改进风机变频器控制线路

改进风机变频器控制线路
解决DCS 系统中风机运行状态显示异常问题
项目完成人：任道成 于世学 毛红艳 1、项目来源
我厂风机是由DCS 控制变频器来进行调速的，由于设计上只考虑了正常操作时在风机在DCS 中的状态显示，而没有考虑变频器出现保护停机及故障时在风机在DCS 中的状态显示，导致当出现变频器保护停机风机停运时，DCS 系统中风机状态显示仍为运行。

风机在DCS 中运行指示，是操作人员对装置进行操作的依据，由于错误的运行指示，导致操作人员进行错误的操作，产生错误的运行参数，将严重影响安全生产。

为解决此问题，提出控制线路改造方案。

2、项目意义
由于风机停运不能在DCS 系统中正常显示，导致操作人员未能及时未被及时发现风机停运，而无法及时采取应对措施，将使塔温度、压力在短时间内急剧升高，最终导致塔安全阀起跳，酿成严重的安全事故。

风机变频器的控制线路改造，使DCS 系统能够正确反应出风机实际运行状态。

当出现风机因变频器故障停运时，DCS 系统立刻显示风机停运并发出报警，使操作人员能迅速发现并及时进行处理，避免了安全事故的发生，保证了生产的安全平稳运行。

3、项目主要内容
3.1 改造前的电路与系统工作过程
改造前风机电路图：
图1
改造前DCS系统显示风机运行状态框图：
改造前工作过程：
按下启动按钮SB2后由
L11→FU→KA→SB1→SB2→→KM→KH→N
形成回路，KM和KA1得电吸合，松开SB2后由于KM的触点的自锁作用，KM和KA1保持吸合。

变频器TD2000得电，FWD为变频器运行控制输入端， KA1闭合使变频器进入运行状态，风机得电运转。

按下停止按钮SB1，回路断开，KM失电断开，变频器失电退出运行状态。

KM的常开触点为DCS系统中风机运行状态指示的输入，当KM的常开触点断开时DCS系统显示风机停止，KM的常开触点闭合时DCS系统显示风机运行。

3.2存在的问题及原因分析
风机运行时由于某些原因：
1.下降气流作用在风机扇叶上；
2.风机电机绕组接地或短路；
3.风机电机绕组受潮，绝缘电阻降低；
4.风机电缆接地或短路。

均可导致电路过载的现象发生。

根据图1可知，其设计上的过载保护由KH（热继电器）来负责，当热继电器过载保护动作时，其触点KH断开，交流接触器KM断开风机停运，KM断开DCS显示风机停运。

热继电器是由通入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变,当形变达到整定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使交流接触器KM失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。

在这个过程中,热继电器的动作时间与通过热元件的电流值存在反
时限关系，即通过的电流越大,其动作的时间越短。

热继电器动作时间与电流值的关系如表1所示。

表一：
由表一可知，KH在通过1.1倍额定电流时，需要近2 个小时才能断开。

而TD2000变频器是电子元器件构成，其过载系数小，对过载比较敏感，因此其内部装有灵敏度非常高电子热继电器，当变频器通过1.1倍额定电流时变频器内部电子热继电器瞬间动作，停止输出，风机停转。

由此可见，在电路发生过载时实际动作的是TD2000变频器内部有电子热继电器，KH并没有起作用。

由此产生一个问题，由于过载发生时动作的是TD2000变频器内部有电子热继电，此时变频器关闭输出，风机停运。

在KH远远没有动作之前，流过KH的电流就降到其动作电流以下，因此在过载发生时KH不会动作。

根据电路分析，如果KH不动作KM保持吸合。

由于KM是闭合，所以DCS系统中风机的显示状态仍为运行，这就是问题产生的原因。

3.3改造方案：
经查变频器的技术资料，TD2000有一个变频器故障输出端子TA和TB，当变频器正常时，TA和TB闭合，当变频器故障时TA和TB断开。

此端子在设计时并没有利用上，可以利用变频器故障输出端子来达到目的。

KM状态、变频器状态与风机状态对应表（表二）：
表二
设设备运行状态为1，停止状态为0将上图转化为逻辑表（表三）：
表三
根据表三分析得知：风机状态是KM 状态和变频器状态相与的结果。

由于KM 状态和变频器状态都是开关量，因此实现功能的最简单的电路就是把KM 状态和变频器状态串连后作为DCS 状态显示的输入。

改造后的电路图：
改造后DCS 系统显示风机运行状态框图：
3.4改进后的系统工作过程
①正常操作时：人工正常操作启动与停止风机时变频器故障输出保持闭合，启动风机KM
图4
闭合，DCS显示风机运行；停止风机，KM断开，DCS显示风机停止。

②过载保护动作时：当变频器由于过载保护断开时，风机停止但KM保持闭合，此时变频器故障输出TA和TB断开，此时DCS系统显示风机停止发出声光报警，提醒操作人员处理。

3.5实物照片：右方蓝色电缆为新增电缆。

4 、项目主要经济技术指标
改造完成后使风机无论是在正常操作，还是在变频器故障情况下,DCS系统都可以正确显示风机的运行状态。

改造完成后，可以避免由于风机停运未被发现而导致的系统超温、超压，以及安全阀起跳等事故的发生，确保安全生产。

5、此项目的先进性、创新性
此项目弥补了由于设计人员的疏忽产生的对安全生产有重大影响的失误，可以防止由于风机停运未被发现而导致的系统超温、超压，以及安全阀起跳等事故的发生，确保了生产安全。

此项目可用于改造DCS控制变频器调速系统，可以防止由设备运行状态显示不正常产生的安全问题。

其无需改动DCS组态，电路改造方法造简单，投入成本低,具有一定的推广价值。

6、经济效益分析
改造成本：实现改造每个变频器仅需要仪表电缆2米，我们利用了旧装置上拆下来的仪表电缆完成了改造，改造成本为0。

此改造于2002年1月完成，2001年8月三期工程投产到2002年1月共发生变频器保护停机21次，导致安全阀起跳1次，影响开机时间共78小时，平均每次影响开机时间3.7小时。

2002年1月～2003年1月，共发生变频器保护停机32次，每次都因风机状态显示及时反应，没有影响生产。

按每次影响生产3.7小时计算，影响开机时间3.7×32＝118.4小时＝4.9天。

据统计资料2002年平均日产量82.646吨，共影响产量82.646×4.9＝405吨，吨产品利润2064.63元，共影响利润405×2064.63＝836175.15元。

最重要的是它的安全效益，改造完成
后可以避免由于风机停运未被发现而导致的系统超温、超压、安全阀起跳甚至着火、爆炸等事故的发生，这点是用经济效益无法衡量的。