1引言
工业离心机是化工行业主要设备之一，在化工企业电气传动中，离心机的变频传动应用非常普遍，由于工艺和驱动设备的各种原因，变频器和PLC的组合设计应用使得控制系统更加简便和适用，自动化程度更高，安全和可靠性更好。但由于离心机工作在高转数状态下，设备的不安全因素也变得更多，一旦发生意外状况，不但设备损坏，造成巨大经济损失，而且有时还伴随着人身的伤亡。这就使得设备的运行时必须符合一定的安全条件，才可以开机，同时在开机后，一旦发生意外，必须采取紧急措施，把损失减少到最小。图1为一款吊袋离心机，就曾经在高速时发生过意外，转鼓从中飞出，破窗后飞出厂房外，所幸无人员伤亡。此后公司非常重视该种设备的安全，被列为特种设备，多次举行离心机安全专项检查。
图1 吊带离心机整体样图
2离心机安全运行控制系统设计方案
2.1离心机安全运行控制系统方案介绍
（1）离心机安全运行前必须符合两项先决条件：
a）开机前，大盖必须盖上，并用锁扣压紧。
b）运行过程中离心机无大浮度震动。
（2）一旦开机运行后上述两个条件任何一个不满足，离心机将紧急停车。
关于离心机紧急停车，设备厂家给出了下有几种常见的处理方法，
●变频器停止输出。
●变频器切断电源。
●整个控制系统切断电源。
2.2离心机急停控制方案设计
实际上，当离心机运行在高转速下，采取上述那一个措施，都不能使离心机快速停机，反而使得离心机停机时间更长，因为高速下一旦脱离变频器的驱动，离心机将溜车，反而时间会更长，到完全停下来最少也要半个多小时，这与紧急停车初衷相违背。
急停控制方案应该就是让离心机在高速故障时，能以最短的时间停下来，越短越好，最好为零点几秒就停下来。实际上我们目前无法做到，因为带载高速运行后惯性太大了，能做到的就是在几秒内或几十秒内让它停下来。正常工作刹车，为避免减速时报过压故障，变频器设定减速时间1为360秒。紧急刹车时暂定为30秒，变频器减速时间2定为为30秒，当然这要靠变频器和制动单元的承受能力了，也就是利用变频器的“第二加减速时间”来实现离心机控制系统的快速制动。
2.3离心机控制柜主要元部件
（1）变频器（EV2000系列22KW，型号为EV2000-4T0220G）
（2）回馈制动单元，IPC-PF-1S 22kW
（3）PLC 三菱FX1N-24MR-001
（4）接近开关，继电器等其他部件
图2 离心机电气主控制回路
2.4变频器主要参数设置值
变频器采用爱默生EV2000系列22kW，恒转矩系列EV2000-4T0220G。变频器的主回路和控制回路接线如图2所示，设计时考虑到实际情况，变频器的紧急停车设计为变频器的“减速时间2”—设定为30秒，即快速减速。达到了变频器和制动单元的最大承受能力了（变频器主要参数设置见表1）。
表1 变频器主要参数设置
表1 变频器主要参数设置
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参数名称
|
参数值
|
参数名称
|
参数值
|
参数名称
|
参数值
|
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F0.03
|
1
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F2.08
|
0
|
F7.12
|
16
|
|
F0.04
|
0
|
F3.00
|
1
|
F7.26
|
0
|
|
F0.05
|
50
|
F3.18
|
30
|
FH.00
|
4
|
|
F0.06
|
50
|
F3.23
|
5
|
FH.01
|
22
|
|
F0.07
|
400
|
F3.24
|
50
|
FH.02
|
42
|
|
F0.08
|
0
|
F7.00
|
1
|
FH.03
|
5
|
|
F0.09
|
0
|
F7.01
|
2
|
FL.00
|
1
|
|
F0.10
|
360
|
F7.02
|
8
|
FL.01
|
100
|
|
F0.11
|
360
|
F7.03
|
4
|
FL.10
|
0
|
2.5控制系统接线图（见图3、图4）
图3 离心机电气二次回路原理图
图4 PLC控制回路接线图
3离心机系统软件设计方案
该PLC控制系统中考虑了离心机的各种联锁保护，有开盖，震动，人为紧急停车，都可以使离心机快速制动停车。变频器故障，和制动单元故障将不再快速刹车。由于目前的工艺需要，现在只设有两个速度，一个低速，一个高速，急停，同时在故障消除后，能够手动复位。表2为PLC软元件分配图。程序实际调试后成功应用，未见异常。
表2 PLC软元件分配图
表2 PLC软元件分配图
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软元件名
|
注释
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软元件名
|
注释
|
软元件名
|
注释
|
|
X000
|
开盖保护
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Y000
|
制动输出
|
M0
|
开盖标志
|
|
X001
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振动保护
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Y001
|
低速输出
|
M1
|
报警标志
|
|
X002
|
低速
|
Y002
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变频复位
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M2
|
低速标志
|
|
X003
|
高速
|
Y003
|
高速输出
|
M3
|
高速标志
|
|
X004
|
制动
|
Y004
|
低速指示
|
M4
|
制动标志
|
|
X005
|
复位
|
Y005
|
高速指示
|
M5
|
复位标志
|
|
X006
|
制动单元过热
|
Y006
|
报警指示
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M10
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报警标志
|
|
X007
|
变频反馈
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Y007
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急停输出
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M11
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开盖标志
|
|
X011
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变频急停
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4变频器和PLC急停控制设计方案
（1）离心机开盖，或震动超标，或急停按下后，都可以使PLC的Y007输出，接通继电器K4，变频器的“减速时间2”起作用，同时变频器的高低速运行断开，变频器将按照“减速时间2”F3.18参数设定的时间快速减速，从而实现离心机的快速制动。
（2）变频器结合能量回馈单元可以快速刹车，并节约电能，容量放大一级后，可以实现更短时间内的快速制动，刹车时间可以逐渐减少设置值，直至报故障为止，但也要留1.5倍的余量，以保障可靠运行。
5结束语
原控制系统没有实现离心机在故障后的快速停车，存在一定的安全隐患，现在通过设置变频器的“第二加减速时间”功能，结合PLC内部安全联锁设计后，能够实现离心机的最大化快速停车，大大降低安全风险，具有一定的优势和推广价值。
作者简介
白献刚（1979-）男工程师任职于石药集团维生药业（石家庄）有限公司。
参考文献
[1]艾默生网落能源有限公司．艾默生EV2000变频器中文技术手册[Z]．艾默生网落能源有限公司，2000．
[2]深圳加能公司．IPC电能回馈和电阻制动单元用户手册[Z]．深圳加能公司，1999．
[3]杜金城．电气变频调速设计技术[M]．北京：中国电力出版社，2002．
[4]仲明振，赵相宾．低压变频器应用手册[M]．北京：机械工业出版社，2009．
[5]三菱电机自动化（上海）有限公司．FX1N系列微型可编程控制器使用手册[Z]．三菱电机自动化（上海）有限公司，2001．
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