水泥生产设备智能化大变革.docx

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水泥生产设备智能化大变革

水泥生产设备智能化大变革

安科瑞周洁

一、引言

据中商产业研究院发布的《2018-2023年中国水泥行业市场前景及投资机会研究报告》数据统计显示，近几年来，中国水泥产量基本保持稳定，水泥年产量在23-24亿吨左右。

具体来看：

2017年中国水泥累计产量为23.2亿吨，累计下滑0.2%。

据中商产业研究院预测，预计2018年中国水泥累计产量将达23.38亿吨，累计增长约1.1%。

 随着现代化水泥工业生产规模增大，生产设备也越来越大型化，电动机设备是水泥企业中应用最广泛的动力装置，而水泥生产企业属于能耗高、污染大又需要设备连续不间断工作的行业，电动机作为水泥行业设备的动力来源，其安全、稳定可靠的运转对水泥行业的平稳生产起着至关重要的作用。

水泥生产需要设定大量的工作站点，然而在这些站点中使用了大量低压电动机来控制其他设备的运行，运用简单的电压表、电流表、电能表和频率表等受到通信功能不够灵活、仪表功能单一等多种条件的约束，已经无法满足电厂设备自动化生产的要求。

水泥行业生产过程的特点为长周期运行，一旦开机，在没有特殊情况下，一般不会停机，现代化大型水泥企业年运转率很高，这样就必须有高质量的、可靠的电气设备保证其生产过程的连续不间断性，一旦故障停机就会造成巨大的经济损失。

特别是大型高压电动机，一般都拖动球磨机、回转窑、风机等重载启动设备，对其制造质量和使用要求都很高，必须正确的安装、使用、维护、保养，才能保证长周期的运转，为企业创造更高的经济效益，不仅耗费时间精力还伤神劳财。

而智能型电动机保护器可实现重载起动，实现对电动机的温度保护，还提供多种测控功能和控制模式，能够满足水泥生产过程对电机设备的保护、控制要求，不仅能提高电机设备的运行能力、延长电机设备的使用寿命，而且能提高企业生产效率、节约能源。

本文以ARD3智能型电动机保护器在水泥生产中的实际应用进行具体介绍。

二、典型工程应用案例

在水泥行业工程应用中，由于水泥生产流程复杂，电动机装置数量较多，因此需要选用安科瑞ARD3智能型电动机保护器来对工业现场电机设备进行有效保护，既能使电动机充分发挥其过载能力，又能提高电力拖动系统的可靠性和生产过程的连续性。

水泥厂采用保护器用于电机保护控制回路，取代热继电器等作为电动机的过载保护和控制元件，而且利用先进的通讯技术，实现了水泥生产中电机设备控制的自动化。

通过将90L显示模块嵌入安装在开关抽屉的活动面板内，来简化了水泥厂控制柜内接线，使得配电室内设备运行情况及故障状态清晰可见，方便工程师随时调整系统、设定参数和显示、监控以及检修维护。

将ARD3保护器应用于某水泥厂生产线电机设备的控制回路中，实现了水泥厂对电机保护的要求：

图1 ARD3智能型电动机保护器应用于某水泥厂电动机设备控制回路接线图

（1）过载保护功能

ARD3智能型电动机保护器通过读取电流互感器检测到的三相电流值，判断电动机出现过载运行后，实现了在设定的报警或脱扣（延时）时间内发出报警或脱扣信号。

（2）堵转保护功能

水泥厂电动机在起动过程中，如果由于现场工作环境影响以及电机设备自身的原因造成电机出现堵转现象，保护器能够及时判断出电动机起动发生此类故障并及时作出相应处理。

（3）三相不平衡保护功能

断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大，当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时，当不平衡率达到保护器设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电动机的安全运行。

（4）故障判断及记录功能

当电动机出现某种故障时，保护器切断电动机电源的同时处于保护状态并保存故障类型、时间及电机运行参数等信息，电机保护器通过识别与记忆电路对故障予以设别、记忆和指示，方便了检修人员查出故障原因。

故障排除后，按下显示模块上的复位按钮即可复位保护器，故障指示灯消失，保证了电动机能够再次启动。

（5）抗晃电功能

在某水泥厂水泥生产过程中，在电网故障造成电压瞬间较大幅度的波动或者短时间断电又恢复，可以使电动机保护器重新起动，保证电动机的平稳运行。

（6）在线监测功能

控制室操作人员可通过保护器的通讯，在后台人机界面上实现对水泥生产线上保护器的各种保护整定参数的读取和设定，同时在线监测电机运行负载和供电电源质量，并有效记录各电机型号、运行方式和历史维护记录以及出现的故障信息，为水泥生产线的安全生产提供了可靠依据。

水泥生产工艺流程较多，所以将保护器有效的应用于电动机保护设备控制回路的同时要能够满足水泥厂的大型控制系统的要求。

如图2是某水泥厂控制系统的整体结构图，现场由多个控制站点组成，通过标准RS-485通讯接口与PC机、接触器、电动机以及其他设备构成集中式控制系统，工程师通过监控计算机以及生产管理软件完成对整个系统设备的数据采集、处理、显示和监视功能，并在满足权限和逻辑时，通过远程控制软件实现对现场相应的电机设备等的控制。

由于现代水泥工厂采用的大型电机设备较多，大于110KW及以上的电机，均采用在主回路装设电流互感器。

考虑到水泥生产工艺的不同和企业投入的资金，电动机需要不同的起动方式，ARD3智能型电动机保护器提供灵活的联锁功能，实现直接启动、双向启动、星/三角启动、自耦变压器启动等，使大型设备的电机得到了有效保护和控制[2]。

图2某水泥厂控制系统结构图

由图3所示为ARD3智能型电动机保护器在水泥厂的实际工程应用，主要由服务器、各个控制站点、保护器和现场设备组成，服务器通过现场总线采集现场各电机设备的运行工况，并为工程师站和操作员站提供服务，其中带有Modbus总线的保护器通过通讯管理机接入监控网络，Profibus总线直接接入服务器网络，服务器与工程师站、操作员站通过交换机连接在同一个网络中。

图3 ARD3智能型电动机保护器工程应用

系统功能：

（1）各电动机的工况显示：

三相交流电流、三相交流电压、零序电流、功率、电动机电能、接触器状态、保护器的各个报警信息等；

（2）各电机保护整定数据的调整、修改和整定；（3）完善的数据存储机制，可实时查看各电机设备的管理信息和报警信息、故障信息；（4）电能统计、电源供电质量等；（5）故障未发生时提前报警。

综上所述，将保护器应用于水泥生产自动控制系统中后方便了工程师对控制系统进行维护、管理[2]。

三、ARD3智能型电动机保护器在某水泥行业运行效果

水泥生产线上使用的电机设备使用的周期、寿命越长，其为企业带来的经济价值也就越高，因此对电动机的保护也是相当重要。

ARD3智能型电动机保护器运用到水泥行业，给水泥的自动化生产过程带来如下运行效果：

（1）系统信息集中化

水泥厂电气设计除了用于一般供配电外，还要完成大量电机设备的拖动控制设计。

采用ARD3智能型电动机保护器的通讯功能进行组网后，用户可以通过上位机读取各个装置节点的参数，如：

电动机三相交流电流、三相交流电压、电动机运行状态、电动机电能、电动机运行故障信息等，工程师根据这些信息实现了对现场所有的电机设备的运行情况实时分析处理，不再需要现场每个装置处配备一个工程师来进行实时监视，提高了整个控制系统的安全性、可靠性。

保护器模拟量输出4-20mA模拟量信号给控制系统，便于工程师集中控制。

（2）智能化控制保护

保护器直接串接于控制回路，电动机出现过电流、断相、超温等故障时，将及时终止电动机的运行，并对各种故障信息作出相应的指示。

保护器能自动识别手动控制回路和自动控制回路，对于自动控制回路，能记忆自锁，避免电动机在故障状态时重复起动，加剧电动机损坏。

同时，水泥厂大型电机检测元件采用穿芯式结构的电流互感器，与主电路形成完全隔离，提高了自身的可靠性，又彻底解决了接线端子的发热问题，且互换性好[3]。

（3）故障记录便于现场问题分析

电动机工作在环境恶劣的水泥生产中，很容易出现故障，并且故障原因多样化。

采用ARD3智能型电动机保护器，电动机发生故障后，将备用电动机及时投入而不影响运行机制，保护器强大的故障记录功也为维护人员节省了大量的时间，提高了生产的效率及系统运行可靠性。

四、产品简介

功能：

   该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。

可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。

应用范围：

   可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

订货范例：

   具体型号：

ARD3TK1A25/C+60L

   技术要求：

电动机功率5.5KW；DI为无源节点，控制DO工作电压为220V；液晶显示。

   通讯协议：

双路RS485接口Modbus/RTU协议

   辅助电源：

AC/DC220V

五、技术参数

数字式电动机保护器

模块式电动机保护器

六、产品选型

数字式电动机保护器

1、“■”为标配功能，“□”为选配功能。

2、选配失压起重（抗晃电）功能含电压和故障记录功能。

模块式电动机保护器

“■”为标配功能，“□”为选配功能。

七、外形尺寸

●ARD2（L）电动机保护器

◆主体模块

◆互感器

0.1A～100A互感器

63A~250A互感器

250A~800A互感器

100A以下漏电流互感器

100A以上漏电流互感器

●ARD2F、ARD3电动机保护器

◆主体模块

◆显示单元

◆抗晃电模块

◆AC380V电源模块

●ARD3T电动机保护器

◆主体模块

◆测量模块

电流测量模块

电流+电压测量模块

◆温度、模拟量、开关量模块

◆通讯模块

◆显示模块

◆外置电流互感器

◆漏电流互感器

八、结束语

随着电子技术及通讯技术的不断发展。

电动机保护器也在朝着多元化方向发展，电动机保护器在水泥企业的应用也越来越广泛，合理选择电机设备的保护功能和保护方式，可提高设备运行的可靠性，能够预防并杜绝电机烧毁，同时减少了因非计划停车而造成的损失，降低了企业的生产成本。