0、引言
現(xiàn)代化生產(chǎn)的自動(dòng)化水平不斷提高,對(duì)電機(jī)管理系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高,隨著控制器和電子技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了帶有微處理器的智能化電機(jī)管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅能對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù),還具有測(cè)量、控制和通信功能[1]。
本文結(jié)合某煤礦居民區(qū)的供熱控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)例,介紹了在控制系統(tǒng)中采用西門(mén)子的智能型電機(jī)保護(hù)控制器SIMOCODE pro3UF7作為水泵電機(jī)的保護(hù)控制單元(MCU),它具有PROFIBUS總線接口,是以西門(mén)子公司S7-300系列產(chǎn)品為系統(tǒng)核心組成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。因篇幅有限,從項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用方面,本文就該智能型電機(jī)保護(hù)控制器在該項(xiàng)目中的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題作一簡(jiǎn)單介紹。
1、控制系統(tǒng)概述
如圖1所示,本系統(tǒng)為可編程邏輯控制器(PLC)的實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),控制對(duì)象是某居民小區(qū)的供熱系統(tǒng),對(duì)循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵進(jìn)行PLC的定時(shí)啟、??刂???刂葡到y(tǒng)包括主、備用泵的定時(shí)切換、循環(huán)泵的溫度啟停,水泵前端的水流信號(hào)和壓力信號(hào)的檢測(cè)和報(bào)警,出水口的溫度信號(hào)檢測(cè)和調(diào)節(jié),流量的統(tǒng)計(jì),設(shè)備故障報(bào)警以及上位機(jī)的監(jiān)控等信息。
循環(huán)泵電機(jī)采用恒頻控制,系統(tǒng)根據(jù)水池溫度的高低來(lái)控制循環(huán)水泵電機(jī)的啟停。根據(jù)水泵的控制及保護(hù)方面的要求,要對(duì)電機(jī)的過(guò)載、缺相、接地、堵轉(zhuǎn)、運(yùn)行時(shí)間等故障及參數(shù)作判斷并記錄。如果采取傳統(tǒng)的過(guò)熱繼電器和時(shí)間繼電器等來(lái)控制,通過(guò)開(kāi)關(guān)量上傳,造成控制電纜消耗量偏大,造成人員、資金的浪費(fèi)。將使得設(shè)計(jì)、施工太繁瑣,也將導(dǎo)致后期故障率太高,給后期維護(hù)造成大量的工作。綜合各方面考慮,選用智能型電機(jī)保護(hù)控制器3UF7,這樣不僅使設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單,而且后期維護(hù)量將大大減小,系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性得以提高[2]。
根據(jù)整體項(xiàng)目的工藝要求,采用PLC S7-300系列實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。S7-300作為主站,3UF7作為從站,通過(guò)PROFIBUS實(shí)現(xiàn)主從站之間數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。
2、SIMOCODE pro3UF7系統(tǒng)簡(jiǎn)介
2.1、SIMOCODE工作原理及功能簡(jiǎn)介
SIMOCODE pro3UF7是一種靈活的模塊化電機(jī)管理系統(tǒng),用于在低壓性能范圍內(nèi)的恒速電機(jī)。它優(yōu)化了PLC和電機(jī)起動(dòng)器之間的連接,提高了設(shè)備可用性,使系統(tǒng)的起動(dòng)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大大降低。當(dāng)SIMOCODE pro3UF7安裝在低壓配電柜中時(shí),可智能連接上位自動(dòng)化系統(tǒng)和電機(jī)起動(dòng)器,包括:(1)獨(dú)立于自動(dòng)化系統(tǒng)的多功能、固態(tài)全電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。(2)靈活的軟件取代了硬件對(duì)電機(jī)的控制。(3)詳細(xì)的運(yùn)行、維修和診斷數(shù)據(jù)。(4)通過(guò)Profibus-DP實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通信。
本項(xiàng)目中采用的SIMOCODE型號(hào)為3UF7,具體又分為pro C和pro V兩種類(lèi)型。pro V可以連接多達(dá)5個(gè)可選擴(kuò)展模塊,適用于信息量比較大的電機(jī)控制圖2控制系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)性好,由于本系統(tǒng)控制電機(jī)較少,根據(jù)具體需要使用第二種類(lèi)型,以達(dá)到既保持靈活性,又節(jié)省大量資金的目的??刂茊卧ㄟ^(guò)電流測(cè)量模塊(一般是電流互感器)采集主回路的三相電流信號(hào),通過(guò)分析該信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)是否運(yùn)行及是否正常工作,并通過(guò)內(nèi)部設(shè)置,達(dá)到當(dāng)電機(jī)在非正常狀態(tài)下工作的時(shí)候停機(jī)的要求。PLC控制系統(tǒng)則可以通過(guò)Profibus-DP總線方便地與基本控制單元進(jìn)行信息交換和控制,便于整個(gè)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測(cè)。另外,在電氣柜中配上簡(jiǎn)易操作面板,方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員的操作和查看,這樣幾個(gè)部分就組成了一套完整的電機(jī)控制系統(tǒng)。下面對(duì)每個(gè)組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹[3]。
1)電流測(cè)量模塊主要由一臺(tái)穿芯式電流互感器組成,根據(jù)測(cè)量范圍分為不同的型號(hào),可檢測(cè)0.3~630A的電流信號(hào),這個(gè)范圍足以滿足一般工業(yè)系統(tǒng)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電機(jī)電流過(guò)小(小于0.3A)的情況,如小型的閥門(mén)電機(jī),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(gè)輸入端,三個(gè)接觸器輸出端,RS-232以及Profibus-DP接口,三個(gè)狀態(tài)顯示燈及復(fù)位按鈕。如果選用V型,還可以增加擴(kuò)展模塊以實(shí)現(xiàn)更多的輸入輸出需要。
3)基本操作面板通過(guò)數(shù)據(jù)線與基本單元進(jìn)行連接,面板上包括五個(gè)可自由定義的按鈕及七個(gè)可自由定義的LED顯示燈,其功能均可通過(guò)軟件靈活修改。
4)專(zhuān)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(nèi)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(jiǎn)單。
這種馬達(dá)保護(hù)器的控制回路模式產(chǎn)生了三種控制方式:遠(yuǎn)程控制、面板控制及現(xiàn)場(chǎng)控制。本項(xiàng)目中采用的是遠(yuǎn)程優(yōu)先控制方式,也就是說(shuō)在遠(yuǎn)程不允許設(shè)備啟動(dòng)及通信故障的情況下,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)按鈕和面板按鈕是無(wú)法起動(dòng)電機(jī)的,這樣就可以有效防止現(xiàn)場(chǎng)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(diào)試軟件SIMOCODE ES
professional是西門(mén)子公司針對(duì)微控制器1微控制器2微控制器3微控制器4打印機(jī)以太網(wǎng)MPI按鈕故障狀態(tài)信號(hào)燈溫度壓力液位變頻器馬達(dá)保護(hù)器主機(jī)1主機(jī)234專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的調(diào)試軟件,可以對(duì)SIMOCODE pro進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、診斷和維護(hù)。最新版本的軟件還支持圖形編輯,使邏輯關(guān)系更加直觀,加快了設(shè)備調(diào)試的過(guò)程。調(diào)試人員對(duì)電機(jī)的控制和保護(hù)以及控制回路的連線都是通過(guò)SIMOCODE ES professional軟件實(shí)現(xiàn)的,在SIMOCODE ES中可以設(shè)置并調(diào)整電機(jī)保護(hù)和控制的所有參數(shù)。此軟件以前已經(jīng)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(yīng)用
3.1、硬件連線
如圖3所示是SIMOCODE pro C系統(tǒng)控制電機(jī)的硬件連線圖。基本單元的輸入端9、輸入端10分別為現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)按鈕、現(xiàn)場(chǎng)停止按鈕。輸出端2為電機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器。從圖3中可以看出來(lái),只有2吸合,電機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器KM1才能吸合,電機(jī)才能起動(dòng)。在DP通信電纜斷開(kāi),或者遠(yuǎn)程允許現(xiàn)場(chǎng)起動(dòng)的情況下,按下現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)啟按鈕或者面板啟動(dòng)按鈕都能起動(dòng)電機(jī)。
3.2、SIMOCODE pro3UF7參數(shù)配置
首次使用SIMOCODE pro3UF7搭建系統(tǒng)時(shí),必須通過(guò)SIMOCODE ES軟件對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。操作人員和維護(hù)人員通過(guò)西門(mén)子專(zhuān)用的通信電纜把PC機(jī)的串口和SIMOCODE pro3UF7的基本單元的系統(tǒng)接口連接,完成對(duì)基本單元的設(shè)備設(shè)置(設(shè)備號(hào)、站地址、速率)、過(guò)載保護(hù)(過(guò)載、電流設(shè)置、電流限值)、電機(jī)控制(時(shí)間、反饋、脫扣)以及監(jiān)控報(bào)警類(lèi)型(三相不平衡、過(guò)載、接地、PLC通信、DP總線診斷)等。操作和維護(hù)人員還可以在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行參數(shù)修改,監(jiān)視設(shè)備狀態(tài),讀到各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如啟動(dòng)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等。通過(guò)顯示所有運(yùn)行、維修和診斷數(shù)據(jù),SIMOCODE ES提供在故障情況下是否需要預(yù)防、維修或快速定位并糾正故障的重要信息。通過(guò)在線修改參數(shù)功能可以防止不必要的設(shè)備停機(jī)時(shí)間(即使在運(yùn)行期間)。集成在SIMOCODE ES中靈活的打印功能允許所有參數(shù)歸檔、文檔節(jié)選或參數(shù)修改。
4、結(jié)語(yǔ)
在該項(xiàng)目中采用智能型電機(jī)保護(hù)控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的各種復(fù)雜控制保護(hù),使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可靠性大大提高。通過(guò)總線把整個(gè)電機(jī)起動(dòng)器集成到過(guò)程控制中,大大降低了電機(jī)起動(dòng)器和PLC之間的接線費(fèi)用,減少了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)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(shù)量,因此降低了庫(kù)存管理的費(fèi)用以及可能的接線錯(cuò)誤。智能型電機(jī)保護(hù)控制器SIMOCODE pro所具有的獨(dú)特功能,在電機(jī)設(shè)備的控制及保護(hù)領(lǐng)域必將會(huì)得到更加廣泛的運(yùn)用。
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