摘要：西門子產(chǎn)的電機管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5主要應用于低壓電機的控制和保護領域，與傳統(tǒng)的低壓電機控制和保護系統(tǒng)相比，大大簡化了控制回路，便于實現(xiàn)保護智能化和集散控制。但是，這也帶來了一些新的問題，會出現(xiàn)部分SIMOCODE-DP 3UF5控制單元與上位系統(tǒng)通訊瞬時中斷故障，本文將詳細介紹這種故障的分析和處理過程。

關鍵詞：低壓電機管理控制; SIMOCODE-DP 3UF5; PROFIBUS DP;通訊故障

引言

空氣分離裝置廣泛服務于冶金、化工、電子等各大行業(yè)，提供氧氣、氮氣、氬氣及其它稀有氣體產(chǎn)品，對裝置的可靠性要求非常高。空分裝置設備布局集中、工藝控制及連鎖點非常多、低壓電氣設備較多，其控制多采用DCS控制系統(tǒng)集散控制形式，低壓電氣設備多采取微機化單元來就地保護，同時與上位系統(tǒng)通信來實現(xiàn)遠程控制。

本文以西門子產(chǎn)的低壓電機管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5為例，詳細介紹它在空分裝置中的應用情況，其自身組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及與上位系統(tǒng)的通訊方式，單元本體的組態(tài)和上位系統(tǒng)的組態(tài)要領，重點介紹SIMOCODE-DP 3UF5單元與上位系統(tǒng)通訊瞬時中斷故障的分析過程和解決辦法。

1.SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)概述及應用

1.1SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)概述

一個SIMOCODE-DP 3UF5單元通常是由基本單元、擴展模塊和控制模塊三部分組成，可以實現(xiàn)基本的電機保護和遠程控制功能。SIMOCODE-DP 3UF5單元控制模塊上帶有RS232編程接口，通過編程電纜與裝有Win-SIMOCODE-DP專業(yè)版軟件的電腦連接，可以設定各類參數(shù)并上傳到控制模塊，也可以下載設定參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控狀態(tài)等。

利用PROFIBUS-DP通訊電纜將各個SIMOCODE-DP單元串聯(lián)起來，一端接RS485中繼器與上位控制系統(tǒng)連接，另一端接終端電阻，這樣即形成了一個SIMOCODE-DP網(wǎng)段。根據(jù)低壓負荷的SIMOCODE-DP控制回路數(shù)量，可以將他們分成若干個網(wǎng)段來與上位系統(tǒng)進行通訊，這樣所有的SIMOCODE-DP單元、PROFIBUS-DP通訊電纜和其它通訊附屬設備就構(gòu)成了一套能夠遠程控制監(jiān)測的SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)。

1.2 SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)在空分裝置中的應用

在空氣分離裝置中，主要設備包括壓縮機組、分子篩系統(tǒng)、空冷水冷系統(tǒng)、低溫分離冷箱、液體產(chǎn)品存儲系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)等，在這些機組和系統(tǒng)中分布著各類低壓電機、風機及加熱單元等。在這些低壓負荷上安裝一種管理控制單元，既可以讓這些負荷與裝置控制系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制、連鎖及信息上傳等功能，又具備就地電氣保護和狀態(tài)顯示功能。本文里描述的是SIMOCODE-DP 3UF5單元在西門子PCS7系統(tǒng)控制的空分裝置中典型應用，其管理控制的負荷類型包括單速電機、雙速電機、發(fā)電機、加熱器、電動閥等。典型的SIMOCODE-DP 3UF5單元應用電路圖如圖2所示。

某公司的一套40000m3/h空分裝置中，共有36個SIMOCODE-DP 3UF5單元控制的低壓回路，另外有17個備用回路。這些回路分成兩個網(wǎng)段，第一個網(wǎng)段上有30個回路，第二個網(wǎng)段上有23個回路，其中備用回路都在第二個網(wǎng)段。在安裝調(diào)試過程中，參數(shù)設置、程序組態(tài)及通訊電纜敷設搭接等工作均嚴格按照技術(shù)規(guī)范進行作業(yè)，投運后整個SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)運行穩(wěn)定，與上位PCS7系統(tǒng)通訊也很穩(wěn)定。這套空分裝置的SIMOCODE-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡圖如圖3所示。

2.SIMOCODE-DP網(wǎng)絡通訊瞬時故障現(xiàn)象及分析

2.1網(wǎng)絡通訊瞬時故障的現(xiàn)象

在這套40000m3/h空分裝置投產(chǎn)后，低壓SIMOCODE-DP系統(tǒng)均運行可靠穩(wěn)定。隨著設備運行時間延長，最近該系統(tǒng)的BUS1網(wǎng)段出現(xiàn)了兩次通訊瞬時中斷故障導致部分SIMOCODE-DP單元回路離線的情況。故障的現(xiàn)象是：當該網(wǎng)段中某一個SIMOCODE-DP單元出現(xiàn)通訊瞬時中斷時，其后端至終端電阻間的全部SIMOCODE-DP單元回路會隨之離線，在DCS系統(tǒng)上逐個復位后即可恢復至在線狀態(tài)。

2.2故障原因的分析過程

SIMOCODE-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡出現(xiàn)通訊故障，尤其是網(wǎng)段上某個單元瞬間通訊故障，查找故障原因和消除故障會比較困難。經(jīng)過分析，計劃從網(wǎng)段結(jié)構(gòu)設計、SIMOCODE-DP單元參數(shù)設置、系統(tǒng)接線完好性和在線監(jiān)測通訊質(zhì)量等方面去查找原因。

根據(jù)SIMOCODE-DP應用規(guī)則來看，每個DP線上的從站數(shù)量最多是122個，每個DP線上最多可以帶10個網(wǎng)段（串聯(lián)9個中繼器及通訊電源），每個網(wǎng)段包括中繼器最多可以帶32個從站。SIMOCODE-DP單元通訊速率設定在500 KBit/S時，網(wǎng)段內(nèi)所有分支DP電纜的總長不能超過30米。DP電纜在敷設時與電力電纜要分開，接線端部的屏蔽層必須可靠接地。這套裝置上SIMOCODE-DP系統(tǒng)有53個從站，完全符合規(guī)則;這條DP線上有兩個網(wǎng)段，分別帶30個和23個從站，符合規(guī)則;BUS1網(wǎng)段上DP電纜總長未超過30米，符合規(guī)則;這些DP電纜的敷設和連接符合規(guī)范，屏蔽層接地電阻值滿足儀表接地標準。

為了掌握SIMOCODE-DP系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，采用PROFIBUS測試儀器監(jiān)測各網(wǎng)段通訊數(shù)據(jù)，發(fā)生故障的BUS1網(wǎng)段監(jiān)測數(shù)據(jù)和波形如圖4所示。圖中的紅色基準線是可以接受的通訊電壓，低于該基準線則可能出現(xiàn)通訊瞬時中斷;地址為82的SIMOCODE-DP單元通訊電壓偏低，波形也不規(guī)則。這些數(shù)據(jù)證明了該網(wǎng)段的通訊存在明顯的缺陷，隨時可能會再次出現(xiàn)通訊瞬時故障。

3.SIMOCODE-DP網(wǎng)絡通訊瞬時故障解決方法

這套裝置的低壓SIMOCODE-DP系統(tǒng)，雖然從設計和安裝都符合規(guī)范，但BUS1網(wǎng)段上從站數(shù)量較多，隨著運行時間的延長，PROFIBUS-DP通訊電纜逐漸老化阻抗增大，這都是網(wǎng)段偶爾出現(xiàn)通訊瞬時故障的可能原因。因此，確定的解決辦法是將該網(wǎng)段拆分成三個網(wǎng)段，同時將所有的通訊電纜換成新的，按新網(wǎng)絡圖安裝接線，最后再監(jiān)測三個新網(wǎng)段通訊數(shù)據(jù)。BUS1網(wǎng)段拆分后的三個新網(wǎng)段分別帶了12個、10個和8個從站，新增兩個網(wǎng)段所需的Y-Link和Repeater均安裝在IC9401接口柜，新的SIMOCODE-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡圖如圖5所示。

首先將新的通訊電纜敷設到位，兩個Y-Link和Repeater安裝在IC9401柜子中，等檢修時先拆除舊的通訊電纜，再按新網(wǎng)段拓撲圖逐個接線，最后進行網(wǎng)絡調(diào)試。裝置恢復運行后，利用PROFIBUS測試儀器對三個新網(wǎng)段通訊進行了監(jiān)測，監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)如圖6所示。該網(wǎng)段拆分前后的通訊數(shù)據(jù)可以清晰看出拆分后通訊質(zhì)量有顯著改善，改造后運行至今，該SIMOCODE-DP系統(tǒng)再沒有出現(xiàn)通訊瞬時故障。

4結(jié)束語

與傳統(tǒng)的低壓電機控制系統(tǒng)相比，SIMOCODE-DP電機管理控制系統(tǒng)具有接線集成化、故障率低、維護方便等優(yōu)點，但也存在易干擾、隨機故障排查困難等缺點。因此，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，設備維護人員應理清思路，想辦法獲取盡可能多的數(shù)據(jù)和記錄，將分析出的可能原因逐條論證排除，最終確定故障的根本原因，隨后確定解決方案。當改進方案執(zhí)行完畢后，需要獲取數(shù)據(jù)及時驗證方案的預期目標是否達成，最后做好總結(jié)和歸檔工作。本文將SIMOCODE-DP系統(tǒng)在空分裝置中的應用和其網(wǎng)絡瞬時通訊故障處理過程獲取的經(jīng)驗總結(jié)出來，與大家分享，希望在類似的工作中能起到借鑒作用。

作者簡介：張成（1982-），男，碩士，工程師，2003年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學自動化專業(yè)，現(xiàn)從事空分裝置設備管理工作。

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