閆紅剛 孟文喜

(焦作瑞豐紙業(yè)有限公司，河南焦作，454195)

焦作瑞豐紙業(yè)有限公司年產15萬t APMP楊木化機漿生產線，主要工藝設備是從奧地利安德里茨公司進口，是目前國內已投產的年產量最高的楊木化機漿生產線，也是安德里茨公司設計生產的第一條年產15萬t的生產線。本生產線電動機的配電保護系統(tǒng)，采用西門子公司的智能電動機保護模塊SIMOCODE，集散控制系統(tǒng) (DCS)采用了西門子公司的SIMATIC S7-400自動化控制軟件，對大部分低壓電動機進行智能馬達控制中心 (MCC)控制。生產線于2006年投產運行，通過幾年的生產應用，智能MCC系統(tǒng)取得了良好的使用效果和經濟效益。

1 APMP工藝流程簡介

木片倉出料螺旋送出的木片，經皮帶輸送到木片洗滌機，除去表面雜質的木片送至預浸漬器，充分浸漬化學藥品后，泵送到一段高濃磨漿機進行機械磨漿，磨后的漿料被送到高濃停留塔內完成漂白反應。漂白后的漿料經過螺旋壓榨機濃縮后，輸送至二段壓力式單圓盤磨漿機，磨后的精磨漿料泵送至消潛池、再泵送至篩選系統(tǒng)。篩選后的良漿進入多圓盤過濾機，濃縮脫水后經中濃泵送至中濃貯漿塔。

2 智能MCC系統(tǒng)配置

本工程中，大部分低壓電動機采用西門子公司智能MCC系統(tǒng)，配置SIMOCODE，通過PROFIBUS-DP總線方式與DCS相連;但少部分小功率的普通電動機和高壓電動機仍采用常規(guī)MCC系統(tǒng)，即通過硬接線的方式與DCS相連。

所有MCC柜統(tǒng)一布置在一個MCC室內:

(1)采用智能MCC系統(tǒng)控制的電動機為116臺，考慮20%的備用，配置140臺。

(2)采用普通MCC系統(tǒng)控制的普通電動機為16臺、高壓電動機為3臺，考慮20%的備用，配置20臺普通電動機。

(3)采用變頻控制方式的電動機為31臺。

采用智能MCC系統(tǒng)控制的每臺電動機設置的控制保護內容為:啟停控制信號、故障信號、電流信號、缺相保護、過載保護等。

電動機控制的總I/O點數(shù)為1200多點。

每條PROFIBUS-DP總線，理論上可以掛127臺設備 (電動機和REPEATER)，考慮到通信網絡的負載能力要適當冗余，實際按60臺電動機配置1條PROFIBUS-DP總線來考慮。本項目共配置4條PROFIBUS-DP總線。

智能MCC系統(tǒng)的組成:

(1)系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件包括 DCS工程師站、DCS控制器、SIMCODE、通信面板、REPEATER、DP通信線等組成。

(2)系統(tǒng)軟件

DCS控制系統(tǒng)采用西門子公司的SIMATIC S7-400自動化控制軟件，主要包括Win CC、STEP7、CFC、SFC、SIMOCODE等一系列應用程序。

3 智能MCC系統(tǒng)的應用

3.1 SIMOCODE的使用特點

SIMOCODE具有四路8A、AC250V觸點輸出和四路光隔離信號輸入功能，可以通過擴展模塊實現(xiàn)另外四路輸入和四路輸出?？刂破饔袃蓚€串行接口，一個用于PROFIBUS-DP總線連接，實現(xiàn)通信組網;另一個用于手持編程器或操作顯示模塊連接，用于控制器的參數(shù)設定和操作監(jiān)視?？刂破骶哂?.25～820 A的額定電流范圍，可減少產品選型的不便，從而節(jié)省了備件成本?？刂破鬏o助工作電源采用AC230V，采用電纜串孔連接方式，可導軌安裝和固定安裝。對于PROFIBUS-DP連接到基本單元的系統(tǒng)，總線終端使用帶內置總線終端電阻的標準9針SUB-D插頭，特別是采用MCC抽出單元設計的，可設置帶有內置電源的總線終端模塊，即使總線內最后單元抽出或損壞情況下，總線數(shù)據(jù)流也不會受其影響。SIMOCODE接線方式如圖1所示。

3.2 SIMOCODE的調試

工程中實現(xiàn)對140余臺電動機的各種性能參數(shù)設置和調試。對小功率電動機 (小于45 kW)、大功率電動機分別制定不同的監(jiān)控項目，對電動機超負荷幅度、超負荷時間、報警條件、跳閘條件等進行了優(yōu)化、細分。SIMOCODE的調試方法有兩種:通過Win-SIMOCODE或面板進行電動機參數(shù)設置、電流監(jiān)測、負荷保護、網絡通信功能設定等。SIMOCODE作為一個從站進行組態(tài)。使用PCS7-FB SIMOCODE，可簡單方便地把SIMOCODE集成至SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)。PCS7-FB SIMOCODE包含與 SIMATIC PCS 7的診斷和驅動概念相對應的診斷和驅動塊，以及操作員控制和過程監(jiān)控所需的元件 (符號和面板)。使用 CFC編輯器通過圖形互聯(lián)集成應用。PCS7-FB SIMOCODE的技術功能和信號處理功能基于SIMATIC PCS 7標準庫 (驅動塊，技術模塊)，并針對SIMOCODE優(yōu)化設計。程序采用CFC編程，調用專用的SIMOCODE模塊，各個SIMOCODE模塊總線地址唯一，并要與硬件組態(tài)時的地址相同，見圖2和圖3。

圖1 SIMOCODE接線原理圖

3.3 智能MCC系統(tǒng)的保護功能 (見圖4)

(1)SIMOCODE具有負荷過載、相故障和電流不平衡、閉鎖保護、電流限值等多項基本保護功能，SIMOCODE可以作為獨立的固態(tài)過載繼電器使用，而不必依賴外部系統(tǒng)。

(2)SIMOCODE具備電動機過熱保護功能，通過內置式熱敏電阻PTC、NTC或KTY(熱敏電阻檢測器)接在電動機繞組上測量溫度，且該溫度在SIMOCODE內部進行計算，對其溫度進行限值保護，無需增加計算設備，節(jié)省了配電盤內部空間，并且由于將熱敏電阻型溫度保護與電子延遲過載繼電器結合，可實現(xiàn)電動機完全過熱保護。

(3)SIMOCODE通過對三線制接線的電動機超過額定電流設定值 (Ie)30%的故障電流進行接地故障檢測，通過內部的接地故障檢測功能判斷是否存在接地現(xiàn)象。

(4)SIMOCODE也適用于精確的接地故障檢測，對于一臺電動機來說，有3個集成在內部的電流互感器，能夠通過3種電流不平衡檢測到可能的接地電流。也可以通過連接外部矢量和電流互感器檢測到接地電流，可以檢測到0.3～1 A的故障電流。

(5)SIMOCODE具有缺相、過壓、低壓、啟動時間過長、堵轉等保護作用。

(6)SIMOCODE發(fā)出的預警信號可通過報警或跳閘方式選擇處理，相對應指示燈閃爍。

(7)SIMOCODE發(fā)出的各種跳閘信號通過SIMOCODE的四路8A、AC250V觸點輸出，控制相應接觸器的線圈。

3.4 SIMOCODE數(shù)據(jù)統(tǒng)計與應用

通過Display/Diagnosis界面可以看到主回路的運行電流、設定電流、上次過載脫扣時的電流、剩余冷卻時間、啟動次數(shù)、設備合計運行小時數(shù)、過載脫扣的次數(shù)等，定期查看電動機數(shù)據(jù)，可以用于電動機的保養(yǎng)，預防性維護等工作。

3.5 使用智能MCC系統(tǒng)存在的問題及處理

由于智能MCC系統(tǒng)在焦作瑞豐紙業(yè)有限公司屬于首次使用，設備廠家在APMP制漿應用方面也沒有成熟的經驗，在系統(tǒng)調試過程中軟件組態(tài)、通信、以及設備單體調試走了一些彎路。設備投產后運行基本穩(wěn)定，出現(xiàn)的主要問題是:

(1)智能MCC系統(tǒng)的核心部件為電動機綜合保護模塊，其模塊的總線方式建議與DCS系統(tǒng)選用相同系列產品。同時對同一廠家的產品也要認真考察有無型號、通信模式、通信速度等區(qū)別，該公司在使用SIMOCODE時，個別SIMOCODE保護器選型不夠準確，不能發(fā)揮最佳的保護等功能，經過幾年的應用更新，目前已達到了最佳效果。

(2)智能MCC系統(tǒng)使用一根雙絞線實現(xiàn)了與DCS的通信，代替了通過DCS系統(tǒng)I/O模塊的控制電機模式，節(jié)省了較多的I/O輸入輸出模塊，取消了DCS系統(tǒng)和MCC系統(tǒng)大量控制線路設計和敷設;但由于單根通信線路出現(xiàn)故障時無法及時判斷通信故障，對通信線路采取了冗余線路的處理方式，保證了線路的正常運行。

(3)通信故障易造成設備停機。由于APMP生產控制邏輯連鎖較強，相關設備邏輯關聯(lián)較為復雜，生產初期階段由于通信故障造成多臺設備同時停機的現(xiàn)象時有發(fā)生，SIMOCODE與DCS系統(tǒng)通信中斷具體原因主要是接插件松動接觸不良造成，也有信號干擾等原因。故障發(fā)生后，采取了更換插件、通信端子特殊焊化處理及加強SIMOCODE與DCS系統(tǒng)間通信的抗干擾隔離措施，改進后系統(tǒng)運行正常，類似故障未再出現(xiàn)。

4 結語

焦作瑞豐紙業(yè)有限公司APMP楊木化機漿的DCS控制系統(tǒng)中通過采用智能MCC系統(tǒng)，以PROFIBUSDP總線方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬接線方式進行控制，以電動機保護模塊代替熱繼電器、塑殼開關等傳統(tǒng)保護形式，不僅大幅減小電動機控制中心的占用面積，同時大量減少了二次保護線路的線路設計、敷設、選配等投資，降低了綜合投資使用成本;在DCS上通過對智能MCC網絡的監(jiān)控，實現(xiàn)了對電動機運行狀況的及時全面掌握;借助故障預報警，減少故障停機次數(shù)，全面提高了企業(yè)自動化水平和生產效率。

［1］ 西門子公司．SIMAYIC WinCC組態(tài)手冊［S］．1999．

［2］ 西門子公司．Getting Started SIMOCODE-DP［S］．2004．