基于网络控制的电机软启动器故障分析与控制系统改造

关俊峰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

基于网络控制的电机软启动器故障分析与控制系统改造

关俊峰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

某公司低压电机应用某合资品牌软启动器配合网络完成启停及反馈控制方式，正常运行时频繁发生软启动器无故障报警停机。针对这一现象进行深入分析、总结，并对其进行国产化改造，以保证设备运行可靠性及生产的稳定性。

软启动器；停机故障；网络；国产化改造；稳定

1 引言

某公司160 kW的低压电机启动方式为软启动，采用某合资品牌软启动器，软启动器配合网络完成启停及反馈控制方式，网络机构应用DeviceNet网络平台完成通讯，投产以来频繁发生软启动器停机故障，对公司生产造成严重的影响。与合资品牌软启动厂家技术人员交流故障原因，厂家技术人员表示只能在故障的时候更换软启动器控制器备件，无预防措施，软启动器控制器备件费用很高，并且更换频繁，为此我们进行分析讨论，决定对合资品牌软启动器进行国产化改造，选择国内可靠性高的软启动器，既能减少备件及维护成本又能确保生产的安全稳定。

2 软启动故障停机实例及原因分析

2012年8月10日某公司生产水车间海水提升泵电机停机，上位机并无发现任何故障报警，电机绝缘及接线良好，控制回路接线也未发现松动现象，调出上位机电机运行历史趋势图（图1），对海水提升泵运行趋势进行分析，发现海水提升泵电机运行准备好信号（设备就绪ready）在短时间内丢失（由1变为0），作为海水提升泵的停机连锁条件，在未发出停机指令或进行下电操作时，工艺泵软启动器控制器设备就绪ready信号丢失后，软启动器被停止，无法正常工作，泵停机。通过分析，主体工艺泵软启动器控制面板内部控制字11位的reday(准备好)信号突然丢失是导致主体工艺泵停止的直接原因，属软启动器控制面板内部元器件故障，故障出现后更换软启动器控制面板，恢复运行。生产水车间内用同类型软启动器12台，并且无备机，同样的故障类型共出现7次。ready信号为软启动器控制器电路内部自检完成，故障发生率极高，同时控制器备件费用高，增加维护成本。为了摆脱对进口设备的依赖，结合公司国产化要求，对其进行国产化改造，即降本增效又保证设备稳定。

3 改造方案

3.1 设备改造

根据现场实际情况，设备控制模式采用网络智能化控制，电气设备控制位于MCC柜内，用DeviceNet构建网络控制平台，将电机控制和保护与RA集成架构所提供的网络相结合，生产水车间内共有软启动器设备12台，集中在一个配电室内，分布于12台低压柜内，设备启停及信号反馈都由柜内网络连接线连接到网关设备，通过协议转换与西门子PLC完成通讯。前期考虑过改变网络控制模式，改为硬线连接，增加旁路接触器，启动过程中软启动器参与工作，启动完成后软启动器退出运行。但现场设备多，增加电缆数量大，并且PLC需增加I/O模块，改动内部程序，改造费用及改动工作量大，同时生产无法满足改造工作停产时间要求，这给改造增加了难度，最终决定对软启动器本身进行国产化改造，选择有通讯功能，运行可靠的内置旁路软启动器，并且能够融入DeviceNet网络，不改变原有网络结构及程序，实现与整个网络控制的兼容。经了解，天津某公司生产的软启动器具备替换原有软启动器的技术条件，更换T6000系列内置旁路软启动器，采用网络连接控制方式，通过内部通讯板完成与DeviceNet通信功能。

3.2 控制方式

用T6000型软启动器替换原有软启动器，改变原有接线，接线原理图如图1，机旁模式：机旁电机启动，按下启动按钮，KA闭合，软启动器启动。启动完成后内置旁路接触器吸合。停止时，直接按机旁箱停止按钮，电机停止运行。PLC远程模式：可实现外线通讯控制，通过DeviceNet发出启停命令实现启停。T6000系列软启动器通讯支持Modbus通讯协议，通过增加通讯模块实现通讯协议转换，实现Modbus与DeviceNet协议转换，完成通讯。

图1 海水提升泵控制原理图

3.3 协议转换说明

协议转换原理：为了使软起动器和上位机直接实现通讯，需要采用统一的通讯协议。但在该项目中，软起动器使用的是Modbus通讯协议，而上位机使用的是DeviceNet通讯协议这样就需要协议转换来完成双方的通讯功能。协议转换器相当于实时翻译，使两个不同国家的人也能够无障碍地交流。

（1）DeviceNet的协议：原有软启动器协议

缺省输入输出组态：I/O的缺省组态为4个字节输入和4个字节输出，字0组态分为逻辑状态和逻辑字1为反馈A相电流值和参考给定字。可变输入输出组态：支持16位的数据连接。因此，该设备被组态成可以返回的附加信息。

逻辑状态字16位标识数据反馈包括使能、运行、相序、相序激活、启动、停止、报警、故障、达速、准备等，逻辑命令字16位标识包括启动命令、停止命令等，原有软启动器不支持模拟量参考给定，支持模拟量反馈，提供A相电流作为反馈字，返回数据编码结构：2字节状态字+2字节电压值+2字节电流值。除特殊说明外，数据位都是从左到右分配的，电压与电流值都是高字节在前低字节在后，电流值返回数值为实际运行电流的10倍。当软起处于待机与故障状态时电压与电流值均返回0。

（2）T6000 Modbus部分协议

T6000 MODBUS通讯协议规定了3条与软起动器相互通讯的命令，分别为读软起动器当前状态、起动电动机与停止电动机。

主机读从机当前状态报文格式，功能码为03H（读取寄存器）数据长度为0003H为固定值（为原有软起相对应）起始地址为0102H要读取的寄存器地址。返回数据编码结构：1字节主项+1字节从项+4字节数据。数据位都是从左到右分配的，如主项01从项02为故障状态，它下面说明数据为1字节，这1个字节就是“六字节数据”的第一个字节，即从机发送状态信息编码的第三个字节。如果为多字节数据则数据格式为高字节在前低字节在后。累加和采用按位异或的方式计算。主项：01：读系统当前状态。从项：01：软起正常待机。02：故障状态。数据：2字节故障信息。2字节共有16二进制位，每一位表示一种故障，除两位保留位外，共有14种故障。从项：03：电机正在软起。数据：2字节电压+2字节电流值的10倍。从项：04：电机正在软停。数据：2字节电压+2字节电流值的10倍。从项：05：电机正在运行。数据：2字节电压+2字节电流值的10倍。从项：06：电机正在起动前延时。数据：2字节倒计时延时值，单位秒。

控制软起动器的起停及参数设置，控制软起动器的起停，功能码为06H，数据值规定0001H：起动电机、0002H：停止电机与原有软启动器控制字相对应。

（3）协议的转换

通过以上DeviceNet软起协议和Nole软起协议可以写出协议转换规则。比如要起动软起动器按照DeviceNet协议则需要发送命令格式为（16进制）：00H 02H，而Modbus起动软起动器的命令为06H 00H 01H 0H 01H，所以当转换器收到00H 02H命令时它自动把数据转换成06H 00H 01H 0H 01H发送给软起这样软起动器就知道这是起动命令。同理，当显示软起状态时，转换器将从软起端收到的数据自动转换成上位机能够识别的数据，这样就实现了通讯协议的转换。

4 结论

（1）通过改造提高了生产水工艺泵控制系统的可靠性，减少故障的发生，降低故障率。

（2）通过国产化改造，在提供优质的产品同时，又有价格优势，降低公司运营成本。

（3）通过国产化，实现Modbus和DeviceNet网络协议的转化，摆脱对进口成套智能网络化设备的依赖。

（4）结构简单，便于日后的维护、检修及故障处理。

Analysis of M alfunction of M otor Soft Starter based on Network Control and M odification of the Control System

GUAN Junfeng
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

A low-voltage motor at Jingtang Steel used a JV-produced soft starter combining with network to perform start and stop and feedback control,but the soft starter frequently gave out false alarm and shutdown the motor during normal operation.This phenomenon was analyzed and summarized in depth and the soft starter was modified,which has improved operation reliability and ensured production stability.

soft starter;shutdown;network;domestic modification

TM3

B

1006-6764(2015)08-0009-02

2015-03-20

2015-04-15

关俊峰（1985-），男，大学本科学历，工程师，现从事电气设备管理工作。