西門子智能電動機控制器在沙1水泥項目中的應(yīng)

1、論文題目SIMOCODEpro智能控制器在沙1水泥項目中的應(yīng)用2008年4月SIMOCODEpro智能控制器在沙1水泥項目中的應(yīng)用摘要 本文介紹了智能馬達控制器SIMOCODE pro基本原理以及在沙1水泥項目中的應(yīng)用情況，并介紹了在實際應(yīng)用中存在的問題及解決方案。 關(guān)鍵詞 交流電機 智能馬達控制器 1：前言傳統(tǒng)的電動機控制采用了大量的元件，例如：空氣開關(guān)、熔斷器、接觸器、過熱保護元件、各種檢測裝置、顯示儀表、操作按鈕等，如果要求遠程控制和監(jiān)視還要引出許多導(dǎo)線，無形中引進了許多的故障因素，接線多、故障點多。而且整套系統(tǒng)不易維護，出故障后不易維修。為了解決上述問題，SIEMENS公司生產(chǎn)的SIM

2、OCODE pro 3UF系列智能馬達控制器，只需要一個塑殼空氣開關(guān)、接觸器、按鈕和少量的接線，就能夠?qū)崿F(xiàn)由傳統(tǒng)元器件組成的操作和保護功能，而且還能夠完成傳統(tǒng)控制不能完成的強大功能，使馬達控制器在電路設(shè)計和電路圖方面達到高水平的標準化，馬達控制器的功能包括保護功能和控制功能。保護功能包括：過載保護、電機熱敏電阻保護、相故障監(jiān)視、相電流不平衡保護、堵轉(zhuǎn)保護、接地故障監(jiān)視、限流監(jiān)視、運行時間監(jiān)視、啟動次數(shù)監(jiān)視；SIMOCODE pro 通過結(jié)合不同的多步和可延時保護以及監(jiān)控功： 反時限固態(tài)過載保護（TC 5 .40） 電機的熱敏電阻保護 相故障/ 相不平衡保護 電機堵轉(zhuǎn)保護 監(jiān)視所設(shè)定的電機限值電

3、流 監(jiān)視電壓和功率 監(jiān)視功率因數(shù)（電機空轉(zhuǎn)/ 負荷故障） 監(jiān)視接地故障 監(jiān)視溫升，如，通過連接外部PT100 / PT1000 監(jiān)視電機運轉(zhuǎn)時間，停機時間和起動次數(shù)控制功能包括：（靈活的軟件SIMOCODE ES Smart取代了硬件對電機的控制），直接啟動、可逆啟動、Y啟動、具有反轉(zhuǎn)功能的Y啟動、用于多功能電機的驅(qū)動等。許多預(yù)定義的電機控制功能早已集成到SIMOCODE pro 中，包括所有必要的邏輯操作和連鎖。 直接起動和可逆起動工藝 星三角起動工藝（也適用于可逆的起動） 雙速、配有單獨繞組的電機（變極電機）；也適用于可逆的起動 雙速、配有單獨Dahlander 繞組的電機（也適用于可逆的

4、起動） 電磁閥啟動 定位器啟動 塑殼斷路器的控件和通訊網(wǎng)關(guān) 軟起動器啟動（也有可逆）。具有詳細的運行、維修和診斷數(shù)據(jù)。使用SIMOCODE pro，可利用不同的運行、維修和診斷數(shù)據(jù)，幫助及時檢測可能的故障，通過預(yù)防性措施預(yù)防故障的發(fā)生。在故障情況下，可以非?？焖俚卦\斷、定位和糾正故障，幾乎沒有停機時間或者停機時間非常短。運行時檢測的數(shù)據(jù) 從主回路電流的檢測反饋電機開關(guān)狀態(tài) 所有相電流 所有線電壓 有功功率，視在功率和功率因數(shù) 相不平衡和相序 預(yù)計的剩余脫扣時間 電機的溫升 剩余冷卻時間等維修數(shù)據(jù) 電機運轉(zhuǎn)時間 電機停機次數(shù) 電機起動次數(shù) 過載脫扣次數(shù) 裝置中貯存的內(nèi)部注釋等診斷數(shù)據(jù) 無數(shù)詳細的

5、預(yù)警和故障信息 帶有時間戳的裝置內(nèi)部故障記錄 帶時間戳的裝置內(nèi)部定義功能狀態(tài)、報警和故障記錄等由于智能馬達控制器具有一個集成的PROFIBUSDP（Progress Field bus Decentralized Periphery）12Mbps通訊接口，因此，可以將智能馬達控制器作為標準設(shè)備集成到任意一個具有PROFIBUSDP通訊能力的自動化系統(tǒng)中，快速地實現(xiàn)和上位機進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)遠程控制和監(jiān)視等功能。 SIMOCODE pro的一個突出的特點就是，所有保護和控制功能都可獨立執(zhí)行，這意味著即使總線或自動化系統(tǒng)發(fā)生故障，它的整體功能依然正常，還可保證智能馬達控制器受到保護。智能馬達控制器

6、有兩個品種SIMOCODE proC，SIMOCODE proV，它們的區(qū)別是：SIMOCODE proC為基本型，是由電流檢測元件（穿芯式互感器或母排式互感器）、基本控制單元、操作面板和連接導(dǎo)線構(gòu)成，最大檢測電流為608A，不能帶擴展模塊，見圖1。SIMOCODE proV除上述配置外，可連接擴展模塊，使它具有更廣泛的功能，最多可連接5個擴展模塊，見圖2 SIMOCODE proV。 圖1 SIMOCODE proC 圖1 SIMOCODE proV 2：技術(shù)特點：SIMOCODE pro的兩個品種在沙1水泥項目中都得到使用，現(xiàn)以SIMOCODE proV為例，說明基本控制單元的配置：輸入端

7、：4隔開關(guān)量輸入，內(nèi)部供電24V輸出端：3個單穩(wěn)態(tài)繼電器輸出PROFIBUS接口：Sub D9針接口或螺絲接線端子適用的操作電壓：DC24V，AC/DC 110240V測試復(fù)位按鈕擴展接口：連接擴展單元視具體的控制對象及控制要求選擇SIMOCODE pro的基本單元和帶擴展的單元，PROFIBUSDP接口用于現(xiàn)場總線連接，實現(xiàn)組網(wǎng)。SIMOCODE pro輔助工作電源分為DC24V和AC230V，全部元件軌道安裝，快捷方便。兩種SIMOCODE pro的典型原理圖見附圖1；附圖2，以及表1。表1：No內(nèi)容SIMOCODE pro C基本單元SIMOCODE pro V基本單元1操作面板2電流檢

8、測模塊 0.3630A3電流/電壓監(jiān)測模塊 0.3630A擴展模板1數(shù)字量模板 最多2個2模擬量模板 最多1個3接地檢測模板 最多1個4溫度模板 最多11：電流檢測元件：穿芯式電流互感器 0.3200A母排連接式電流互感器 20630A2：電流 / 電壓檢測元件 電壓測量范圍至690V穿芯式電流互感器 0.3200A母排連接式電流互感器 20630A3：開關(guān)量模板：4開關(guān)量輸入 2繼電器輸出，每個SIMOCODE pro V 最多連接2個開關(guān)量模板4：模擬量模板：2輸入和1 輸出，信號類型: 0/4.20 mA，每個SIMOCODE pro V 基本單元2最多連接1個模擬量模板。5：接地故障檢

9、測模板：1個零序電流互感器輸入端，用以連接 3UL22每個SIMOCODE pro V 基本單元 2 最多連接1個接地故障檢測模板。6：溫度模板：3個輸入端能夠連接 3 只溫度傳感器，每個SIMOCODE pro V 基本單元 至多能夠連接1個溫度模板。2.1 SIMOCODE pro的通訊協(xié)議：PROFIBUS（Progress Field Bus）是德國標準DIN19245和歐洲標準EN50170，也是IEC標準IEC61158（PROFIBUS是SIEMENS公司于1984年開發(fā)，于1990年完成PROFIBUS規(guī)范的制定，1994年推出PA。1992年由SIEMENS、Foxboro、

10、Yokogawa、ABB等公司成立ISP（互可操作規(guī)劃組織），以PROFIBUS為基礎(chǔ)制定出現(xiàn)場總線標準）。PROFIBUS大量的用于制造自動化、過程自動化、交通、電力等領(lǐng)域的自動化，實現(xiàn)現(xiàn)場級的分散控制和車間級或廠級的集中監(jiān)控。它包含了三個兼容的協(xié)議：PROFIBUSDP（Decentralized Periphery 分散外圍設(shè)備12Mbit/s）；主要應(yīng)用于現(xiàn)場級和裝置級的自動化。PROFIBUSDA（Progress Automation過程自動化,（31.25Kbit/s）；主要應(yīng)用于現(xiàn)場級過程自動化。PROFIBUSMFS（Fieldbus Message Specificatio

11、n現(xiàn)場總線報文規(guī)范）。主要用于車間級和廠級監(jiān)控，構(gòu)成控制和管理的一體化系統(tǒng)，進行系統(tǒng)信息集成。通訊模型：PROFIBUS通訊模型參照了ISO/OSI參考模型的第1層（物理層）、和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中FMS采用了第7層（應(yīng)用層）另外增加了用戶層。參考模型：物理層；數(shù)據(jù)鏈路層；網(wǎng)絡(luò)層；傳輸層；會話層；表示層；應(yīng)用層。PROFIBUS的總線存取控制機制：主站與主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。PROFIBUSDP的基本功能：主站周期地讀取從站的信息并周期地向從站發(fā)送信息，除了發(fā)送周期性用戶數(shù)據(jù)外，還提供診斷和組態(tài)功能，數(shù)據(jù)通信依靠主站和從站進行監(jiān)控。PROFIBUSDP的基

12、本特征：PROFIBUSDP采用RS-485技術(shù)，傳輸速率9.6Kbit/s12Mbit/s。最多126個站點。PROFIBUSDP通訊方式采用點對點（用于傳送用戶數(shù)據(jù)）、廣播（用于傳送控制命令）、主從用戶數(shù)據(jù)命令和主從數(shù)據(jù)循環(huán)傳送。PROFIBUSDP系統(tǒng)可以包括三種不同類型的設(shè)備：一級DP主站（DPM1）即中央控制器，它在規(guī)定的時間周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息，典型的一級主站包括PLC和PC。二級DP主站（DPM2），即可進行組態(tài)、編程、診斷的設(shè)備，如編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板。以實現(xiàn)系統(tǒng)的操作和監(jiān)視。DP從站：是進行輸入和輸出信息采集并發(fā)送的外圍設(shè)備，如輸入/輸出設(shè)備、人機接口

13、、驅(qū)動器、閥門等。SIMOCODE pro采用PROFIBUSDP ，其傳輸速率為0.512Mbits，2.2 SIMOCODE pro保護和控制功能以及組態(tài)：具有強大的保護功能和控制功能，使用個人電腦（PC）可以在Windows XP下運行SIMOCODE pro的參數(shù)化軟件：SIMOCODE ES Smart（簡易版，通過裝置系統(tǒng)接口 (RS232) 實現(xiàn)參數(shù)化），對智能馬達控制器進行點對點的參數(shù)設(shè)置，將電動機的銘牌參數(shù)輸入，保護的內(nèi)容和條件輸入；利用拖放功能將控制方案輸入，快捷方便。同時也可以通過SIMOCODE ES Professional （專業(yè)版，通過PROFIBUS 或裝置系統(tǒng)

14、接口 (RS232) 實現(xiàn)參數(shù)化，包括STEP 7 目標管理器）軟件借助于PROFIBUSDP，從中控室工程師站對智能馬達控制器進行參數(shù)化和診斷。SIMOCODE ES 圖形編輯器訂購附加的 SIMOCODE ES Smart/ Professional 圖形編輯器，能夠?qū)崿F(xiàn)可視的，用戶友好的拖放參數(shù)化。在沙1水泥項目中控制系統(tǒng)使用的是SIMATIC PCS7(Progress Control System)過程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成見附圖3，通過使用PCS7庫，可以方便地將SIMOCODE pro集成到SIMATIC PCS7過程控制系統(tǒng)中。PCS7庫中有標準的SIMOCODE pro電機模塊

15、和面板，組態(tài)方便，適于操作員控制和電動機的可視化，能過觀察到電機電流、溫度、功率和趨勢、過程故障、報警信息等。3：SIMOCODE pro在沙1水泥項目中的使用沙1水泥項目中所有的電動機都使用了智能馬達控制器，通過PROFIBUSDP與PLC400通訊，使控制柜內(nèi)部及外部的接線大幅度的減少，同時能快速地檢測到電動機在運行時出現(xiàn)的各種故障，如一臺30KW風(fēng)機電動機在調(diào)試時，在智能馬達控制器中設(shè)定的啟動時間是15秒鐘，由于啟動時間過長造成過載，修改了設(shè)定時間后，電機還是過載，經(jīng)查是由于擋板不嚴造成的。在試生產(chǎn)階段，由于電氣、工藝和設(shè)備的問題，出現(xiàn)的故障多一些，利用智能馬達控制器SIMOCODE pro的面板顯示，可以在電力室快速的判斷故障，加快了查找和處理故障的速度。在實際使用中，SIMOCODE pro也有個別損壞的情況，這可能屬于元件的質(zhì)量問題。另外有局部SIMOCODE pro出現(xiàn)通訊時好時壞的情況，分析其原因，是由于DP線在安裝過程中不規(guī)范，首先是通訊電纜沒有與強電分開敷設(shè)，造成干擾。其次有的DP線接地不良，再有是DP線削頭過長造成的干擾，解決的辦法：由于DP通訊電纜沒有與強電分開敷設(shè)，在施工中已經(jīng)與強電的電纜在橋架中混在一起，要想分開工作量太大，只有逐一檢查DP線的接地和減少DP線的削頭，經(jīng)過運行如還不能解決問題，在通訊線路中增加