磨机双驱电动机电气控制体系

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主要控制功能

励磁控制双驱磨机系统由两台低速无刷的同步电动机通过气动离合器带动两个传动小齿轮，进而带动磨机主齿轮转动磨机。GE公司的高性能正交同步电动机与普通同步电动机的不同之处在于，每个电动机转子都有两套相互正交的励磁绕组，一套是正常的D轴励磁绕组，另一套是用于负载平衡控制的Q轴绕组。两台电动机的D轴励磁是相互独立的两套励磁控制系统，两台电动机的Q轴共用一套励磁控制系统。

负载平衡的控制两台高性能正交同步电动机及其控制系统在保持整个磨机系统稳定运转的同时，能准确地纠正大小齿轮间的不平衡及磨机主齿轮的偏心度。负载平衡的控制分两种方式：一种是通过脉冲式释放离合器的气压进行系统粗调；另一种是Q轴励磁的控制系统通过控制电动机正交轴磁场电流来改变负载角进行系统微调。通过这两种方式来达到磨机两个小齿轮负载平衡的目的。负载平衡控制系统如图3所示。动态的负载平衡微调是通过调整并联两电动机的正交磁场绕组来实现的。被控制正交磁场电流在增大轻负荷电动机负载角的同时，减小重负荷电动机的负载角，从而达到负载平衡。负载平衡调节器分两级，外环为功率差调节(即粗调)，内环为正交磁场电流调节(即微调)。当磨机偏心、坏齿或磨机负载偏移时，通过这样的控制结构，可以快速地完成最小功率差值的调节。在大约±25%的额定电动机功率范围内，系统在电流微调方式下工作。当电动机的功率差值大于预先设定值(一般为25%)，如果系统工作在自动模式下，则离合器脉冲调节被触发，通过脉冲式放气、补气的方式进行粗调。粗调可以使负载平衡很快回到5%电动机额定功率的范围内，这时系统会自动切换回微调方式[2]。

磨机的润滑、保护和联锁控制系统磨机润滑系统包括主轴承润滑站高压顶起泵、主轴承润滑站低压循环泵、主轴承润滑站小齿轮润滑泵和主电动机顶起泵。磨机启动前，先启动润滑系统，润滑系统运行正常后，磨机才能正常启动。当系统主轴承润滑站高压油流低于低设定值时，润滑系统报警，低于超低设定值时，润滑系统故障，要求停止磨机转动(气动离合器分开)，但不停主电动机，只有当主电动机顶起泵油压超低，主电动机轴承温度超高，主电动机定子温度超高时，才能停止主电动机运行，同时气动离合器断开。磨机主轴承设有6个PT100测温电阻，小齿轮各设有3个红外线齿面测温传感器和2个PT100轴承测温电阻。当温度高于高设定值时，产生温度报警，高于超高设定值时，磨机自动停机。磨机主轴承设有油膜传感器检测信号，可在磨机运行过程中时刻监测磨机轴瓦和主轴承间的油膜厚度。当油膜厚度低于超低设定值时，磨机转动自动停止。本系统采用Rockwell的ControlLogix5000系列可编程控制器为核心控制器，通过Modbus方式与上位机(DCS系统)进行通信，系统通过ControlNet网和远程I/O组成现场信号采集系统，由PLC编程来实现对整个磨机系统的监测、保护和控制。

硬件配置(PLC组成)(1)AL2柜内1756-PA72电源模块1块；1756-L61CPU模块1块；1756-CNBControlNet通信模块1块；MVI56-MCMMODBUS通信模块1块；1756-IB32数字量输入模块4块；1756-IF16模拟量输入模块3块；1756-IR6I(RTD)模拟量输入模块2块；1794-ACN15ControlNet远程适配器1块；1794-IB32数字量输入模块2块；1794-OB32P数字量输出模块3块。(2)AL3柜内2711P-T15C15D1控制面板。(3)AL4柜内1794-ACN15ControlNet远程适配器1块；1794-IB32数字量输入模块6块；1794-OB32P数字量输出模块2块。

网络构成如图4所示，整个网络系统由两部分构成：一是与上位机通信的Modbus主干网络；二是该控制系统内部的ControlNet网络。ControlNet网是一个开放的高速确定性网络，用于传输对时间有苛刻要求的信息，通信速率可达5Mb/s。通信介质为工业级屏蔽同轴电缆，网络刷新时间为2~100ms，数据发送具有确定性和可重复性[3-4]。

控制系统控制系统采用Rockwell的ControlLogix5000和人机界面PanelViewPlus进行控制，下面介绍控制过程。(1)磨机系统磨机系统主画面(见图5)为磨机系统的轴承温度、振动、齿轮红外线温度和轴承浮起油膜的监测画面，点击“1号主电动机允许合闸”可查看1号主电动机的启动条件；点击“2号主电动机允许合闸”可查看2号主电动机的启动条件；点击“气动离合器允许合闸”可查看气动离合器的启动条件；点击“慢驱允许合闸”可查看慢驱的启动条件。(2)润滑站系统润滑站系统由3台高压泵、2台低压循环泵和2台小齿轮润滑泵组成。润滑系统分现场手动控制、现场自动控制和DCS自动控制。(3)干油系统控制当磨机运行时，干油系统自动运行，磨机停止，干油系统自动停止。在磨机运行过程中，当干油系统故障报警时，延时2h停机。(4)主电动机的控制当润滑系统运行正常时，慢驱离合器打开状态下，触摸屏上允许主电动机运行，显示绿色时，可启动主电动机。在启动主电动机之前，先进行启动请求，当两台主电动机运行后，取消启动请求，可通过允许主电动机运行画面查看启动条件。(5)气动离合器控制当润滑系统运行正常，两台主电动机运行正常，磨机备妥，系统无故障时，可启动闭合气动离合器启动磨机，在磨机运行过程中，如果磨机备妥信号消失时，离合器断开，停止磨机运行；如果有故障跳闸画面中任何一个故障时，气动离合器断开，系统跳闸，可通过允许气动离合器闭合画面查看磨机启动条件。(6)慢驱系统控制慢速驱动装置在磨机检修或更换衬板，主电动机发生故障时使用。慢速驱动电动机在慢驱控制箱上操作启停。慢驱只有当主电动机停止，润滑站工作正常，温度保护系统正常，小齿轮喷射润滑工作，气动离合器断开，慢驱离合器合上，主电动机运行侧限位开关断开时才允许工作。并且慢驱操作箱上的“工作/检修”选装开关放到检修位置，可通过允许慢驱运行画面查看其启动条件。(7)趋势图通过趋势图可查看系统中的轴承温度，以及振动、油膜、油压、油流在1min内的变化情况。(8)参数设定整个磨机系统的运行参数和保护参数都可在参数画面中设定，只有经授权的专业人员登录账户，输入密码后才能进入参数设定画面。(9)实时报警磨机系统的所有报警信息和故障跳闸信息都可在这里查看历史信息，信息前面有“*”表示报警被激活，就是说正在报警状态中，无“*”则说明报警已过。当报警发生时，在触摸屏柜上会伴随有声光报警，是一快闪信号，按动“消警”按钮，报警变为慢闪信号，表示已有人确认过此报警信息，再按一下，报警取消，不再报警，延时15min后，如还有报警信息，则重新快闪报警。只有在登录账户的情况下，清除历史按钮才会显示，点击此按钮，所有历史信息将被删除。(10)故障跳闸系统所有跳闸信息都汇总在故障跳闸画面中，一旦造成故障跳闸，可进入这里查看故障原因，故障跳闸信号是自保持信号，下次开机时需要在触摸屏上进行故障复位。

结语

先进的控制系统是一个现代化工厂的标志，对于企业有着深远的社会效益和经济效益。GE双驱控制系统及ControlLogix系统在江西铜业股份有限公德兴铜矿的成功使用，为该矿节约了能源，降低了成本，减少了操作人员，提高了生产的安全性。2010年10月底调试投产后，在较短的时间内，各项生产指标均达到并超过设计要求，现在磨矿能力为1300~1400t/h，远远超过938t/h的设计能力。该系统自投入运行以来情况良好，画面清晰，易于维护，便于操作。根据工艺要求实现设备相互联锁，利于设备的启停及运行操作；利于系统操作和参数的修改；完整的故障报警信息可以及时发现系统的某一环节故障，减少系统的停机时间，保障生产顺利进行，提高了监控与管理水平。

作者：于小环简海峰王全福晏秋单位：洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司矿山重型装备国家重点实验室(中信重工机械股份有限公司)