西门子智能电动机控制器在沙1水泥项目中的应.docx
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西门子智能电动机控制器在沙1水泥项目中的应
论文题目
SIMOCODEpro智能控制器在沙1水泥项目中的应用
2008年4月
SIMOCODEpro智能控制器在沙1水泥项目中的应用
[摘要]本文介绍了智能马达控制器SIMOCODEpro基本原理以及在沙1水泥项目中的应用情况,并介绍了在实际应用中存在的问题及解决方案。
[关键词]交流电机智能马达控制器
1:
前言
传统的电动机控制采用了大量的元件,例如:
空气开关、熔断器、接触器、过热保护元件、各种检测装置、显示仪表、操作按钮等,如果要求远程控制和监视还要引出许多导线,无形中引进了许多的故障因素,接线多、故障点多。
而且整套系统不易维护,出故障后不易维修。
为了解决上述问题,SIEMENS公司生产的SIMOCODEpro3UF系列智能马达控制器,只需要一个塑壳空气开关、接触器、按钮和少量的接线,就能够实现由传统元器件组成的操作和保护功能,而且还能够完成传统控制不能完成的强大功能,使马达控制器在电路设计和电路图方面达到高水平的标准化,马达控制器的功能包括保护功能和控制功能。
★保护功能包括:
过载保护、电机热敏电阻保护、相故障监视、相电流不平衡保护、堵转保护、接地故障监视、限流监视、运行时间监视、启动次数监视;
SIMOCODEpro通过结合不同的多步和可延时保护以及监控功:
•反时限固态过载保护(TC5...40)
•电机的热敏电阻保护
•相故障/相不平衡保护
•电机堵转保护
•监视所设定的电机限值电流
•监视电压和功率
•监视功率因数(电机空转/负荷故障)
•监视接地故障
•监视温升,如,通过连接外部PT100/PT1000
•监视电机运转时间,停机时间和起动次数
★控制功能包括:
(灵活的软件SIMOCODEESSmart取代了硬件对电机的控制),直接启动、可逆启动、Y-△启动、具有反转功能的Y-△启动、用于多功能电机的驱动等。
许多预定义的电机控制功能早已集成到SIMOCODEpro中,包括所有必要的逻辑操作和连锁。
•直接起动和可逆起动工艺
•星-三角起动工艺(也适用于可逆的起动)
•双速、配有单独绕组的电机(变极电机);也适用于可逆的起动
•双速、配有单独Dahlander绕组的电机(也适用于可逆的起动)
•电磁阀启动
•定位器启动
•塑壳断路器的控件和通讯网关
•软起动器启动(也有可逆)。
★具有详细的运行、维修和诊断数据。
使用SIMOCODEpro,可利用不同的运行、维修和诊断数据,帮助及时检测可能的故障,通过预防性措施预防故障的发生。
在故障情况下,可以非常快速地诊断、定位和纠正故障,几乎没有停机时间或者停机时间非常短。
运行时检测的数据
•从主回路电流的检测反馈电机开关状态
•所有相电流
•所有线电压
•有功功率,视在功率和功率因数
•相不平衡和相序
•预计的剩余脱扣时间
•电机的温升
•剩余冷却时间等
维修数据
•电机运转时间
•电机停机次数
•电机起动次数
•过载脱扣次数
•装置中贮存的内部注释等
诊断数据
•无数详细的预警和故障信息
•带有时间戳的装置内部故障记录
•带时间戳的装置内部定义功能状态、报警和故障记录等
由于智能马达控制器具有一个集成的PROFIBUS-DP(ProgressFieldbusDecentralizedPeriphery)12Mbps通讯接口,因此,可以将智能马达控制器作为标准设备集成到任意一个具有PROFIBUS-DP通讯能力的自动化系统中,快速地实现和上位机进行数据交换,实现远程控制和监视等功能。
SIMOCODEpro的一个突出的特点就是,所有保护和控制功能都可独立执行,这意味着即使总线或自动化系统发生故障,它的整体功能依然正常,还可保证智能马达控制器受到保护。
智能马达控制器有两个品种SIMOCODEproC,SIMOCODEproV,它们的区别是:
SIMOCODEproC为基本型,是由电流检测元件(穿芯式互感器或母排式互感器)、基本控制单元、操作面板和连接导线构成,最大检测电流为608A,不能带扩展模块,见图1。
SIMOCODEproV除上述配置外,可连接扩展模块,使它具有更广泛的功能,最多可连接5个扩展模块,
见图2SIMOCODEproV。
图1SIMOCODEproC
图1SIMOCODEproV
2:
技术特点:
SIMOCODEpro的两个品种在沙1水泥项目中都得到使用,现以SIMOCODEproV为例,说明基本控制单元的配置:
输入端:
4隔开关量输入,内部供电24V
输出端:
3个单稳态继电器输出
PROFIBUS接口:
SubD9针接口或螺丝接线端子
适用的操作电压:
DC24V,AC/DC110~240V
测试/复位按钮
扩展接口:
连接扩展单元
视具体的控制对象及控制要求选择SIMOCODEpro的基本单元和带扩展的单元,PROFIBUS-DP接口用于现场总线连接,实现组网。
SIMOCODEpro辅助工作电源分为DC24V和AC230V,全部元件轨道安装,快捷方便。
两种SIMOCODEpro的典型原理图见附图1;附图2,以及表1。
表1:
No
内容
SIMOCODEproC
基本单元
SIMOCODEproV
基本单元
1
操作面板
☆
☆
2
电流检测模块
☆
☆0.3~630A
3
电流/电压监测模块
☆0.3~630A
扩展模板
1
数字量模板
☆最多2个
2
模拟量模板
☆最多1个
3
接地检测模板
☆最多1个
4
温度模板
☆最多1
1:
电流检测元件:
穿芯式电流互感器0.3~200A
母排连接式电流互感器20~630A
2:
电流/电压检测元件电压测量范围至690V
穿芯式电流互感器0.3~200A
母排连接式电流互感器20~630A
3:
开关量模板:
4开关量输入2继电器输出,每个SIMOCODEproV最多连接2个开关量模板
4:
模拟量模板:
2输入和1输出,信号类型:
0/4...20mA,每个SIMOCODEproV基本单元2最多连接1个模拟量模板。
5:
接地故障检测模板:
1个零序电流互感器输入端,用以连接3UL22每个SIMOCODEproV基本单元2最多连接1个接地故障检测模板。
6:
温度模板:
3个输入端能够连接3只温度传感器,每个SIMOCODEproV基本单元至多能够连接1个温度模板。
2.1SIMOCODEpro的通讯协议:
PROFIBUS(ProgressFieldBus)是德国标准DIN19245和欧洲标准EN50170,也是IEC标准IEC61158(PROFIBUS是SIEMENS公司于1984年开发,于1990年完成PROFIBUS规范的制定,1994年推出PA。
1992年由SIEMENS、Foxboro、Yokogawa、ABB等公司成立ISP(互可操作规划组织),以PROFIBUS为基础制定出现场总线标准)。
PROFIBUS大量的用于制造自动化、过程自动化、交通、电力等领域的自动化,实现现场级的分散控制和车间级或厂级的集中监控。
它包含了三个兼容的协议:
PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery分散外围设备12Mbit/s);主要应用于现场级和装置级的自动化。
PROFIBUS-DA(ProgressAutomation过程自动化,(31.25Kbit/s));主要应用于现场级过程自动化。
PROFIBUS-MFS(FieldbusMessageSpecification现场总线报文规范)。
主要用于车间级和厂级监控,构成控制和管理的一体化系统,进行系统信息集成。
通讯模型:
PROFIBUS通讯模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层(物理层)、和第2层(数据链路层),其中FMS采用了第7层(应用层)另外增加了用户层。
▲参考模型:
物理层;数据链路层;网络层;传输层;会话层;表示层;应用层。
PROFIBUS的总线存取控制机制:
主站与主站之间采用令牌传送方式,主站与从站之间采用主从方式。
PROFIBUS-DP的基本功能:
主站周期地读取从站的信息并周期地向从站发送信息,除了发送周期性用户数据外,还提供诊断和组态功能,数据通信依靠主站和从站进行监控。
PROFIBUS-DP的基本特征:
※PROFIBUS-DP采用RS-485技术,传输速率9.6Kbit/s~12Mbit/s。
最多126个站点。
※PROFIBUS-DP通讯方式采用点对点(用于传送用户数据)、广播(用于传送控制命令)、主从用户数据命令和主从数据循环传送。
PROFIBUS-DP系统可以包括三种不同类型的设备:
一级DP主站(DPM1)即中央控制器,它在规定的时间周期内与分散的站(如DP从站)交换信息,典型的一级主站包括PLC和PC。
二级DP主站(DPM2),即可进行组态、编程、诊断的设备,如编程器、组态设备或操作面板。
以实现系统的操作和监视。
DP从站:
是进行输入和输出信息采集并发送的外围设备,如输入/输出设备、人机接口、驱动器、阀门等。
SIMOCODEpro采用PROFIBUS-DP,其传输速率为0.5~12Mbit/s,
2.2SIMOCODEpro保护和控制功能以及组态:
具有强大的保护功能和控制功能,使用个人电脑(PC)可以在WindowsXP下运行SIMOCODEpro的参数化软件:
★SIMOCODEESSmart(简易版,通过装置系统接口(RS232)实现参数化),对智能马达控制器进行点对点的参数设置,将电动机的铭牌参数输入,保护的内容和条件输入;利用拖放功能将控制方案输入,快捷方便。
★同时也可以通过SIMOCODEESProfessional(专业版,通过PROFIBUS或装置系统接口(RS232)实现参数化,包括STEP7目标管理器)软件借助于PROFIBUS-DP,从中控室工程师站对智能马达控制器进行参数化和诊断。
★SIMOCODEES图形编辑器
订购附加的SIMOCODEESSmart/Professional图形编辑器,能够实现可视的,用户友好的拖放参数化。
在沙1水泥项目中控制系统使用的是SIMATICPCS7(ProgressControlSystem)过程控制系统,系统的组成见附图3,通过使用PCS7库,可以方便地将SIMOCODEpro集成到SIMATICPCS7过程控制系统中。
PCS7库中有标准的SIMOCODEpro电机模块和面板,组态方便,适于操作员控制和电动机的可视化,能过观察到电机电流、温度、功率和趋势、过程故障、报警信息等。
3:
SIMOCODEpro在沙1水泥项目中的使用
沙1水泥项目中所有的电动机都使用了智能马达控制器,通过PROFIBUS-DP与PLC400通讯,使控制柜内部及外部的接线大幅度的减少,同时能快速地检测到电动机在运行时出现的各种故障,如一台30KW风机电动机在调试时,在智能马达控制器中设定的启动时间是15秒钟,由于启动时间过长造成过载,修改了设定时间后,电机还是过载,经查是由于挡板不严造成的。
在试生产阶段,由于电气、工艺和设备的问题,出现的故障多一些,利用智能马达控制器SIMOCODEpro的面板显示,可以在电力室快速的判断故障,加快了查找和处理故障的速度。
在实际使用中,SIMOCODEpro也有个别损坏的情况,这可能属于元件的质量问题。
另外有局部SIMOCODEpro出现通讯时好时坏的情况,分析其原因,是由于DP线在安装过程中不规范,首先是通讯电缆没有与强电分开敷设,造成干扰。
其次有的DP线接地不良,再有是DP线削头过长造成的干扰,解决的办法:
由于DP通讯电缆没有与强电分开敷设,在施工中已经与强电的电缆在桥架中混在一起,要想分开工作量太大,只有逐一检查DP线的接地和减少DP线的削头,经过运行如还不能解决问题,在通讯线路中增加中继器,经过几次查找,基本上消除了通讯故障。
4:
结束语
SIMOCODEpro智能马达控制器在国内的水泥行业使用的不多,通过沙1水泥项目的使用,确实体现除了SIMOCODEpro的诸多优越性,它为中小型电动机提供了多功能的综合保护、智能控制和网络通讯等,不仅可以减小马达控制中心的体积,提高自动化水平,而且降低综合投资成本,实现网络控制、故障预报警,减少了故障停车时间提高了生产效率。
对改造我国落后的机电装备,推进我国机电设备行业进步,实现装备机电一体化、自动化、加速产品的更新换代起到了促进作用。
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