电机保护控制器(马达保护器)在供热控制系统中的应用

作者：马达保护器时间：2019-05-10 20:44浏览：次

0、引言
    现代化生产的自动化水平不断提高,对电机管理系统的要求也越来越高,随着控制器和电子技术的飞速发展,出现了带有微处理器的智能化电机管理系统。这些系统不仅能对电动机进行保护,还具有测量、控制和通信功能[1]。
   本文结合某煤矿居民区的供热控制系统的开发实例,介绍了在控制系统中采用西门子的智能型电机保护控制器SIMOCODE pro3UF7作为水泵电机的保护控制单元(MCU),它具有PROFIBUS总线接口,是以西门子公司S7-300系列产品为系统核心组成的计算机监控系统。因篇幅有限,从项目实际应用方面,本文就该智能型电机保护控制器在该项目中的应用及常见问题作一简单介绍。
1、控制系统概述
   供热控制系统示意图

如图1所示,本系统为可编程逻辑控制器(PLC)的实时设备监控系统,控制对象是某居民小区的供热系统,对循环水泵、补水泵进行PLC的定时启、停控制。控制系统包括主、备用泵的定时切换、循环泵的温度启停,水泵前端的水流信号和压力信号的检测和报警,出水口的温度信号检测和调节,流量的统计,设备故障报警以及上位机的监控等信息。
    循环泵电机采用恒频控制,系统根据水池温度的高低来控制循环水泵电机的启停。根据水泵的控制及保护方面的要求,要对电机的过载、缺相、接地、堵转、运行时间等故障及参数作判断并记录。如果采取传统的过热继电器和时间继电器等来控制,通过开关量上传,造成控制电缆消耗量偏大,造成人员、资金的浪费。将使得设计、施工太繁琐,也将导致后期故障率太高,给后期维护造成大量的工作。综合各方面考虑,选用智能型电机保护控制器3UF7,这样不仅使设计、施工简单,而且后期维护量将大大减小,系统稳定性、可靠性得以提高[2]。
   根据整体项目的工艺要求,采用PLC S7-300系列实现全系统的自动化控制。S7-300作为主站,3UF7作为从站,通过PROFIBUS实现主从站之间数据通信。系统硬件组成如图2所示。
    控制系统硬件组成图

2、SIMOCODE pro3UF7系统简介
2.1、SIMOCODE工作原理及功能简介
    SIMOCODE pro3UF7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。当SIMOCODE pro3UF7安装在低压配电柜中时,可智能连接上位自动化系统和电机起动器,包括:(1)独立于自动化系统的多功能、固态全电机保护系统。(2)灵活的软件取代了硬件对电机的控制。(3)详细的运行、维修和诊断数据。(4)通过Profibus-DP实现标准的、开放式现场总线系统通信。
     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。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图2控制系统硬件组成图单元,而pro C只能使用基本单元的接口,但pro C经济性好,由于本系统控制电机较少,根据具体需要使用第二种类型,以达到既保持灵活性,又节省大量资金的目的。控制单元通过电流测量模块(一般是电流互感器)采集主回路的三相电流信号,通过分析该信号来监测电机是否运行及是否正常工作,并通过内部设置,达到当电机在非正常状态下工作的时候停机的要求。PLC控制系统则可以通过Profibus-DP总线方便地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,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。下面对每个组成部分进行简单介绍[3]。
     1)电流测量模块主要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0.3～630A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)基本操作面板通过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)专用PC电缆将电脑与基本单元或操作面板连接后即可上传、下载及修改内部程序,目前使用软件为SIMOCODE ES professional2004+sp3,该软件界面友好,采用图形方式编程,直观简单。
    这种马达保护器的控制回路模式产生了三种控制方式:远程控制、面板控制及现场控制。本项目中采用的是远程优先控制方式,也就是说在远程不允许设备启动及通信故障的情况下,通过现场按钮和面板按钮是无法起动电机的,这样就可以有效防止现场误操作。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。
2.2、SIMOCODE ES调试软件SIMOCODE ES
    professional是西门子公司针对微控制器1微控制器2微控制器3微控制器4打印机以太网MPI按钮故障状态信号灯温度压力液位变频器马达保护器主机1主机234专门开发的调试软件,可以对SIMOCODE pro进行参数设置、诊断和维护。最新版本的软件还支持图形编辑,使逻辑关系更加直观,加快了设备调试的过程。调试人员对电机的控制和保护以及控制回路的连线都是通过SIMOCODE ES professional软件实现的,在SIMOCODE ES中可以设置并调整电机保护和控制的所有参数。此软件以前已经有很多版本,目前广泛使用的是2007版(附有图形编辑功能)[4]。
3、SIMOCODE pro3UF7的应用
  3.1、硬件连线     如图3所示是SIMOCODE pro C系统控制电机的硬件连线图。基本单元的输入端9、输入端10分别为现场启动按钮、现场停止按钮。输出端2为电机驱动继电器。从图3中可以看出来,只有2吸合,电机驱动继电器KM1才能吸合,电机才能起动。在DP通信电缆断开,或者远程允许现场起动的情况下,按下现场开启按钮或者面板启动按钮都能起动电机。
   控制电机硬件连线图

3.2、SIMOCODE pro3UF7参数配置
     首次使用SIMOCODE pro3UF7搭建系统时,必须通过SIMOCODE ES软件对系统参数进行设定。操作人员和维护人员通过西门子专用的通信电缆把PC机的串口和SIMOCODE pro3UF7的基本单元的系统接口连接,完成对基本单元的设备设置(设备号、站地址、速率)、过载保护(过载、电流设置、电流限值)、电机控制(时间、反馈、脱扣)以及监控报警类型(三相不平衡、过载、接地、PLC通信、DP总线诊断)等。操作和维护人员还可以在运行过程中进行参数修改,监视设备状态,读到各种统计数据如启动次数、运行时间等。通过显示所有运行、维修和诊断数据,SIMOCODE ES提供在故障情况下是否需要预防、维修或快速定位并纠正故障的重要信息。通过在线修改参数功能可以防止不必要的设备停机时间(即使在运行期间)。集成在SIMOCODE ES中灵活的打印功能允许所有参数归档、文档节选或参数修改。
   4、结语
    在该项目中采用智能型电机保护控制器实现电机的各种复杂控制保护,使现场设备可靠性大大提高。通过总线把整个电机起动器集成到过程控制中,大大降低了电机起动器和PLC之间的接线费用,减少了现场维护的工作量。用软件替换控制电路硬件,减少所需的硬件零件和接线数量,因此降低了库存管理的费用以及可能的接线错误。智能型电机保护控制器SIMOCODE pro所具有的独特功能,在电机设备的控制及保护领域必将会得到更加广泛的运用。
  参考文献：
[1]郭玉萍,郭其一,黄世泽.SIMOCODE pro3UF7智能型电机管理系统及应用[J].建筑电气,2009(12):53-55.
[2]祁卫玺.智能型电机保护控制器在企业生产中的应用[J].电气传动自动化,2009,31(4):53-55.
[3]李红陵,王力.智能型电机保护控制器在沙特TAHAMAH水泥厂5000t/d熟料线中的应用[J].水泥工程,2008(4):66-68.
[4]陈作炳,李立峰.西门子SIMOCODE在水泥厂电机保护和控制中的应用[J].电机与控制应用,2008,35(5):50-52.

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