化工动设备电气控制优化案例

林成霞，方海

（1.浙江巨化股份有限公司电化厂；2.浙江巨化技术中心有限公司：浙江 衢州 324004）

常见的化工动设备包括物料输送相关设备（屏蔽泵、离心泵、柱塞泵和隔膜泵等）、反应混合相关设备（搅拌器、高剪切乳化机等）、制冷相关设备（压缩机、风机等）、分离相关设备（离心机、过滤机等），动设备的运行与传动大多基于电机实现。

这些动设备广泛应用于化工生产的各个环节，他们的使用需要根据化工生产的具体要求来选择，完成其传动控制也不尽相同，需根据具体生产流程的使用来设计不同的电控回路。本文将通过2个实际电控回路的分析改进来阐述其优化需要综合考虑多方面的因素，其中包括控制设计、干扰误动作、线路成本、通用性和保护效果等。

1 案例一：变频电机启停控制优化

1.1 基本情况

某化工企业大量使用ACS880变频器用于反应釜搅拌器及物料输送机泵的变频电机进行转速控制，变频电机启停需实现现场操作柱及远程（DCS）室2种方式，其变频启停控制如图1所示。

图1 变频器DC 24 V手自动启停控制原理Fig 1 DC 24 V hand automatic start-stop control principle of inverter

控制电源为变频器DC 24 V 输出电源，实现该控制需调用ACS880 手动/自动宏的相关设置，其中DI3 为手自动控制输入（手动0/自动1）点，手自切换由现场操作柱转换开关SA实现；DI1、DI2为手动启停控制输入点，由现场操作柱的启停按钮触发的脉冲信号来实现控制；DI6为自动启停控制输入，由DCS室给定0或1的电平信号来控制[1]。

要实现以上控制需设置ACS880的几个关键参数：应用宏（9604）改为手自动/2，Ext1/Ext2 选择（1911）改为DI3/5，外部Ext1 命令（2001）改为N1P 启IN2 停/4，外部Ext2 命令（2006）改为IN1启/1，Ext2输入（2008）改为DI6/7。通过以上设置实现变频器手、自动启停现场电机的功能，然后通过变频器继电器开断点输出去控制变频电机散热风扇与主电机的同步运行，从而完成机泵、搅拌电机的启停控制。

1.2 存在问题

由于化工生产区域特殊性，常有强酸碱气体或物料的散发或泄露，同时也有易燃易爆气体产生，因此电气控制设备需采用爆炸危险区域相适配等级的电气防爆设备。该案例现场使用防爆防腐的操作柱BZC8050-B1D2K1G，ACS880 变频器由于不具备防腐防爆性能，故通常安装于配电室集中控制，变频器与防爆操作柱之间安装距离相隔150多米，对启停控制为DC 24 V变频输出电源而言会产生一些问题。

问题大致有：1）长距离布线引发的控制信号衰减；2）与动力电缆同桥架布线产生的电磁干扰；3）为防止干扰采用带屏蔽线层的电缆又会使成本增加；4）24 V弱电控制会因接线端子排受潮爬电而造成变频启停误动作；5）使用的ACS880变频器由于功能多设置复杂常出错，且机器价格昂贵；6）用变频器实现手、自动启停的控制回路仅适用ACS880，不具有不同变频器替换的通用性。这些问题对企业的生产成本、效率、稳定、安全都会产生不良影响。

1.3 优化方案

通过将防爆操作柱BZC8050 的手自动切换启停控制于变频电机散热风扇的启停接触器，由接触器的辅助触头开断来控制变频器启停，如图2所示。

图2 220 V手动自动启停控制原理Fig 2 220 V manual automatic start and stop control schematic diagram

图2 中，当转换开关打手动时，启动按钮①、②点闭合触发KM接触器瞬时吸合并通过KM的常开触点闭合实现自保持；当转换开关打自动档位置时，手动回路断开，自动回路接点⑥、⑤闭合，接触器KM 则有DCS 接入的5～7 点通断来控制接触器KM线圈吸合与释放，然后通过KM的常开无源辅助触头控制变频启停（无源辅助触头接入变频器的DI1 和DC 24 V 点）。这样可将控制电源DC 24 V 改变为AC 220 V，同时可避免变频器的繁琐手自动参数设置。

1.4 实施效果

采用AC 220 V 控制信号进行控制，可有效避免线路干扰和信号衰减的问题，并避免变频器启停误动作；使用了不带屏蔽线层电缆，降低了线路成本；通过控制回路的优化，由专用变频器控制回路变成了各类型变频均能适用，提高了控制回路通用性，降低后期改造成本。该方案实施2年以来，降低了电缆成本，设备从未发生干扰及误动作情况，控制稳定，设备运行安全。

2 案例二：屏蔽泵保护改进优化

2.1 基本情况

某化工企业从事化工产品科研。中试生产中，工艺路线尚不成熟，动设备的选型也并不成熟稳定。在普通的离心泵、隔膜泵更换为屏蔽泵时，原有传统的机泵控制保护回路并不适用于屏蔽泵，这是因为屏蔽泵的线圈绕组与泵体集成一体，其本身并无散热风叶，其发热状况受负载及泵内流体温度影响很大，而泵体自带的热敏开关对其过热保护起到了关键作用。该化工中试企业过往也曾因热敏开关未接入保护回路造成机泵烧毁的设备事故，对生产造成了较大影响。

2.2 存在问题

屏蔽泵接线盒内有S1、S2 2 个热敏开关输出接线端，正常处常闭状态，当泵体发热超过热敏开关阈值时会断开，从而切断设备运行避免过热烧毁。普通机泵的电机并无该保护开关，在普通机泵更换为屏蔽泵时，需另外增加线缆将热敏开关接入控制回路。

通常做法是用ZR-YJV 2×1.5 电缆从屏蔽泵接线盒放线入配电室该回路的端子排。在走桥架放线缆时，线路长并可能会涉及爆炸危险区域的动火、登高作业，在影响施工时间进度同时还增加诸多安全隐患。过往也曾会因施工难度大、耗时长而放弃该保护。

2.3 优化方案

优化思路有3点：一是热敏开关的保护功能要实现利用，二是要避免长距离的布线施工影响生产，三是要便于设备故障跳停后的线路排查检修。要实现上述方案，需通过原现场操作柱电控接线改进来实施。

实施方法：电机主回路U、V、W三相进线从原电机拆除，接入屏蔽泵电机U、V、W 接线端，增加1 根ZR-YJV 2×1.5 mm2控制电缆接入S1、S2端，从屏蔽泵接线端盖另一出口引出，采用G20镀锌钢管穿管布线，可埋地或架空接入屏蔽泵启停操作柱，将操作柱内启、停按钮端子的连接线路拆除，将该ZR-YJV 2×1.5 mm2控制电缆的另两头接入操作住内启、停按钮连接端，使热敏开关串接入启停按钮，利用原ZR-YJV 7×1.5 mm2控制电缆（该电缆为原电机启停操作柱控制电缆，引至配电室）的备用电线1根接入停止按钮出线并标注11 号，另一端将该电线接入该屏蔽泵的控制回路的空闲端子排上，用作热保护开关的线路排查。如图3所示。

图3 屏敢泵热保护控制原理Fig 3 Shield pump heat protection control schematic diagram

线路排查检修方法：在断电状态下，用万用表测量3 和11 号端子，正常为常闭，过热保护则断开。在通电状态也可检查热敏开关的通电，用万用表测量3号端子对地220 V则开关正常，如果测得11 号对地220 V，3 号对地电压0 V 则可判定热保护开关已动作。

2.4 实施效果

将热敏开关串接入现场操作柱，并将检测反馈点通过原有控制线接入配电室的方法实施以来，极大地降低远距离布线的线路成本，施工成本及施工周期，提升了线路排查的便捷性，有效杜绝了屏蔽泵过热烧毁的可能性。

3 结束语

化工生产过程中，动设备的正常运行对于生产效率和生产安全具有至关重要的作用，而动设备的性能好坏很大程度上取决于其控制系统的质量。优化动设备的控制系统可以提高设备的效率和稳定性。

通过对化工企业常用的2 种动设备（变频电机、屏蔽泵）电控优化过程进行深入地分析与优化改进，对确保设备稳定运行，线路抗干扰，降低布线材料与施工成本，方便线路排查检修，提高设备的适用性和可靠性都产生了很好的效果，达到了提高生产产能、降低生产成本、延长设备寿命的目的，提升了化工企业的经济效益，每年可约为企业节约设备、线缆、人工等成本近百万元。

以上经验和方法，不仅适用于变频电机、屏蔽泵2个具体的案例，也可以为其他类似问题的控制优化提供参考和借鉴。