電機(jī)管理控制單元SIMOCODE-DP網(wǎng)絡(luò)通訊瞬時(shí)故障處理

摘要：西門子產(chǎn)的電機(jī)管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5主要應(yīng)用于低壓電機(jī)的控制和保護(hù)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的低壓電機(jī)控制和保護(hù)系統(tǒng)相比，大大簡(jiǎn)化了控制回路，便于實(shí)現(xiàn)保護(hù)智能化和集散控制。但是，這也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)部分SIMOCODE-DP 3UF5控制單元與上位系統(tǒng)通訊瞬時(shí)中斷故障，本文將詳細(xì)介紹這種故障的分析和處理過(guò)程。

關(guān)鍵詞：低壓電機(jī)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(wù)于冶金、化工、電子等各大行業(yè)，提供氧氣、氮?dú)?、氬氣及其它稀有氣體產(chǎn)品，對(duì)裝置的可靠性要求非常高?？辗盅b置設(shè)備布局集中、工藝控制及連鎖點(diǎn)非常多、低壓電氣設(shè)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(shè)備多采取微機(jī)化單元來(lái)就地保護(hù)，同時(shí)與上位系統(tǒng)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

本文以西門子產(chǎn)的低壓電機(jī)管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5為例，詳細(xì)介紹它在空分裝置中的應(yīng)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(lǐng)，重點(diǎn)介紹SIMOCODE-DP 3UF5單元與上位系統(tǒng)通訊瞬時(shí)中斷故障的分析過(guò)程和解決辦法。

1.SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)概述及應(yīng)用

1.1SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)概述

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

利用PROFIBUS-DP通訊電纜將各個(gè)SIMOCODE-DP單元串聯(lián)起來(lái)，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(gè)SIMOCODE-DP網(wǎng)段。根據(jù)低壓負(fù)荷的SIMOCODE-DP控制回路數(shù)量，可以將他們分成若干個(gè)網(wǎng)段來(lái)與上位系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備就構(gòu)成了一套能夠遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)的SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)。

1.2 SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)在空分裝置中的應(yīng)用

在空氣分離裝置中，主要設(shè)備包括壓縮機(jī)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(chǔ)系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)等，在這些機(jī)組和系統(tǒng)中分布著各類低壓電機(jī)、風(fēng)機(jī)及加熱單元等。在這些低壓負(fù)荷上安裝一種管理控制單元，既可以讓這些負(fù)荷與裝置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、連鎖及信息上傳等功能，又具備就地電氣保護(hù)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(yīng)用，其管理控制的負(fù)荷類型包括單速電機(jī)、雙速電機(jī)、發(fā)電機(jī)、加熱器、電動(dòng)閥等。典型的SIMOCODE-DP 3UF5單元應(yīng)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(gè)SIMOCODE-DP 3UF5單元控制的低壓回路，另外有17個(gè)備用回路。這些回路分成兩個(gè)網(wǎng)段，第一個(gè)網(wǎng)段上有30個(gè)回路，第二個(gè)網(wǎng)段上有23個(gè)回路，其中備用回路都在第二個(gè)網(wǎng)段。在安裝調(diào)試過(guò)程中，參數(shù)設(shè)置、程序組態(tài)及通訊電纜敷設(shè)搭接等工作均嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，投運(yùn)后整個(gè)SIMOCODE-DP 3UF5系統(tǒng)運(yùn)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(luò)圖如圖3所示。

2.SIMOCODE-DP網(wǎng)絡(luò)通訊瞬時(shí)故障現(xiàn)象及分析

2.1網(wǎng)絡(luò)通訊瞬時(shí)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(yùn)行可靠穩(wěn)定。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，最近該系統(tǒng)的BUS1網(wǎng)段出現(xiàn)了兩次通訊瞬時(shí)中斷故障導(dǎo)致部分SIMOCODE-DP單元回路離線的情況。故障的現(xiàn)象是：當(dāng)該網(wǎng)段中某一個(gè)SIMOCODE-DP單元出現(xiàn)通訊瞬時(shí)中斷時(shí)，其后端至終端電阻間的全部SIMOCODE-DP單元回路會(huì)隨之離線，在DCS系統(tǒng)上逐個(gè)復(fù)位后即可恢復(fù)至在線狀態(tài)。

2.2故障原因的分析過(guò)程

SIMOCODE-DP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)通訊故障，尤其是網(wǎng)段上某個(gè)單元瞬間通訊故障，查找故障原因和消除故障會(huì)比較困難。經(jīng)過(guò)分析，計(jì)劃從網(wǎng)段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、SIMOCODE-DP單元參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)接線完好性和在線監(jiān)測(cè)通訊質(zhì)量等方面去查找原因。

根據(jù)SIMOCODE-DP應(yīng)用規(guī)則來(lái)看，每個(gè)DP線上的從站數(shù)量最多是122個(gè)，每個(gè)DP線上最多可以帶10個(gè)網(wǎng)段（串聯(lián)9個(gè)中繼器及通訊電源），每個(gè)網(wǎng)段包括中繼器最多可以帶32個(gè)從站。SIMOCODE-DP單元通訊速率設(shè)定在500 KBit/S時(shí)，網(wǎng)段內(nèi)所有分支DP電纜的總長(zhǎng)不能超過(guò)30米。DP電纜在敷設(shè)時(shí)與電力電纜要分開(kāi)，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(gè)從站，完全符合規(guī)則;這條DP線上有兩個(gè)網(wǎng)段，分別帶30個(gè)和23個(gè)從站，符合規(guī)則;BUS1網(wǎng)段上DP電纜總長(zhǎng)未超過(guò)30米，符合規(guī)則;這些DP電纜的敷設(shè)和連接符合規(guī)范，屏蔽層接地電阻值滿足儀表接地標(biāo)準(zhǔn)。

為了掌握SIMOCODE-DP系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，采用PROFIBUS測(cè)試儀器監(jiān)測(cè)各網(wǎng)段通訊數(shù)據(jù)，發(fā)生故障的BUS1網(wǎng)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和波形如圖4所示。圖中的紅色基準(zhǔn)線是可以接受的通訊電壓，低于該基準(zhǔn)線則可能出現(xiàn)通訊瞬時(shí)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(shí)可能會(huì)再次出現(xiàn)通訊瞬時(shí)故障。

3.SIMOCODE-DP網(wǎng)絡(luò)通訊瞬時(shí)故障解決方法

這套裝置的低壓SIMOCODE-DP系統(tǒng)，雖然從設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)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(gè)網(wǎng)段，同時(shí)將所有的通訊電纜換成新的，按新網(wǎng)絡(luò)圖安裝接線，最后再監(jiān)測(cè)三個(gè)新網(wǎng)段通訊數(shù)據(jù)。BUS1網(wǎng)段拆分后的三個(gè)新網(wǎng)段分別帶了12個(gè)、10個(gè)和8個(gè)從站，新增兩個(gè)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(luò)圖如圖5所示。

首先將新的通訊電纜敷設(shè)到位，兩個(gè)Y-Link和Repeater安裝在IC9401柜子中，等檢修時(shí)先拆除舊的通訊電纜，再按新網(wǎng)段拓?fù)鋱D逐個(gè)接線，最后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試。裝置恢復(fù)運(yùn)行后，利用PROFIBUS測(cè)試儀器對(duì)三個(gè)新網(wǎng)段通訊進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)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(yùn)行至今，該SIMOCODE-DP系統(tǒng)再?zèng)]有出現(xiàn)通訊瞬時(shí)故障。

4結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的低壓電機(jī)控制系統(tǒng)相比，SIMOCODE-DP電機(jī)管理控制系統(tǒng)具有接線集成化、故障率低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但也存在易干擾、隨機(jī)故障排查困難等缺點(diǎn)。因此，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)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(dāng)改進(jìn)方案執(zhí)行完畢后，需要獲取數(shù)據(jù)及時(shí)驗(yàn)證方案的預(yù)期目標(biāo)是否達(dá)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(yīng)用和其網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)通訊故障處理過(guò)程獲取的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)，與大家分享，希望在類似的工作中能起到借鑒作用。

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

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