温度信号故障引起风机联锁停车的原因浅析和改进措施

郭宇杰

（巴彦淖尔紫金有色金属有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015543）

摘要：二氧化硫鼓风机在有色金属冶炼企业的制酸生产系统中，是烟气输送环节的关键生产设备，确保二氧化硫鼓风机安全稳定运行，是保障冶炼生产系统安全稳定的重要一环。现通过分析某冶炼厂二氧化硫鼓风机因某温度测点信号故障引发风机联锁停车事故的原因，提出改进措施，为解决同类型的风机联锁停车故障提供了参考。

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关键词 ：风机；控制系统；联锁停车；轴承温度

1设备概述

某冶炼厂有一套二氧化硫鼓风机系统，是该厂烟气制酸系统中最大的电动机，是烟气制酸流程的动力来源，属于制酸生产系统烟气输送环节的关键生产设备。该风机由德国KK＆K公司提供机组设备和控制系统，本体及辅助配套设备上检测仪表为设备厂家配套，包括主电动机前后轴承温度、电动机定子绕组温度、风机轴承温度、齿轮变速箱高速/低速轴承温度、风机入口温度、润滑油压、风机轴（水平、垂直方向）振动值检测等。

风机控制系统选用触摸屏式人机操作界面和西门子S7-300 PLC实施对风机的启停控制、安全保护、过程调整、数据采集和运行监测。风机操作人员可通过触摸屏实现风机、辅助油泵、事故油泵、油站加热器和入口导叶装置的控制，并对轴承温度、电机绕组温度、油温、油压、油位、入口导叶装置以及油过滤器油压等参数进行实时监控。

该风机的联锁控制主要是指风机与风机关键部位的油温油压、辅助油泵、直流事故油泵、油站加热器、过滤器油压等的联锁控制，用于保护风机轴瓦和主电机。主要联锁设置情况如下：

当出现下列情况之一时，控制系统发出报警并将联锁10 kV开关柜跳闸：（1） 风机轴承温度大于110 ℃；（2） 变速箱高速或低速轴承温度大于110 ℃；（3） 主电机轴承温度大于85 ℃；（4） 主电机绕组温度大于145 ℃；（5） 风机入口温度大于75 ℃；（6） 润滑油压小于80 kPa（0.8 bar）；（7）风机轴振动大于142 μm。

2故障现象

该设备于2009年投入使用。2014年至今，出现两次因风机轴承温度信号异常而引起控制系统保护联锁停车的故障，对企业的正常生产、经济效益、环境治理产生了不利影响。该故障现象主要表现为：二氧化硫鼓风机系统在日常运行稳定、各项参数正常的情况下，会突然在某个时刻，控制系统中显示的风机轴承温度快速上升，在2 min左右的时间内上升至联锁停机值110 ℃，造成风机停机，风机停机后温度值逐步恢复正常，风机可正常启动。

3原因分析

针对故障现象进行分析，初步判断其可能由以下原因造成：

3.1用于采集风机轴承温度的信号电缆存在虚接、连接不牢固情况

如果用于采集风机轴承温度的信号电缆存在虚接、连接不牢固的情况，该信号就会出现因设备振动等原因造成信号波动的现象，当波动值过大，信号值超过停车联锁设定值时，就会引起风机联锁停车故障。当风机停机后，因振动源消除或减小，信号电缆恢复接触，系统中检测信号正常，可正常启动。

3.2I/O模块故障

造成风机跳闸的故障信号主要为风机轴承温度这一温度测点，在检查信号线路时未发现线路虚接的情况，确认线路连接牢固后，较大可能是该信号的I/O模块通道存在问题；同时，本系统没有采用西门子热电阻专用模块6ES73317PF010AB0，而是采用通用AI模块6ES77KF010AB0进行热电阻模式测量，也有可能造成信号不稳定。

3.3系统干扰问题

PLC控制系统中由于电磁干扰造成系统故障的情况也比较多。检修中常见的电磁干扰的来源主要有：

（1） 来自信号线引入的干扰：与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。对于隔离性能差的系统，可能出现信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。

（2） 来自接地系统混乱的干扰：正确的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

在本案中，由于系统的远程分布式I/O站安装在风机旁，电磁干扰也有可能对数据采集和测量造成干扰，从而导致数据波动。系统的接地不正确也有可能对系统造成干扰，而西门子模块共模电压大于5 V时，会造成信号的缺失，产生接地故障。

3.4热电阻测量元件故障

热电阻测量元件是否正常及测量的插入位置也会对测量结果造成影响，从而影响数据测量的准确性。

4解决措施

由于设备平时运行稳定，风机轴承温度传感器工作正常，故应重点考虑排除系统干扰问题，可采取以下措施：

4.1信号线路隐患排查

按照设备图纸，检查所有模拟量信号的接线回路，在现场端和模块端均进行加固，如有必要，重新制作电缆的接线鼻，确保线路部分连接牢固，无虚接等故障隐患。

4.2I/O卡件更换

检查联锁停机信号所在的I/O卡件及前端连接器，确保安装可靠牢固，连接件无松动，如存在问题，可更换I/O卡件及前端连接器，排除卡件故障。

4.3信号联锁冗余

由于二氧化硫鼓风机系统属于冶炼流程中的关键设备，若其出现跳闸事故且不能及时修复，则会造成整个焙烧制酸生产系统停车，产生较大的经济损失和安全风险。因此，从增强设备运行稳定性方面考虑，可对引起跳闸的联锁信号进行冗余设计。针对该设备，因测量轴承温度的热电阻测量元件本身为冗余设计，在使用中为一用一备，为确保系统的稳定性，可将备用点也引入控制系统，在控制系统中通过编程实现该信号的“二取二”，即同一测点两组信号同时达到联锁值时，设备停机，单个信号到达报警或联锁值时只作为系统报警。这样的设计，提高了同一测点现场信号的可靠性。

4.4接地检查

控制系统信号接地通常采用的接地方式为单端接地，接地端为现场端，且接地电阻不大于4 Ω。有必要对信号的接地进行排查，确保接地方式及接地电阻符合规范和要求。

4.5隔离措施

为进一步消除干扰，可采取信号隔离的方式，将热电阻测量的电阻信号通过温度变送器转换为4～20 mA电流信号，同时也对信号进行了隔离。

5结语

在风机监测控制系统中，可以引起风机跳闸保护的温度测点包括前后轴承温度、主电机线圈温度、油箱润滑油温度、风机入口温度、风机出口温度等温度测点，当其出现故障信号后，在确定温度传感器工作正常的情况下，都可以参考上述解决措施的思路对信号线路及相关模块进行检查维修，消除故障隐患。

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参考文献］

［1］ 陈辉.SO2风机温度监测系统的改造［J］.矿山机械，2006（7）.

［2］李磊，蔡璐，刘伟.PLC系统信号干扰与防范措施［J］.自动化应用，2014（6）.

［3］刘立峰.SO2风机自动控制系统与联锁保护［J］.科技与企业，2013（11）.

收稿日期：2015-08-07

作者简介：郭宇杰（1980—），男，内蒙古巴彦淖尔人，助理工程师，计控专工，从事机电设备维护工作。