球磨电气控制系统改造初探

摘要：电气控制系统运行过程中不可避免地会产生故障，对故障的排除一方面是临时性处理，将现有故障现象消除；另一方面就是通过改造，对现有故障进行彻底解决。文章通过对球磨电气控制系统在改造前存在具体问题的分析、改造过程中采用的方法及投入的简要分析、改造后运行状态的对比，简述了电气控制系统改造的合理性和必要性，为以后科学开展电气控制系统改造提供了经验。

关键词：电动机；球磨机；电气控制系统；改造；故障率

中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0035-03

攀钢集团钒业有限公司V2O3生产作业区球磨机系统原为引进德国GFE公司的设备，其控制系统也为GFE公司以前所使用的系统，应用于现场。球磨机的主要功能是将较大原料进行圆球挤压研磨后变小变细，为下步工序提供合格大小的原料。球磨电气控制系统在使用过程中，出现了故障率高、与前后设备运行不协调等问题，特别是球磨机电机供电及控制系统的故障率高，严重影响到了生产作业的顺利进行。因此在引进此套系统后不久，即对电机及电源和控制系统进行了改造，故障率得到了一定控制，但仍未满足现场生产需要，且运行成本较高。

1 原控制系统存在的问题

1.1 PLC控制系统硬件的问题

原系统采用的是S7-300型PLC控制系统，对球磨机及物料运送、筛分设备进行控制，同时后面的焙烧系统也由此系统中进行控制运行。由于生产现场的特殊性，在引进此批设备后，生产现场又增加了一些设备，因此控制系统的容量及稳定性就存在了较大问题。在增加一些辅助设备时，例如增加除尘用螺旋运输机的控制、振动机的控制等，由于容量不足的原因，就不能使用PLC系统进行控制，而采取的是继电器进行控制，增加了系统的不稳定因素。

1.2 球磨机驱动电动机控制系统的问题

从GFE公司引进的球磨机配套电机为绕线式异步电动机，供电源电为AC500V。在运行过程中，一方面存在电源不标准、备件较难准备的问题；另一方面电机运行故障率高，受现场振动大、灰尘大的缘故，二次侧由于采用继电器切除电阻进行启动控制，故障特别多，查找故障也非常麻烦。因此在引进此设备运行后不久，对此电机及供电和控制系统进行了改造，电机仍为绕线式异步电动机，但采用AC6000kV电源供电、二次侧采用无刷液阻器进行启动控制。此种启动器内部充满启动液，安装于电动机转子输出的另一端，与转子共同旋转。启动过程中随着转速的提升，内部元件在旋转力的作用下靠近，减少液阻而逐渐提高启动速度，达到一定转速时内部机构将转子外接二次线进行短接，切除液阻，完成启动。当时，这种控制方式对一般的绕线式异步电动机的启动控制还是比较先进和适用的，避免了继电器控制的许多缺点。但在运行过程中，此无刷液阻器的缺点却暴露无遗，主要问题就是故障率特别高、运行成本高，且具体原因未查明。故障现象是在球磨电机的启动过程中，经常发生无刷液阻器不能正常工作、安全装置爆裂漏液等问题，造成球磨电机不能切换到高速运行的故障。而无刷液阻器一旦不能正常工作，送检修单位检查发现内部原件均被损坏，无法修复。新件单价在11万左右，而所需的启动液每桶在1万元左右，每次加入量为一桶半。经统计，一月内，这样的液阻器更换了两个的现象也时有发生，造成运行成本特别高，且严重影响到了生产的顺利进行。通过对运行现场的检查发现，由于球磨机属于重负荷设备，其启动时间较长、启动电流大、运行过程中振动大，这样的特殊情况可能是造成此类无刷液阻启动器频繁损坏的原因。但具体原因与生产厂联系也未得到彻底解决，因此具体原因未查清，故障也未彻底排除，造成了生产成本增加、生产不能顺利进行的严重后果。

1.3 球磨机驱动电动机的保护控制问题

球磨机驱动电动机在运行过程中，由于自身必要保护措施的缺失，发生了电机二次侧短路、定子绕组绕损等较大设备故障，对生产造成了不利因素，这也是一个较大的问题。此电动机采用风机输送自然风对顶部安装的冷却装置进行散热，进而对电动机定子产生的热量进行冷却的原理来对电动机运行过程进行降温，风机电动机采用AC380V电源单独供电。受PLC系统容量限制，未进行系统进行整体控制，风机及电动机在运行过程中不能得到有效监控，对发生的故障也不能及时发现。因此在此两台设备出现故障时，球磨机驱动电动机运行时产生的热量不能及时得到冷却，造成电动机温度高而没有任何现场检测装置跟踪发现，进而发生电动机烧损事故。另外，球磨机电动机运行过程中的轴承温度也没有检测装置对其进行监测，靠人工定时对其测定，不能很好地保护此设备良好运行，增加了故障点。因此电动机自身必要保护措施的缺失也是一个较大的问题。

1.4 控制系统硬件及程序存在的其他问题

球磨系统在运行过程中，受生产工艺及物料运输顺序的限制，对设备的运行及启动顺序进行了规定。在生产过程中，某台设备发生故障停机时，其相关联的设备就应按程序设定而自动停止运行，如球磨机停止运转时，给球磨机运送物料的前段设备就应停止运转，停止向球磨机内加料，防止物料阻塞，达到保护的目的。原球磨电气控制系统采用PLC进行集中控制，对接触器的分、断进行了监控，以达到监控设备是否处于运行状态的目的。程序的编制也以接触器分、断来判断设备分别处于停止、运行状态。在这种情况下，当保护设备驱动电动机的主电源断路器在运行过程中由于某种原因突然断开而接触器（接触器工作电源为单独的电源）仍处于闭合状态，PLC控制系统监测到此台设备运行，但此台设备却已停止运转，必将造成较大的故障。此类故障是比较常见的，因此同样给生产带来了较大的隐患。另外，受现场工作场地及环境影响，某些设备需要在检修或检查时进行部分联动、单台运转测试等操作，同时观察相关运行参数，但此控制系统不能完全满足需要，给现场操作带来了不便。

2 控制系统的改造

球磨机机械系统的改造为电气控制系统进行完善性改造提供了时机，为彻底解决存在的问题提供了机会。因此，球磨电气控制系统针对上述问题进行了改造。主要是对电动机及主电源和控制系统、其他设备驱动控制系统、PLC控制系统及程序控制进行了改造，取得了优异的实效业绩。

2.1 PLC控制系统硬件及控制程序的完善

针对原系统容量不足、受其他工序流程牵制等原因，造成其不能完全满足生产操作需要的问题，对PLC系统进行扩容的改造。主要是将PLC控制器与其他工序的控制器进行分离，单独采用一套S7-400的PLC系统来控制球磨电气系统，并对监控点、控制点、现场其他数据采集、程序等进行了完善，满足了目前生产操作的需要。同时预留了一些容量，为可能会增加的设备或功能预留了足够的容量。同时将原除尘系统的运行也纳入此系统中，提高了环保设备运行的可靠性和现场环保设备的管理水平，为确保生产顺利进行提供了保障。

2.2 球磨机驱动电动机及保护控制系统改造

球磨机驱动电动机功率较大，达到400kW，且运行环境恶劣、灰尘大、振动大是影响电动机正常运行的最大的不利因素。因此，对电动机进行改进及增加必要的保护与运行监控设备是相当重要的。在对电动机改造方面，首先对其冷却系统进行了改造，通过电动自带的冷却风扇对电动机进行冷却，冷却风扇安装于电动机转子轴上，通过防尘罩吸收外部空气对电动机定子进行冷却，增加了其运行的稳定性。从电动机内部结构来看，在定子中及转子两端的轴承处安装了数个测温热电偶，通过信号转换输入PLC系统对电动机运行时的温度参数进行实时监控，同时设定温度运行上限，达到上限自动停机并报警。对电动机运行最重要的电流进行随时监控，并在现场安装了电流显示表，特别便于球磨机启动时相关参数的监控。通过对电动及保护控制系统的改造提高了电动机运行的安全系数。

2.3 球磨机驱动电动机控制系统的改造

球磨机驱动电动机控制系统的改造，是本次球磨电气控制系统改造中主要的改选内容，其中最重要的方面就是解决电动机二次侧控制系统在运行中的稳定性、安全性及经济性问题。本次改造采用的电动机为标准的绕线式异步电动机，通过滑环外引出外接电源线，接入控制柜中进行二次侧运行控制。结合前两次电动机二次侧控制系统运行过程中的优缺点，根据现场具体情况，采用液阻柜对二次侧运行进行控制。改造的主要方面是利用经济、安全、有效的导电溶液代替过去的电阻丝和较昂贵的专用启动液，装入一个容器中，通过插入电极的浓度来控制电极间阻值的大小，进而控制电动机启动时二次侧接入电阻值的大小。电机插入深度及快慢速度由液阻柜内电动机进行控制，可设定相应的启动时间来控制此电动机转动的速度，其结果是控制球磨机驱动电动机启动时二次侧接入电阻的变化速度，控制启动时间。启动完成后由液阻柜内元件对二次线路进行短接，电动机进行正常运行状态。为了减少球磨机在运行过程中产生的振动和灰尘对二次控制系统的损害，此液阻控制柜采用了较高的防护等级，安装位置与球磨机相隔一定的距离，且在球磨机工作所使用的防尘罩外。这样在很大程度上减少了振动和灰尘对控制柜及控制设备的伤害，提高了此控制系统的稳定性和安全性。

2.4 电动控制系统其他方面的改造

结合本次改造，对各设备控制使用的断路器进行了完善改进，增加了断路器工作位置监控点，接入PLC系统进行监控，确保了生产工艺及流程控制的需要。在对球磨机运行的监控保护方面，新增加了球磨机轴瓦运行温度监测与控制保护，使球磨机的关键部位得到了应有的监控。同时对球磨机运行时所需的液压冷却系统也进行了监测，对液压冷却系统的电机运行情况、高低油压情况、油温情况实时进行跟踪，并进入PLC系统进行控制，出现异常情况自动停止球磨机运行，提高了球磨机运行的安全性和稳定性，为生产提供了更好的保障。

3 改造后设备的运行及改造中存在的问题

3.1 改造后设备的运行

通过对PLC控制系统的升级改造，降低了运行过程中的故障率，系统运行的稳定性得到了很大提升。而现场监控设备的完善，在设备出现故障前兆时就得到了相应的监控，减少了大量设备事故的发生，不但提高了设备的保产能力，对现场职工更好地管理设备也增加了信心。同时通过对球磨机驱动电机及控制系统的改造，消除了故障发生频繁的现象，从根本上杜绝了二次侧电动机启动时经常发生故障的现象，根除了存在的问题，且启动控制液阻柜所用电阻液价格低廉，所用控制元件为普通常用备件，消耗低，运行成本低，为企业争创良好经济效益做出了贡献。通过对控制程序、相关备件硬件的改造，完全满足了生产工艺和生产流程的需要，完善了设备功能，提高了设备性能，为企业生产提供了坚实保障基础。

3.2 改造过程中存在的问题

改造过程中存在的问题主要有三点：一是在细节上处理得不够完好，如球磨机驱动电动机二次侧控制用接触器容量选用较小，运行时温度高，在运行过程中不得不进行扩容更换；再比如就是与现场操作未很好沟通交流，操作位置、控制流程在改造过程中进行了变更，以更好满足现场生产需要。这些虽然是小问题，但同样影响了设备改造的进程。二是对现场产生的突发事件处理不完善，没有采取最好的办法进行解决。受工期及工程量等原因，对改造过程中新增加的部分设备的控制系统未采取系统的、有效的方式进行解决，而是采用了临时措施对其进行处理，为以后的设备运行埋下了隐患。三是受多方面原因限制，改造过程的质量没有得到完全保证，在试运行过程中部分进行了完善，在今后的运行过程中可能会出现一些问题。

4 结语

本次球磨电气控制系统的改造彻底解决了以前设备运行过程中控制系统存在的问题，特别是驱动电动机二次侧的启动控制问题，采用低价、高稳定性、高安全性的设备解决了存在的大问题，为企业降低了消耗。同时完全满足了现场生产工艺、生产流程的需要，运行过程中的高稳定性得到了现场操作人员的认可，取得了

成功。

参考文献

[1] 蒙丽华.对电气设备维修与改造的经验探讨[J].广西轻工业，2011，（7）.

作者简介：王法军（1973-），男，四川乐至人，攀钢集团钒业有限公司助工，研究方向：电气控制系统。