁：“△”与双“Y”两种接法不能同时出现，即1KM闭合时，2KM和KM不能闭合；2KM和KM闭合时，1KM不能闭合。

保护：电动机采用热继电器作过载保护，断路器作短路保护。

信号：设置运行信号灯1HR和2HR，停止信号灯1HG的指示信号。

图4 煮糖罐搅拌器完整的控制线路图

优化：当高低速运转需要切换时，需通过停止按钮，当电动机停车后才能切换成另一种运行速度。若采用复合按钮联锁，即常开与常闭组合成一体的按钮，可实现高低速直接转换，不需要通过停止按钮。综合考虑以上各因素，可以得到完整的控制回路设计图，如图4所示。

4 结语

本文介绍了电气控制设计中经验设计法的方法步骤及工程应用。根据现在新型糖厂自动化需求，增加了远程自动化DCS控制，操作人员可以使用方便、安全且可靠的电气控制系统对工艺设备进行精准操作，电动卸料车的安全运行保护了胶带输送机和皮带，降低了人力成本和运营成本；煮糖罐搅拌装置的稳定动作保障了煮糖结晶工艺的进行，缩短了结晶时间，提高和稳定了产品质量，企业的经济效益显著提高。

在电气控制设计中，我们要根据工艺提出的工作条件，对控制线路随时增加电器元件和触点，以满足生产工艺要求；这种方法除了需要设计师掌握典型设计环节，还需要积累设计经验，总结知识，开阔思路，才能做出更优化的设计。