崔忠華

隨著液壓傳動在軋機機組中的廣泛應(yīng)用，液壓站中的工作泵電機呈現(xiàn)出臺數(shù)增多，功率加大的趨勢。而由于電力系統(tǒng)容量有限，在MCC（電動機控制中心）系統(tǒng)中，一般不允許超過55 kW或75 kW的電機采用直接啟動方式。這些電機可以采用星角降壓啟動方式，但在啟動過程中會產(chǎn)生二次沖擊。

隨著現(xiàn)代變流技術(shù)的迅猛發(fā)展，由大功率晶閘管構(gòu)成的軟啟動器在恒速電機啟動中日益成為主流。目前大功率恒速電機多采用一對一軟啟動的傳統(tǒng)方式配置，線路簡單，節(jié)能效果明顯，但也存在成本較高，控制柜體占地面積較大等問題。對此，本文針對液壓站工作泵的運行特性設(shè)計出基于PLC和軟啟動器的一拖多控制回路，以實現(xiàn)降本增效并增強系統(tǒng)可維護性的目的。

1 主回路部分

在基于軟啟動器的一拖三回路動力部分中（見圖1），通過1KM1，2KM1和3KM1的依次閉合，可實現(xiàn)液壓泵的逐個啟動，使油箱達到設(shè)定壓力后，液壓系統(tǒng)投入工作狀態(tài)。在軟啟動器的晶閘管完全導(dǎo)通時，電機已處于全壓工作狀態(tài)，為避免電網(wǎng)突然過壓、過流等故障對晶閘管造成損壞，通過1KM2，2KM2和3KM2將軟啟動器旁路，使電機直接與電網(wǎng)連接。

圖1 軟啟動器一拖三動力回路

主回路中的1KM1，2KM1，3KM1是軟啟動器控制回路所特有的接觸器，用作啟動控制接觸器。1KM2，2KM2，3KM2及各自上口的斷路器和下口的熱繼電器，是電機直接啟動控制回路的一般形式，在本系統(tǒng)中，做為旁路接觸器在電機完成啟動進入全壓運行時投入。軟啟動器在啟動完成后，與電機處于脫離狀態(tài)，由1FR，2FR，3FR實現(xiàn)對電機的過載保護。

1.1 協(xié)調(diào)配合

針對電機控制和保護器件在出現(xiàn)負(fù)載端短路故障時的系統(tǒng)狀態(tài)，IEC（國際電氣委員會）規(guī)定了兩種協(xié)調(diào)配合方式：1型和2型[1]。1型協(xié)調(diào)配合規(guī)定，電機控制器件在出現(xiàn)短路故障時，不應(yīng)對操作人員造成傷害，但允許器件本身在不更換部件和進行維護的情況下不再具備使用條件。2型協(xié)調(diào)配合規(guī)定，電機控制器件在出現(xiàn)短路故障時，不應(yīng)對操作人員造成傷害，同時器件本身在不更換部件和進行維護的情況下應(yīng)當(dāng)具備繼續(xù)使用的條件。在系統(tǒng)選型時，若按1型配合，雖可節(jié)省成本，但會增加后續(xù)的維護費用；按2型配合，盡管會增加一定的投入成本，但可以保障系統(tǒng)的長期運行。因此在系統(tǒng)選型中，一般應(yīng)遵循2型協(xié)調(diào)配合。

1.2 快熔的選擇

快熔又稱半導(dǎo)體熔斷器，是電力電子裝置中不可或缺的器件。為實現(xiàn)對軟啟動器的有效保護，在QF斷路器之后，應(yīng)設(shè)置快熔FU，以滿足2型協(xié)調(diào)配合要求。快熔的額定電壓Un應(yīng)略高于電網(wǎng)電壓Uac，電網(wǎng)額定電壓為380 V，而快熔的額定電壓一般應(yīng)選500 V。快熔的熔斷I2t是快熔的重要參數(shù)，它反映了在下列條件下器件的熔斷能量的積分值。

（1） 1.1Un=550 V。

（2） 預(yù)期短路電流Ics一般為100 kA。

（3） 功率因數(shù) cosφ=0.15。

快熔的熔斷I2t遠小于同電流等級斷路器的分?jǐn)郔2t，可以有效地保護晶閘管等功率電子元件，在電機啟動器中可實現(xiàn)IEC規(guī)定的2型協(xié)調(diào)配合；否則最多只能實現(xiàn)1型協(xié)調(diào)配合，而這種配合，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障后將無法保障系統(tǒng)繼續(xù)使用。

1.3 軟啟動器的選擇

圖2 限流啟動特性

限流啟動模式是風(fēng)機泵類負(fù)載的優(yōu)選啟動方式，啟動時電壓從零迅速增加，直至輸出電流達到設(shè)定的電流幅值Im（見圖2），然后在保證輸出電流不大于Im的情況下，電壓逐漸上升，電機逐漸加速至額定轉(zhuǎn)速。在啟動過程中，電流達到Im時，輸出電壓會保持穩(wěn)定，直到電流下降到Im以下，升壓過程才會繼續(xù)。

2 控制回路及控制時序

由于本系統(tǒng)采用PLC控制，通過重復(fù)使用PLC中的“軟觸點”，使連線均采用“軟接線”，大大減少了短路及斷路故障，控制回路清晰，升級方便。通過PLC中靈活的定時器設(shè)計，可以順利完成各電機啟動回路切換，且修改定時時間非常方便，便于調(diào)試。

2.1 軟啟控制回路

在添加或減少所拖動的電機數(shù)量時，PLC與軟啟動器間的接線不變，只需改變程序即可。二次回路中，PLC與接觸器的連接較簡單，在此略去。PLC只需通過3根硬接線即可完成對軟啟動器的控制（見圖3）。

圖3 軟啟動器一拖三控制回路

通過安裝于液壓站旁的操作箱或者從操作員站均可發(fā)出電機啟動命令，PLC接到此信號后，啟動相應(yīng)的電機。在電機啟動完成后，軟啟動器會發(fā)出旁路 (Bypass)信號，此信號反映了軟啟中的晶閘管已完全導(dǎo)通，即電壓斜坡已到頂，通知PLC切換至旁路接觸器，進入全壓運行階段，從而完成電機啟動。

2.2 脈沖控制方式

軟啟動器的運行 (RUN)和停機 (STOP)邏輯輸入有2線控制和3線控制兩種方式。一般通過硬接線來選擇啟停的邏輯輸入。2線控制時，將RUN和STOP端子短接，采用電平控制方式，即高電平運行，低電平停機。在主電路上電后，RUN端檢測到高電平，軟啟動器直接啟動。在故障手動復(fù)位時，RUN端檢測到高電平后，軟啟動器重新啟動。在軟啟故障時，除了使用自帶的鍵盤復(fù)位外，還可以發(fā)送復(fù)位脈沖來遠程復(fù)位。采用3線控制方式時，RUN和STOP端子由2個不同邏輯輸入端控制，斷開STOP輸入，軟啟停機；給RUN端施加一個脈沖，軟啟開機。在上電或故障復(fù)位后或者在一個停機命令之后，需要給RUN端重新施加脈沖，軟啟進入啟動狀態(tài)。為防止電機意外啟動，提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)采用以脈沖輸入啟停信號的3線控制方式。

2.3 地址分配

通過PLC控制軟啟動器，需要先設(shè)置系統(tǒng)的輸入輸出地址，地址的設(shè)置較為靈活（見表1和表2）。

2.4 控制時序

用單個軟啟動器對3個液壓泵電機進行軟啟動的控制時序，反映了系統(tǒng)各個時刻的狀態(tài)（見圖4）。時序圖中UM1，UM2，UM3分別表示級聯(lián)在軟啟控制回路中的3個液壓泵電機的定子繞組電壓。

表1 輸入地址分配

在PLC收到現(xiàn)場操作箱或者通過操作員站發(fā)出的啟動命令后，首先通過數(shù)字量輸出點Q2.1閉合1KM1的主觸點，使1#泵電機接入軟啟動器輸出端，進入啟動準(zhǔn)備狀態(tài)。之后通過Q2.0發(fā)出軟啟動器開機脈沖信號，使1#泵進入軟啟動狀態(tài)。啟動完成后，電機定子上獲得電網(wǎng)電壓，軟啟動器發(fā)出電壓斜坡到頂信號到PLC的數(shù)字量輸入點I2.0，提示可以切至旁路。為避免切換過程中的二次電流沖擊，通過Q2.4閉合2KM1的主觸點使1#泵旁路，經(jīng)過短暫延時后，再斷開1KM1，從而完成1#泵的啟動，進入運行狀態(tài)。通過Q2.7發(fā)出停機脈沖后，軟啟動器又進入啟動下一個電機的準(zhǔn)備狀態(tài)。

表2 輸出地址分配

圖4 控制時序圖

3 結(jié)語

采用軟啟動器可消除液壓泵電機啟停過程中的液流沖擊和電流沖擊，而采用PLC邏輯控制系統(tǒng)則能簡化控制回路，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并能實現(xiàn)復(fù)雜的時序控制，滿足液壓泵站的控制要求。軟啟動器的啟動模式可依據(jù)負(fù)載的性質(zhì)靈活設(shè)置，從而減少電機啟動對電網(wǎng)的沖擊并減輕對設(shè)備的損害。而PLC提供的強大的語言編程指令可以完成多種控制功能，以達到最佳的啟動效果。本文通過一拖多的回路設(shè)計，不僅減少軟啟動器投資，減小電氣柜體尺寸和數(shù)量，而且降低能耗和設(shè)備故障發(fā)生率。

[1]IEC 60947-4-1.Low voltage switchgear and controlgear.