浅谈SIMOCODE 3UF7在DCS系统中的应用

浅谈SIMOCODE 3UF7在DCS系统中的应用

黎洪生，王力

武汉理工大学自动化学院，武汉（430070）

E-mail：wangli34@163.com

摘 要：本文主要介绍了新型电机保护系统SIMOCODE pro 3UF7 的工作原理、主要功能、应用实例及常见问题，该系统是一种灵活的模块化电机管理系统，用于在低压性能范围内的恒速电机。它优化了PLC 和电机起动器之间的连接，提高了设备可用性，使系统的起动、运行和维护费用大大降低。

关键词：SIMOCODE；DCS；电机保护；Profibus-DP 中图分类号：TP273

1. 引言

沙特SPCC水泥厂为日产5000t大型新型干法水泥厂，全厂约90%的电机使用SIMOCODE pro 3UF7作为电机控制单元（MCU），是国内企业所承包项目中首次如此大规模的使用SIMOCODE，笔者有幸参与了整个项目的调试工作，根据项目实际应用经验，浅谈一下SIMOCODE在该水泥厂集散控制系统（DCS）中的应用及常见问题。

2. 系统介绍

2.1 SIMOCODE的产生背景和优点

在许多自动化生产过程中，尤其是水泥、钢铁等行业，设备停机的成本异常高昂。然而可以通过简单的方法降低停机造成的损失。采用适当的技术时，便可防止故障；即使发生故障，也可快速得到解决。在将近十年时间里， SIMOCODE-DP在世界范围内众多项目中得以广泛应用，出色地完成了相应任务。随着新的市场要求的增长，以及其它功能的需要。西门子公司以SIMOCODE-DP为基础，开发出了一个更加灵活、简单和强大的系统，它就是SIMOCODE pro[1]。

SIMOCODE pro是用于低压电机的灵活、模块式的电机管理系统，可通过PROFIBUS DP现场总线简单、直接地与上位自动化系统相连接。从功能上看，它可满足电机起动器和自动化系统之间的所有要求。另外，它将每个电机起动器所有必要的保护、监视和控制功能组合在一个紧凑系统中。过程控制质量因此得到提高，同时降低了装置或系统从计划到安装、以及操作与维护的成本。新一代管理系统具有广泛的优点，重点是满足当前及将来的要求： 1. 独立于自动化系统的多功能、电子式全电机防护系统 2. 灵活的软件功能块取代了硬件对电机的控制 3. 详细的操作、维护和诊断数据

4. 通过标准的现场总线系统PROFIBUS DP，实现开放式通讯

2.2 SIMOCODE工作原理及功能简介

本项目中采用的SIMOCODE型号为3UF7,具体又分为pro C和pro V两种类型。区别为pro V可以连接多达5个可选扩展模块，适用于信息量比较大的电机控制单元，而pro C的仅能使用基本单元的接口，但优点就在于它的经济性。本项目中根据具体需要结合使用，以达到既保持灵活性，又可节省大量资金的目的。

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电机的基本控制回路如图1所示，控制单元通过电流测量模块采集动力回路的三相电流信号，通过分析该信号来监测电机的是否运行及是否正常工作，并通过内部设置以达到当电机在非正常状态下工作的时候停机的要求。DCS系统则可以通过Profibus-DP总线方便与基本控制单元进行信息交换和控制，便于整个系统的控制与监测。另外在电气柜中配上简易操作面板（OP），方便现场工作人员的操作和查看。这样几个部分就组成了一套完整的电机控制系统。[2]

图1 SIMOCODE电机控制系统 Fig 1 SIMOCODE motor control system

下面对每个组成部分进行简单介绍：

1. 电流测量模块由一台穿芯式电流互感器组成，根据测量范围分为不同的型号，可检测0.3A到630A的电流信号，这个范围足以满足一般工业系统的要求。在实际应用中有时会出现电机电流过小（小于0.3A）的情况，如小型的阀门电机，这种情况下可采用多次穿芯、增大电流的方法解决。

2. 基本单元由24V DC供电，配置有四个输入端，三个接触器输出端，RS-232以及Profibus-DP接口，三个状态显示灯及复位按钮。如果选用V型，还可以增加扩展模块以实现更多的输入输出需要。

3. 基本操作面板(OP)通过专用232数据线与基本单元进行连接，面板上包括五个可自由定义的按钮及七个可自由定义的LED显示灯，其功能均可通过软件灵活修改。

4. 通过专用PC电缆将电脑与基本单元或操作面板进行连接即可上传下载及修改内部程序，目前使用软件为SIMOCODE ES professional 2004 + sp3，该软件界面友好，采用图形方式编程，直观简单。

这种控制回路模式产生了三种控制方式：中控控制、面板控制及现场控制。本项目中采用的中控优先控制方式，也就是说在中控不允许设备启动及通讯故障的情况下，通过现场按钮和

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面板按钮是无法启动电机的，这样就可以有效的防止现场误操作。但出于安全考虑，三种方式的停止命令在任何情况下都是有效的。

基本单元通过内部的热过载继电器对电机进行全面的过载保护，参考特定的反时限保护特性曲线（如图2），

图2 时间-电流特性曲线

Fig 2 Time-current characteristic diagram

对一定的过载电流在相应的时间内跳停。除此之外还具有其他的附加保护：相不平衡监控、堵转保护、电流限值监控、接地故障检测。而对于用户来说，绝大多数情况下只要输入电机铭牌上的额定电流即可，其他的工作通过已固化的程序实现。[3]

2.3 与PCS7的结合

通过使用PCS 7库，可以简单地将SIMOCODE pro集成到SIMATIC PCS 7过程控制系统中。PCS 7库中有标准的SIMOCODE pro电机模块和面板，以便于操作员控制和电机的可视化。所有与过程相关的信息都以一种透明的方式进行显示，如： 1. 操作员控制部件和回检信号

2. 过程参数：电机电流、温度、模拟值、功率和趋势 3. 过程故障、过程警报和信息

不仅CEMAT里面集成了SIMOCODE的功能块，WINCC里面也集成了针对与SIMOCODE使用的集成控制面板，可对电机的电流、阀门的限位等信号进行实时监控，进一步方便了用户对电机状态的监测和控制。

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3. 应用实例

下面以项目中最常见的单向电机控制回路为例对SIMOCODE进行进一步的说明。

图3单向电机控制回路原理图 Fig 3 Direct starter control system diagram

如图3所示，虚框内为本项目采用的抽屉柜的内部结构，基本单元的输入端9、10、4、5分别为现场启动按钮、现场停止按钮、现场隔离开关、抽屉柜隔离开关。输出端6、2分别为电机备妥、电机驱动，从图上可以看出来，只有6和2同时输出为一的时候KM1才能吸合，电机才能启动。

在DP通讯电缆断开或者中控允许现场启动的情况下，按下现场开启按钮SB1或者面板启动按钮都能启动电机，但前提条件是现场隔离开关QS和抽屉柜隔离开关QF1都已闭合。

4. SIMOCODE 常见故障及排障方法

结合本项目的调试经验，下面列出在生产过程中常见的SIMOCODE故障及解决方法。 1. 操作面板上的DEVICE绿灯闪烁：SIMOCODE硬件故障。解决方法：更换。 2. 操作面板上的BUS绿灯不亮：与PLC的DP连接不通。解决方法：检查DP电缆。 3. 操作面板上的BUS绿灯闪烁：与PLC的DP连接已建立，但与上位配置不相符。解决方法：检查DP地址及上位硬件组态。

4. 操作面板上的BUS绿灯快速闪烁：同一路DP上有地址冲突。解决方法：检查DP地址。 5. 在实际应用中，如果一根DP线上挂的SIMOCODE过多（超过30个）通常要在这根DP

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电缆的中间加REPEATER以增加信号强度及在电缆末端加上有源终端电阻以保证通讯的稳定。

6. 发出启动命令后，抽屉柜里有接触器吸合的声音，但电机毫无反应：电机动力回路断开。解决方法：检查电缆线及动力电源。

7. 发出启动命令后，电机启动若干秒后断开：电机启动电流过大或有一相保险丝烧坏。解决方法：检查电机负载和保险丝。

5．总结

本文介绍了SIMOCODE pro在水泥厂DCS中的应用，通过该控制单元可安全可靠的控制及保护全厂的电机设备，由于SIMOCODE的众多优点，相信在以后的工程中应用会更加广泛。

参考文献

[1] SIEMENS．3UF7． SIMOCODE-DP， System， Motor Protection and Control Device． [2] 陈忠训，赵春详．基于PROFIBUS现场总线技术的电机综合监控系统的设计 ［J］，煤炭工程，2007

年，第8期：102-104．

[3] 胡夏波，卢军． 用西门子SIMOCODE-DP组建的电厂电动机控制系统 ［J］． 低压电器， 2005年，

第7期： 55-57．

Application of SIMOCODE in large DCS system

Li Hongsheng, Wang Li

School of Automatic, Wuhan University of Technology, Wuhan, China (430070)

Abstract

SIMOCODE pro 3UF7 is a flexible and moduleable motor management system, it can be used in constant speed motor on the range of low voltage. It is beneficial for the connection between PLC and motor, it can improve the application of equipment, it also can reduce the cost on the starting, running, safeguarding of system.

Keywords: SIMOCODE; DCS; motor safeguarding; Profibus-DP

作者简介：

黎洪生，男，1961年10月生，博士研究生毕业，工学博士，教授，博士生导师，武汉理工大学自动化与计算机控制工程系主任，智能信息处理与故障诊断研究所所长，E-mail：lihswh@yahoo.com.cn；

王力，男，1983年4月生，硕士研究生在读，武汉理工大学东院自动化学院，E-mail：wangli34@163.com。

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