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1、SIMOCODE 在甲醇装置中的应用及改造摘 要 本文主要介绍新型电机保护系统 SIMOCODE pro 3UF7 的主要功能及组成。阐述了基于 Profibus-DP 总线的智能型电机控制系统的构成及应用，并归纳调试与实际运行中出现的一些问题的处理。 【关键词】SIMOCODE Profibus-DP UVO 调试改造 SIMOCODE pro 常用于设备停机代价非常昂贵的工厂。我公司甲醇二期项目年产 80 万吨甲醇，于 2012 年投产，全厂约 90%的低压电机使用 SIMOCODE pro 3UF7 作为电机控制单元。笔者有幸参与了低压电机的调试工作，根据项目实际应用经验，谈一下 SIM
2、OCODE 在甲醇项目中的应用及问题处理。 1 SIMOCODE pro 3UF7 系统组成和功能 1.1 系统组成 甲醇二期项目中采用的 SIMOCODE 型号为 3UF7，具体又分为 pro C 和 pro V 两种。项目中采用的是 pro V 型，它具备 SIMOCODE pro C 的功能外还可连接多达 5 个可选扩展模块，适用于信息量比较大的电机控制单元。如图 1 所示，电机控制系统由电流/电压测量模块、基本单元、扩展模块、操作员面板和通讯网络组成。各部件主要作用如下： （1）电流/?压测量模块作为系统的必选模块，除检测电机运行电流外，还可以：监视高达 690V 的电压、分析和监视功
3、率及功率因素、监视相序。模块通过一条可提供电源的连接电缆接到基本单元上。 （2）基本单元是系统的必须组件，主要由负责控制和保护功能的中央处理单元组成，它包括连锁功能、运行计算、诊断、统计数据、自动控制及电机回路之间的通讯（Profibus-DP）等。保护功能有过载保护、相不平衡保护、过热保护、堵转保护等。 （3）开关量模块可在需要时进一步增加基本单元上开关量输入和继电器输出类型和数量。开关量模块由 220V AC供电，配置有 4 个输入端，2 个双稳态继电器输出端。 （4）操作员面板通常集成在基本单元的前面板上，通过专用 RS232 数据线与基本单元进行连接，面板上包括 5个可自由定义的按钮及
4、 7 个可自由定义的 LED 显示灯。另外可以通过 SIMOCODE ES 软件将便携式 PC 连接到操作员面板，以便在本地对过程数据进一步分析。 1.2 实际应用 下面以项目中的典例对系统控制进行进一步说明。如图 1 为本项目采用的抽屉柜内部结构，基本单元的输入端9、10、4 分别为断路器开关状态、运行状态、抽屉状态；开关量模块输入端 23、24、26、27 分别为就地启动/停止、远程 DCS 启动/停止、远程位置；输出端 21 为电机驱动。从图中可以看出，现场操作柱 SA 在就地位置时操作柱上按下 SB1，开关量模块输入端 23 置 1，开关量模块输出端 21输出为 1，使接触器线圈 KM
5、 得电，电机启动；操作柱开关SA 在远程位置时，由仪表 DCS 信号控制电机启停。KM 线圈并联阻容吸收元件，以避免电机分合闸时高电压损坏模块。基本单元输入端 A、B 为 RS485 通讯线端子，通讯采用Profibus-DP 协议。 2 参数化软件 SIMOCODE ES 应用 SIMOCODE ES 是 SIMOCODE pro 3UF7 配套的参数设置软件，通过安装了该软件的 PC 的 RS232 口与操作员面板的系统接口连接，可以对 SIMOCODE pro 3UF7 进行点对点的通讯，进行在线的参数设置、操作、监测以及程序上的上载、下装等功能，还可以监测设备状态，读取各种统计数据，如
6、启动次数、运行时间等。该软件图形方式编程，直观简单，界面友好。 3 SIMOCODE 在调试及运行过程中出现的故障及改造 3.1 故障现象 在功能调试时发现所有初始原理图（如图 1）都无法实现直流晃电和交流晃电功能。 （1）当运行着的电机回路断开综保的工作电源 DC220V时，此时电机保持运行状态，当再次送上其工作电源时，电机回路跳闸。 （2）当运行着的电机回路出现交流晃电时，SIMOCODE标准功能电压故障监视（UVO）功能，无法保证电机按技术附件要求实现相应的自动重起和分批自启动功能。 3.2 原因分析 （1）直流晃电时，由于扩展模块上的 OUT1 是双稳态特性的，所以断开直流电后电机仍然
7、还能保持运行状态。当断电后再次上电时，SIMOCODE 综保执行初始化操作，这个过程会复位掉控制接触器的变量“contactor control1 QE1” ；这样定义为 contactor control1 QE1的扩展模块输出 OUT1 也就因为源为 0 而变为 0，即使 OUT1是双稳态的，因为源发生了复位，接着导致接触器跳闸。 （2）经过多次多次调试和研究发现，交流晃电时，要保证 SIMOCODE 综保的电压故障监视（UVO）标准功能的使用条件有两个：SINOCODE 工作电源有效，晃电时不能有因为电压消失而出现有停命令给综保。因此当交流晃电发生时，控制电压 AC220V 欠压或者消失
8、，综保工作电压DC220V 仍然存在；用常闭点做停车命令的原理图的控制回路此时相当于给综保发出了一个停车命令。当电压恢复时，综保认为是正常停车而不执行自动重起功能。 （3）交流晃电时，当把 UVO 功能里面的 restart time delay 设置成零时该功能只具有抗晃电功能，当把 UVO 功能里面的 restart time delay 设置成有时间延时时，发现大概在 01S 的晃电立即自动重起，在 1S 外的晃电就按设置的时间延时开始自动重起。而按照我们技术附件的要求事故段的电机是在 02S 内的晃电立即重起，2S 外的晃电就按设置的时间延时自动分批启动。所以事故段上电机的 UVO功能
9、没办法同时满足晃电和分批自启动的要求。 3.3 改造处理 改造后的图纸如图 2 所示，这里仍然以事故段上电机J443A 为例加以说明。 （1）针对抗直流晃电，我们增加一个继电器 KA 用于发出一个总停的命令，并将接于运行指示灯的 KM 常开点与驱动输出 OUT1 并联以实现抗直流晃电能力。 （2）针对交流晃电，上述分析已指出，由于仪表来的停车信号点是常闭点，标准 UVO 功能无法实现自动重起。我们解决办法是利用综保里面的资源自己开发一小段程序以实现抗晃电功能。主要思路如下：我们仍然定义标准的UVO 功能，以用来判断晃电恢复时间发生在立即启动的时间内，这样晃电时间超过其定义的时间时就会报一个 U
10、VO 故障的警，以利于我们做立即启动和分批自启动的程序分界点；在这里 UVO 功能只起了一个定时器的作用。如果检测到了 KM 的下降沿同时出现了低电压我们则认为发生了晃电情况，且认为是因为晃电原因导致运行的电机被晃停。但是在调试中发现有时候发生电压瞬间跌落到接触器的释放电压以下时，接触器立即释放，但接触器释放后，最多要到 0.8S 综保才能检测到了低电压，而且当晃电发生在 0.3S以内时，综保根本无法识别发生过晃电。 因此程序做如下编写： 在 0.3S 以内的晃电，我们用一个和 KM 同时闭合，但分闸时延时 0.3S 断开的时间继电器常开点作为控制站中电机的一个启动命令，这样晃电发生在 0.3
11、S 内的晃电就能立即启动，但是另外一个要注意的就是我们正常的停车命令脉冲的宽度必须大于 0.3S，否则就停不下来。和仪表沟通知道仪表停车脉冲宽度是 2S，符合要求。对于手动停车我们也必须保证脉冲宽度大于 0.3S，当然这不能指望操作工去执行按钮按住 0.3S 以上的时间，所以我们在内部又作了一个小程序，就是当手动停车脉冲一到来，就用其去置位一个信号发生器，再用这个信号发生器去作为停车命令，这样停车命令就一直存在，如果要启动电机，则用就地和远方启动命令的或门去复位刚才用手动停车脉冲置位的信号发生器，这样启动命令就可以执行。 针对 0.32S 内的晃电，我们自制程序重新发一个启动命令。即，当接触器
12、释放后的 0.8S 内如果综保检测到低电压我们则认为晃电停机，如果在 UVO 功能里设置的时间内电压恢复正常则发出启动命令。 针对事故段上需要分批自启动的电机，另外增加一台 S7-200PLC 来实现分批自启动，这样就要求从抽屉这边将运行状态点接去 PLC 作为状态判断。PLC 接过来一个分批自启动命令点，同时控制回路增加一块扩展模块。 4 安装调试注意事项 安装调试 SIMOCODE pro 3UF7 电机控制系统时需要注意以下几点： （1）主从站在通信之前，要确认 Profibus-DP 总线电缆连接可靠并正确相连，可通过上位机总线连接板上的指示灯或 SIMOCODE pro 基本单元上的
13、 BUS 灯判断。 （2）SIMOCODE 基本单元上的 DEVICE 绿灯闪烁或不亮，说明硬件存在故障。 配置 SIMOCODE 系?y 硬件时，选择电流检测模块电流范围必须与实际相符，否则会故障报警。 （3）Profibus-DP 总线传输波特率不能设置太高，因总线采用 T 型方式端子连接，线路较长，高波特率会出现断网情况。 （4）电机主回路接触器的线圈最好并联阻容吸收元件，否则电机分合闸时高电压可能损坏基本单元。 （5）在每个网段末端处最好接上有源终端电阻，这样在末端的 SIMOCODE 基本单元出现故障断电后才不会影响整个网路的通讯。 5 结束语 自项目改造投产以来 SIMOCODE 电机管理系统一直都稳定运行，这种灵活的模块化电机管理系统取代了传统的复杂电器电路，节省了投资而且大大提高了系统的可靠性和自动化水平，故障率大幅降低，减少停产时间，为公司创造了极大的经济效益。 参考文献 1廖长初.S7-300/400 PLC 应用技术M.北京：机械工业出版，2012. 2廖长初.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断M.北京：机械工业出版，2009. 3http：/.
