LC和软起动器在钻机电气控制系统中的应用

【摘要】以KTY3000B型钻机控制系统的软起动为例，提出了以西门子Plc和施耐德软起动器ATS48为核心的钻机控制系统的应用方案，介绍了系统的基本配置、软起动器的工作原理、功能和特点。实践表明，该系统可靠性高，成本低，易于安装和维护。

【关键词】钻机；控制系统；软起动器；PLC

1.引言

随着生产设备的大型化，电动机的容量越来越大。交流电动机以结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等特点，得到了广泛的应用。但是交流电动机在直接起动的过程中，将产生5～8倍于电动机额定电流的起动电流，对供电设备、电动机及所拖动的机械设备造成极大的损害。传统的电机起动方式一般采用全压、星形-三角形或降压起动，目前国内大电机采用的交流电动机降压起动器主要为自耦变压器、电阻器等几种形式，在运行中经常出现接触器触头或自耦变压器烧坏等现象。当电机起动时，其冲击电流较大引起电压变化，在电压变化时起动出现大的压降和高电流峰值，转动力矩大，延长了起动时间，产生严重的恶性循环，容易造成接触器触头过流发热而受损或使自耦变压器过热而烧坏等不良现象，严重影响电网的安全运行。

钻机作为基础性工程设备，在各大工程中都扮演着重要角色，是铁路和公路桥梁、煤矿通风井、港口码头及高层建筑等大型基础工程钻孔施工机械，其电气系统主要由电源电路、主泵电路、冷却泵电路、控制系统、安全报警电路等组成。在实际生产应用中，为了能有效解决上述问题，本文以KTY3000B型钻机为例，采用可编程逻辑控制器（PLC）和软起动器设计控制系统。

2.应用方案设计

该系统中有三台75Kw电机，选用ATS48C17Q（Ie=162A）软起动器，采用一拖三的级联控制方式，用西门子S7-200控制软起动器，从而实现三台电机的任意起动和停止。

2.1 软起动器的控制设计

ATS48软起动器可提供以下4种起动方式：

（1）限流起动。限制电机的起动电流，但损失起动转矩，主要应用于轻载起动的负荷。

（2）软起动。在起动时间内电压从初始值开始线性上升，把传统的降压起动对电压的调节从有极变为无极，但其初始转矩小，起动时间长，主要应用于重载起动。

（3）突跳加软起动。在软起动的基础上，在起动初期提供一个附加转矩以克服负载的静摩擦，然后转矩平滑上升，大大缩短起动时间。

（4）泵控制起动。可在没有反馈设备的条件下，根据负载特性检测电机起动参数，向电机提供加速/减速的控制，并自动调节输出转矩，最大限度地减少机械冲击。

根据钻机的实际工作特点，选择突跳加软起动的起动方式，其主回路的控制原理图如图1所示。ATS48一拖三台电机M11、M12、M13，油泵起动（I0.0）、油泵停止（I0.1）为系统起动、停止信号。KM11、KM13、KM15为电机的主接触器，KM12、KM14、KM16为电机的旁路接触器。

在该系统中，所有接触器均由PCL的继电器输出进行控制，ATS48的运行信号（RUN）、停止信号（STOP）和级联信号（LIC）也有PLC的继电器输出给定。要使ATS48进行一拖三的级联控制，必须把ATS48的输出继电器R1设置为隔离继电器（r1l），把逻辑输入LI3设置为级联控制（LIC），把级联功能激活（CSC）参数设置为“ON”。

2.2 PLC的硬件设计

PLC是整个钻机控制系统的核心控制单元，结合钻机使用的实际情况，采用西门子S7-200系列作为控制系统核心，选用S7-200CPU224作为控制器，并带有1个数字输入/输出模块，具有性能稳定可靠、响应快速、对环境适应性强等特点。PLC的控制图如图2所示。

2.3 钻机起动的工作方式

每台电机的起动、停止信号，软起动的运行和停止信号，旁路供电与软起动器供电的切换控制和互锁保护全部由PLC集中控制。

当要起动一台电机时，以M11为例，给出钻机起动信号至PLC。由PLC控制首先吸合对应主接触器KM11，起动软起动器输出，对应电机即实行软起动。由软起动器供电，当电机速度达到稳定后软起动器给出信号至PLC，同时吸合对应的旁路接触器KM12，延时稳定后断开主接触器KM11，该台电机即由工频供电。

当要起动两台电机时，以M11、M12为例，首先起动一台电机，M11的起动完成后，此时电机M12主接触器KM11吸合，利用软起动器进行M12的软起动。同理，起动三台电机时，也按照此方法依次进行起动。

3.系统控制软件设计

根据系统的工作原理，在软件设计中考虑如下问题：

（1）软起动器通电后，它的冷却风扇一直在工作，而实际软起动器工作时间是有限的，为了节电及延长风扇使用寿命和减少风扇噪声，在软件设计时考虑当起动电机时，才给软起动器控制电路供电，在连续较长实际不起动电机时，则软起动器控制电路电源自动切断。

（2）所有电机的主接触器只允许其中之一吸合，不允许有两台以上的主接触器同时吸合。多台电机起动时，要依次按序起动，只有前一台起动完毕，旁路接触器吸合，主接触器断开之后，才能对第二台电机进行起动。所有将所有接触器吸合应答信号给PLC进行集中控制达到切换互锁保护功能。

4.总结

在KTY3000B型钻机安装ATS48软起动器后，电机的起动电流减小，大大降低了对供电电源的冲击污染，降低了用电损耗，运行更为稳定，提供了电机的使用寿命，从而降低了设备的维护费用，提供了经济效益；同时也使得钻机操作简便、维护方便，为钻机的安全运行提供了强有力的保障。

参考文献

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