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0、引言
現代化生產的自動化水平不斷提高,對電機管理系統的要求也越來越高,隨著控制器和電子技術的飛速發展,出現了帶有微處理器的智能化電機管理系統。這些系統不僅能對電動機進行保護,還具有測量、控制和通信功能[1]。
本文結合某煤礦居民區的供熱控制系統的開發實例,介紹了在控制系統中采用西門子的智能型電機保護控制器SIMOCODE pro3UF7作為水泵電機的保護控制單元(MCU),它具有PROFIBUS總線接口,是以西門子公司S7-300系列產品為系統核心組成的計算機監控系統。因篇幅有限,從項目實際應用方面,本文就該智能型電機保護控制器在該項目中的應用及常見問題作一簡單介紹。
1、控制系統概述
如圖1所示,本系統為可編程邏輯控制器(PLC)的實時設備監控系統,控制對象是某居民小區的供熱系統,對循環水泵、補水泵進行PLC的定時啟、停控制。控制系統包括主、備用泵的定時切換、循環泵的溫度啟停,水泵前端的水流信號和壓力信號的檢測和報警,出水口的溫度信號檢測和調節,流量的統計,設備故障報警以及上位機的監控等信息。
循環泵電機采用恒頻控制,系統根據水池溫度的高低來控制循環水泵電機的啟停。根據水泵的控制及保護方面的要求,要對電機的過載、缺相、接地、堵轉、運行時間等故障及參數作判斷并記錄。如果采取傳統的過熱繼電器和時間繼電器等來控制,通過開關量上傳,造成控制電纜消耗量偏大,造成人員、資金的浪費。將使得設計、施工太繁瑣,也將導致后期故障率太高,給后期維護造成大量的工作。綜合各方面考慮,選用智能型電機保護控制器3UF7,這樣不僅使設計、施工簡單,而且后期維護量將大大減小,系統穩定性、可靠性得以提高[2]。
根據整體項目的工藝要求,采用PLC S7-300系列實現全系統的自動化控制。S7-300作為主站,3UF7作為從站,通過PROFIBUS實現主從站之間數據通信。系統硬件組成如圖2所示。
2、SIMOCODE pro3UF7系統簡介
2.1、SIMOCODE工作原理及功能簡介
SIMOCODE pro3UF7是一種靈活的模塊化電機管理系統,用于在低壓性能范圍內的恒速電機。它優化了PLC和電機起動器之間的連接,提高了設備可用性,使系統的起動、運行和維護費用大大降低。當SIMOCODE pro3UF7安裝在低壓配電柜中時,可智能連接上位自動化系統和電機起動器,包括:(1)獨立于自動化系統的多功能、固態全電機保護系統。(2)靈活的軟件取代了硬件對電機的控制。(3)詳細的運行、維修和診斷數據。(4)通過Profibus-DP實現標準的、開放式現場總線系統通信。
本項目中采用的SIMOCODE型號為3UF7,具體又分為pro C和pro V兩種類型。pro V可以連接多達5個可選擴展模塊,適用于信息量比較大的電機控制圖2控制系統硬件組成圖單元,而pro C只能使用基本單元的接口,但pro C經濟性好,由于本系統控制電機較少,根據具體需要使用第二種類型,以達到既保持靈活性,又節省大量資金的目的。控制單元通過電流測量模塊(一般是電流互感器)采集主回路的三相電流信號,通過分析該信號來監測電機是否運行及是否正常工作,并通過內部設置,達到當電機在非正常狀態下工作的時候停機的要求。PLC控制系統則可以通過Profibus-DP總線方便地與基本控制單元進行信息交換和控制,便于整個系統的控制與監測。另外,在電氣柜中配上簡易操作面板,方便現場工作人員的操作和查看,這樣幾個部分就組成了一套完整的電機控制系統。下面對每個組成部分進行簡單介紹[3]。
1)電流測量模塊主要由一臺穿芯式電流互感器組成,根據測量范圍分為不同的型號,可檢測0.3～630A的電流信號,這個范圍足以滿足一般工業系統的要求。在實際應用中有時會出現電機電流過小(小于0.3A)的情況,如小型的閥門電機,這種情況下可采用多次穿芯、增大電流的方法解決。
2)基本單元由24V DC供電,配置有四個輸入端,三個接觸器輸出端,RS-232以及Profibus-DP接口,三個狀態顯示燈及復位按鈕。如果選用V型,還可以增加擴展模塊以實現更多的輸入輸出需要。
3)基本操作面板通過數據線與基本單元進行連接,面板上包括五個可自由定義的按鈕及七個可自由定義的LED顯示燈,其功能均可通過軟件靈活修改。
4)專用PC電纜將電腦與基本單元或操作面板連接后即可上傳、下載及修改內部程序,目前使用軟件為SIMOCODE ES professional2004+sp3,該軟件界面友好,采用圖形方式編程,直觀簡單。
這種馬達保護器的控制回路模式產生了三種控制方式:遠程控制、面板控制及現場控制。本項目中采用的是遠程優先控制方式,也就是說在遠程不允許設備啟動及通信故障的情況下,通過現場按鈕和面板按鈕是無法起動電機的,這樣就可以有效防止現場誤操作。但出于安全考慮,三種方式的停止命令在任何情況下都是有效的。
2.2、SIMOCODE ES調試軟件SIMOCODE ES
professional是西門子公司針對微控制器1微控制器2微控制器3微控制器4打印機以太網MPI按鈕故障狀態信號燈溫度壓力液位變頻器馬達保護器主機1主機234專門開發的調試軟件,可以對SIMOCODE pro進行參數設置、診斷和維護。最新版本的軟件還支持圖形編輯,使邏輯關系更加直觀,加快了設備調試的過程。調試人員對電機的控制和保護以及控制回路的連線都是通過SIMOCODE ES professional軟件實現的,在SIMOCODE ES中可以設置并調整電機保護和控制的所有參數。此軟件以前已經有很多版本,目前廣泛使用的是2007版(附有圖形編輯功能)[4]。
3、SIMOCODE pro3UF7的應用
3.1、硬件連線
如圖3所示是SIMOCODE pro C系統控制電機的硬件連線圖。基本單元的輸入端9、輸入端10分別為現場啟動按鈕、現場停止按鈕。輸出端2為電機驅動繼電器。從圖3中可以看出來,只有2吸合,電機驅動繼電器KM1才能吸合,電機才能起動。在DP通信電纜斷開,或者遠程允許現場起動的情況下,按下現場開啟按鈕或者面板啟動按鈕都能起動電機。
3.2、SIMOCODE pro3UF7參數配置
首次使用SIMOCODE pro3UF7搭建系統時,必須通過SIMOCODE ES軟件對系統參數進行設定。操作人員和維護人員通過西門子專用的通信電纜把PC機的串口和SIMOCODE pro3UF7的基本單元的系統接口連接,完成對基本單元的設備設置(設備號、站地址、速率)、過載保護(過載、電流設置、電流限值)、電機控制(時間、反饋、脫扣)以及監控報警類型(三相不平衡、過載、接地、PLC通信、DP總線診斷)等。操作和維護人員還可以在運行過程中進行參數修改,監視設備狀態,讀到各種統計數據如啟動次數、運行時間等。通過顯示所有運行、維修和診斷數據,SIMOCODE ES提供在故障情況下是否需要預防、維修或快速定位并糾正故障的重要信息。通過在線修改參數功能可以防止不必要的設備停機時間(即使在運行期間)。集成在SIMOCODE ES中靈活的打印功能允許所有參數歸檔、文檔節選或參數修改。
4、結語
在該項目中采用智能型電機保護控制器實現電機的各種復雜控制保護,使現場設備可靠性大大提高。通過總線把整個電機起動器集成到過程控制中,大大降低了電機起動器和PLC之間的接線費用,減少了現場維護的工作量。用軟件替換控制電路硬件,減少所需的硬件零件和接線數量,因此降低了庫存管理的費用以及可能的接線錯誤。智能型電機保護控制器SIMOCODE pro所具有的獨特功能,在電機設備的控制及保護領域必將會得到更加廣泛的運用。
參考文獻：
[1]郭玉萍,郭其一,黃世澤.SIMOCODE pro3UF7智能型電機管理系統及應用[J].建筑電氣,2009(12):53-55.
[2]祁衛璽.智能型電機保護控制器在企業生產中的應用[J].電氣傳動自動化,2009,31(4):53-55.
[3]李紅陵,王力.智能型電機保護控制器在沙特TAHAMAH水泥廠5000t/d熟料線中的應用[J].水泥工程,2008(4):66-68.
[4]陳作炳,李立峰.西門子SIMOCODE在水泥廠電機保護和控制中的應用[J].電機與控制應用,2008,35(5):50-52.
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