ARD智能電動機控制器在苯乙烯生產過程中的應用

更新時間：2014-09-11

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一、概述：
在現(xiàn)代的工業(yè)過程中，電動機作為一種拖動的機械，成為所有動力機械的*的設備。隨著科學技術的不斷進步，計算機技術和網絡技術不斷的完善，迫切需要開發(fā)和完善電動機控制與保護設備，從而實現(xiàn)對生產過程和大型機械的遙信、遙測、遙調、遙控、故障診斷以及集中監(jiān)測等功能。
化工行業(yè)是我國的重要的基礎行業(yè)，在國民經濟中具有重要的戰(zhàn)略地位。行業(yè)特點本身特點為易燃易爆的工作場合較多，屬于事故多發(fā)行業(yè)，化工行業(yè)滿負荷、大通量連續(xù)的運轉，因而對電動機使用的可靠性和穩(wěn)定性要求*，一旦發(fā)生故障，必須馬上找出故障原因及時排除，以保證連續(xù)的生產。
江蘇某化工企業(yè)經過多年嘗試和反復實踐試用，zui終選擇了一種新型ARD智能型電動機控制器，作為電動機的保護元件，并取得了一定的使用經驗。特別是該企業(yè)在25萬噸/年苯乙烯項目中，在低壓配電系統(tǒng)中使用了ARD智能型電動機控制器，不但有效的降低了電動機的故障發(fā)生率，*取代了熱繼電器，同時利用*的計算機網絡技術和通訊技術，實現(xiàn)了全廠電動機的自動化控制，并取得了顯著的經濟效益。
二、苯乙烯廠對電動機控制器的要求
該化工企業(yè)生產從粗苯加氫開始，粗苯加氫生產出的苯用于生產苯乙烯、順酐、富馬酸，該企業(yè)屬易燃易爆、大通量、滿負荷的連續(xù)運轉性生產企業(yè)。該公司的低壓廠用電系統(tǒng)中的許多電機在工藝要求上是不允許跳閘停車的，部分關鍵電機一旦跳閘停機，將可能造成整個工藝癱瘓等事故，不但給企業(yè)帶來巨大的經濟損失，而且容易造成人員傷亡。
在實際運行中，當電動機發(fā)生故障需及時查找原因并排除故障，這時靠人到現(xiàn)場查找原因當然也可以，只是要花費很長時間，而采用ARD智能型電動機控制器的通訊功能在zui短的時間內發(fā)出報警指令告知電氣工程師，到現(xiàn)場后通過ARD智能型電動機控制器的故障記錄功能可以很容易找到故障原因及時恢復生產；
所以苯乙烯廠對電動機兩大必不少要求如下：
1．電動機保護、故障記錄功能。
2．通訊功能。
三、智能型電動機控制器的描述
ARD智能型電動機控制器是zui近十幾年才發(fā)展起來的一種新型數(shù)字式低壓綜合電動機保護裝置。它集成了過載、欠（輕）載、阻塞/堵轉、三相電流不平衡等保護功能；還集成了測量、故障記錄、控制（直接起動、雙向起動、雙速起動、星三角起動、抗晃電起動、欠壓失壓重起動）等功能。
該裝置具有控制精度高、節(jié)電、保護動作靈敏、工作可靠等優(yōu)點，是替代熱繼電器的理想產品。
其基本工作原理如下圖:

（1）保護功能
ARD智能型電動機控制器具有過載、欠（輕）載、阻塞/堵轉、三相電流不平衡、起動加速超時、接地/漏電、欠/過壓、欠功率等保護功能。
ARD裝置通過裝在柜門上的顯示模塊，實時的顯示當前電動機的運行情況和三相電流；當電動機發(fā)生任一故障時，裝置延時一段時間后斷開主接觸器，電動機停車，顯示模塊上實時顯示當前發(fā)生的故障信息（故障原因、故障時間、故障時電動機電流電壓值）。
帶通訊功能時還可以通過通訊將保護數(shù)據(jù)實時傳送到計算機后臺系統(tǒng)中進行監(jiān)控管理。
ARD智能型電動機控制器的漏電保護功能在化工行業(yè)中有非常重要的使用價值，它解決了電氣維護人員經常到電動機旁用“搖表”測絕緣的問題，既保證了電動機設備的安全，又保證了生產連續(xù)運行。
（2）測量功能
ARD智能型電動機控制器可以對當前電動機回路的三相電流、三相電流不平衡、接地電流、電壓、功率、功率因數(shù)、頻率、電能進行測量，并且實時的在盤柜的顯示模塊上顯示。帶通訊功能時可通過通訊將實時數(shù)據(jù)傳送到計算機后臺或者SCADA系統(tǒng)中進行監(jiān)控管理。
(3）控制功能
ARD智能型電動機控制器可以滿足各種起動方式，如直接起動、雙向起動、雙速起動、星三角起動、自耦變壓器降壓起動和晃電、欠壓失壓重起動控制方式。
ARD智能型電動機控制器支持9路開關量輸入，5路繼電器輸出，可以在盤柜上方便的進行起、停、調試等工作，帶通訊功能時還可以通過計算機后臺實現(xiàn)“四遙”功能，對電動機進行監(jiān)視管理。
（4）在線監(jiān)視功能
電氣工作師站操作人員可以在后臺系統(tǒng)上，完成所有保護整定數(shù)據(jù)的查看、修改設定。并且可在線監(jiān)測電動機的運行情況和供電電源的質量，及早的發(fā)現(xiàn)問題。同時后臺系統(tǒng)強大的管理功能可以有效的實時記錄各臺電動機的型號、歷史維護記錄、故障波形，為保證工藝系統(tǒng)的安全生產提供了有力的依據(jù)。
四、選用ARD智能型電動機控制器帶來好處
（1）安裝方便易于現(xiàn)場巡檢
按安裝形式分：ARD智能型電動機控制器分為一體式和分體式兩種。
目前使用MCC馬達控制中心柜大多采用的是抽屜柜，少數(shù)采用控制箱。
分體式安裝是由ARD裝置主體、顯示模塊組成；一體式安裝是ARD裝置主體、顯示模塊是一體的。
在實際工程中普通采用的是分體式安裝，把顯示模塊安裝在比如MNS抽屜柜面板上，這樣既簡化了開關柜內的接線，又實現(xiàn)了即插即用功能（用戶可在線更換顯示模塊）。通過這樣設計使用戶在使用時對當前的電機運行狀態(tài)一目了然，大大的方便了用戶的巡視和維護。
對那些電動機要求不高的地方，也可采用一體式安裝的產品。
（2）通訊組網便于后臺管理
在化工行業(yè)的工程中，對電動機設備的自動化要求較高， ARD智能型電動機控制器提供了RS-485通訊（Modbus-Rtu通訊協(xié)議）接口，為電氣操作與工藝控制人員通過計算機后臺在線瀏覽生產情況提供了方便。
把所有的ARD智能型電動機控制器、AM5中壓保護裝置、ACR多功能電力儀表及其它具備通訊協(xié)議的產品并聯(lián)在一起組成現(xiàn)場總線的網絡結構。如下圖所示，網絡結構由站控層、通訊層、現(xiàn)場層組成，其中ARD智能型電動機控制器屬于現(xiàn)場層設備。

ARD智能型電動機控制器聯(lián)到以上的網絡時，將給苯乙烯廠的自動化帶來優(yōu)勢如下：
a. 使系統(tǒng)信息集中
電氣工程師可以通過抄表的方式采集各個裝置節(jié)點的參數(shù)，如：電動機電流、電壓、電動機運行情況、電能等，有了這些信息用戶便可實時對各個設備的電動機運行情況進行分析處理。
b. 便于管理
通過自動化系統(tǒng)對各個段電動機集中采集且把這些數(shù)據(jù)進行存儲，自動生成各種報表，如日報，月報，年報等，可以對電動機的時段運行情況進行分析，從而為電氣工程師檢查電動機故障提供了有利的數(shù)據(jù)。
c. 進一步提系統(tǒng)高可靠性
現(xiàn)場總線的配電系統(tǒng)來說，電動機的保護功能由分散于現(xiàn)場的ARD智能型電動機控制器來完成，對系統(tǒng)網絡沒有任何直接的依賴性，而通過網絡可以實時監(jiān)測系統(tǒng)中各個設備的保護運行情況，因此架構了網絡的配電系統(tǒng)，其可靠性進一步提高。
（3）故障記錄便于現(xiàn)場問題分析
在化工行業(yè)中，電動機發(fā)生故障后，應及時的把備用電動機投上而不影響運行機制。對出現(xiàn)問題的電動機應及時處理以確保連續(xù)生產，早期的處理方法需要花大量的人力物力還需要一定的時間才能分析出來，不便于應用。而ARD智能型電動機控制器強大的故障記錄功能為維護人員節(jié)省了大量的時間，提高了生產的效率。
五、工程典型應用圖

六、ARD電動機保護器選型
ARD2F型號如下所示：
1. ARD2F型號如下所示：

圖3 ARD2F型號說明
表1 額定電流

保護器額定電流	變比設置	互感器一次側圈數(shù)	適用電機范圍（kW）	可整定電流范圍(A)
1	支持	5圈	0.12-250	0.1-999
5	支持	1圈	0.12-250	0.1-999
1.6	不支持	1圈	0.12-0.55	0.4-1.6
6.3		1圈	0.75-2.2	1.6-6.3
25		1圈	3-11	6.3-25
100		1圈	15-45	25-100
250		1圈	55-132	63-250
800		1圈	160-250	250-800

表2 額定電流附加說明

電動機額定功率（kW）	電動機額定電流（A）	選配保護器額定電流	整定電流范圍（A）	電動機額定功率（kW）	電動機額定電流（A）	選配保護器額定電流	整定電流范圍（A）
0.12	0.42	1.6	0.40-1.6	30	57	100	25-100
0.37	1	1.6	0.40-1.6	37	69	100	25-100
0.55	1.5	1.6	0.40-1.6	45	81	100	25-100
0.75	2	6.3	1.6-6.3	55	100	100	25-100
1.1	2.5	6.3	1.6-6.3	75	135	250	63-250
2.2	5	6.3	1.6-6.3	90	165	250	63-250
3	6.5	25	6.3-25	110	200	250	63-250
5.5	11	25	6.3-25	132	240	250	63-250
7.5	14.8	25	6.3-25	160	285	800	250-800
11	21	25	6.3-25	200	352	800	250-800
15	28.5	100	25-100	220	388	800	250-800
18.5	35	100	25-100	250	437	800	250-800
22	42	100	25-100	/	/	/	/

注：表2數(shù)據(jù)適用于AC400V，50Hz，1500轉/分的四極鼠籠式電動機
表3 附加功能代碼

附加功能		代號	附加功能	代號
起動控制（包含K功能）		Q	漏電保護	L
開關量輸入		K	4～20mA模擬量輸出	M
溫度保護		T	失壓重起（抗晃電）	SU
報警（可編程輸出）		J	SOE事件記錄	SR
通訊接口	Modbus_RTU	C	電壓功能(相序、功率、功率因數(shù))	U
	Profibus_DP	CP	電壓功能(相序、功率、功率因數(shù))	U
	DeviceNet	CD	t_E時間保護	tE

注：1、帶有起動控制時，保護器zui多提供2個起動繼電器用于順序控制外部2個接觸器的閉合/斷開，從而實現(xiàn)電動機的不同起動方式（如Y-?轉換起動、正反轉控制，自耦降壓起動等）；
2、溫度保護的測量范圍：熱電阻100Ω～30kΩ；
3、對于無顯示要求的客戶，必須在一批訂單中訂購一個90FL顯示單元，作為調試使用。
表4 顯示方式

代號	規(guī)格
90FL	LCD液晶顯示模塊尺寸為90×70，開孔86×66（單位mm）

參考文獻：《ST500智能電動機控制器在堿廠的應用》