磨機雙驅電動機電氣控制體系

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主要控制功能

勵磁控制雙驅磨機系統由兩臺低速無刷的同步電動機通過氣動離合器帶動兩個傳動小齒輪，進而帶動磨機主齒輪轉動磨機。GE公司的高性能正交同步電動機與普通同步電動機的不同之處在于，每個電動機轉子都有兩套相互正交的勵磁繞組，一套是正常的D軸勵磁繞組，另一套是用于負載平衡控制的Q軸繞組。兩臺電動機的D軸勵磁是相互獨立的兩套勵磁控制系統，兩臺電動機的Q軸共用一套勵磁控制系統。

負載平衡的控制兩臺高性能正交同步電動機及其控制系統在保持整個磨機系統穩定運轉的同時，能準確地糾正大小齒輪間的不平衡及磨機主齒輪的偏心度。負載平衡的控制分兩種方式：一種是通過脈沖式釋放離合器的氣壓進行系統粗調；另一種是Q軸勵磁的控制系統通過控制電動機正交軸磁場電流來改變負載角進行系統微調。通過這兩種方式來達到磨機兩個小齒輪負載平衡的目的。負載平衡控制系統如圖3所示。動態的負載平衡微調是通過調整并聯兩電動機的正交磁場繞組來實現的。被控制正交磁場電流在增大輕負荷電動機負載角的同時，減小重負荷電動機的負載角，從而達到負載平衡。負載平衡調節器分兩級，外環為功率差調節(即粗調)，內環為正交磁場電流調節(即微調)。當磨機偏心、壞齒或磨機負載偏移時，通過這樣的控制結構，可以快速地完成最小功率差值的調節。在大約±25%的額定電動機功率范圍內，系統在電流微調方式下工作。當電動機的功率差值大于預先設定值(一般為25%)，如果系統工作在自動模式下，則離合器脈沖調節被觸發，通過脈沖式放氣、補氣的方式進行粗調。粗調可以使負載平衡很快回到5%電動機額定功率的范圍內，這時系統會自動切換回微調方式[2]。

磨機的潤滑、保護和聯鎖控制系統磨機潤滑系統包括主軸承潤滑站高壓頂起泵、主軸承潤滑站低壓循環泵、主軸承潤滑站小齒輪潤滑泵和主電動機頂起泵。磨機啟動前，先啟動潤滑系統，潤滑系統運行正常后，磨機才能正常啟動。當系統主軸承潤滑站高壓油流低于低設定值時，潤滑系統報警，低于超低設定值時，潤滑系統故障，要求停止磨機轉動(氣動離合器分開)，但不停主電動機，只有當主電動機頂起泵油壓超低，主電動機軸承溫度超高，主電動機定子溫度超高時，才能停止主電動機運行，同時氣動離合器斷開。磨機主軸承設有6個PT100測溫電阻，小齒輪各設有3個紅外線齒面測溫傳感器和2個PT100軸承測溫電阻。當溫度高于高設定值時，產生溫度報警，高于超高設定值時，磨機自動停機。磨機主軸承設有油膜傳感器檢測信號，可在磨機運行過程中時刻監測磨機軸瓦和主軸承間的油膜厚度。當油膜厚度低于超低設定值時，磨機轉動自動停止。本系統采用Rockwell的ControlLogix5000系列可編程控制器為核心控制器，通過Modbus方式與上位機(DCS系統)進行通信，系統通過ControlNet網和遠程I/O組成現場信號采集系統，由PLC編程來實現對整個磨機系統的監測、保護和控制。

硬件配置(PLC組成)(1)AL2柜內1756-PA72電源模塊1塊；1756-L61CPU模塊1塊；1756-CNBControlNet通信模塊1塊；MVI56-MCMMODBUS通信模塊1塊；1756-IB32數字量輸入模塊4塊；1756-IF16模擬量輸入模塊3塊；1756-IR6I(RTD)模擬量輸入模塊2塊；1794-ACN15ControlNet遠程適配器1塊；1794-IB32數字量輸入模塊2塊；1794-OB32P數字量輸出模塊3塊。(2)AL3柜內2711P-T15C15D1控制面板。(3)AL4柜內1794-ACN15ControlNet遠程適配器1塊；1794-IB32數字量輸入模塊6塊；1794-OB32P數字量輸出模塊2塊。

網絡構成如圖4所示，整個網絡系統由兩部分構成：一是與上位機通信的Modbus主干網絡；二是該控制系統內部的ControlNet網絡。ControlNet網是一個開放的高速確定性網絡，用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通信速率可達5Mb/s。通信介質為工業級屏蔽同軸電纜，網絡刷新時間為2~100ms，數據發送具有確定性和可重復性[3-4]。

控制系統控制系統采用Rockwell的ControlLogix5000和人機界面PanelViewPlus進行控制，下面介紹控制過程。(1)磨機系統磨機系統主畫面(見圖5)為磨機系統的軸承溫度、振動、齒輪紅外線溫度和軸承浮起油膜的監測畫面，點擊“1號主電動機允許合閘”可查看1號主電動機的啟動條件；點擊“2號主電動機允許合閘”可查看2號主電動機的啟動條件；點擊“氣動離合器允許合閘”可查看氣動離合器的啟動條件；點擊“慢驅允許合閘”可查看慢驅的啟動條件。(2)潤滑站系統潤滑站系統由3臺高壓泵、2臺低壓循環泵和2臺小齒輪潤滑泵組成。潤滑系統分現場手動控制、現場自動控制和DCS自動控制。(3)干油系統控制當磨機運行時，干油系統自動運行，磨機停止，干油系統自動停止。在磨機運行過程中，當干油系統故障報警時，延時2h停機。(4)主電動機的控制當潤滑系統運行正常時，慢驅離合器打開狀態下，觸摸屏上允許主電動機運行，顯示綠色時，可啟動主電動機。在啟動主電動機之前，先進行啟動請求，當兩臺主電動機運行后，取消啟動請求，可通過允許主電動機運行畫面查看啟動條件。(5)氣動離合器控制當潤滑系統運行正常，兩臺主電動機運行正常，磨機備妥，系統無故障時，可啟動閉合氣動離合器啟動磨機，在磨機運行過程中，如果磨機備妥信號消失時，離合器斷開，停止磨機運行；如果有故障跳閘畫面中任何一個故障時，氣動離合器斷開，系統跳閘，可通過允許氣動離合器閉合畫面查看磨機啟動條件。(6)慢驅系統控制慢速驅動裝置在磨機檢修或更換襯板，主電動機發生故障時使用。慢速驅動電動機在慢驅控制箱上操作啟停。慢驅只有當主電動機停止，潤滑站工作正常，溫度保護系統正常，小齒輪噴射潤滑工作，氣動離合器斷開，慢驅離合器合上，主電動機運行側限位開關斷開時才允許工作。并且慢驅操作箱上的“工作/檢修”選裝開關放到檢修位置，可通過允許慢驅運行畫面查看其啟動條件。(7)趨勢圖通過趨勢圖可查看系統中的軸承溫度，以及振動、油膜、油壓、油流在1min內的變化情況。(8)參數設定整個磨機系統的運行參數和保護參數都可在參數畫面中設定，只有經授權的專業人員登錄賬戶，輸入密碼后才能進入參數設定畫面。(9)實時報警磨機系統的所有報警信息和故障跳閘信息都可在這里查看歷史信息，信息前面有“*”表示報警被激活，就是說正在報警狀態中，無“*”則說明報警已過。當報警發生時，在觸摸屏柜上會伴隨有聲光報警，是一快閃信號，按動“消警”按鈕，報警變為慢閃信號，表示已有人確認過此報警信息，再按一下，報警取消，不再報警，延時15min后，如還有報警信息，則重新快閃報警。只有在登錄賬戶的情況下，清除歷史按鈕才會顯示，點擊此按鈕，所有歷史信息將被刪除。(10)故障跳閘系統所有跳閘信息都匯總在故障跳閘畫面中，一旦造成故障跳閘，可進入這里查看故障原因，故障跳閘信號是自保持信號，下次開機時需要在觸摸屏上進行故障復位。

結語

先進的控制系統是一個現代化工廠的標志，對于企業有著深遠的社會效益和經濟效益。GE雙驅控制系統及ControlLogix系統在江西銅業股份有限公德興銅礦的成功使用，為該礦節約了能源，降低了成本，減少了操作人員，提高了生產的安全性。2010年10月底調試投產后，在較短的時間內，各項生產指標均達到并超過設計要求，現在磨礦能力為1300~1400t/h，遠遠超過938t/h的設計能力。該系統自投入運行以來情況良好，畫面清晰，易于維護，便于操作。根據工藝要求實現設備相互聯鎖，利于設備的啟停及運行操作；利于系統操作和參數的修改；完整的故障報警信息可以及時發現系統的某一環節故障，減少系統的停機時間，保障生產順利進行，提高了監控與管理水平。

作者：于小環簡海峰王全福晏秋單位：洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司礦山重型裝備國家重點實驗室(中信重工機械股份有限公司)