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(chǎn)15萬(wàn)t APMP楊木化機(jī)漿生產(chǎn)線，主要工藝設(shè)備是從奧地利安德里茨公司進(jìn)口，是目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的年產(chǎn)量最高的楊木化機(jī)漿生產(chǎn)線，也是安德里茨公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的第一條年產(chǎn)15萬(wàn)t的生產(chǎn)線。本生產(chǎn)線電動(dòng)機(jī)的配電保護(hù)系統(tǒng)，采用西門(mén)子公司的智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)模塊SIMOCODE，集散控制系統(tǒng) (DCS)采用了西門(mén)子公司的SIMATIC S7-400自動(dòng)化控制軟件，對(duì)大部分低壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行智能馬達(dá)控制中心 (MCC)控制。生產(chǎn)線于2006年投產(chǎn)運(yùn)行，通過(guò)幾年的生產(chǎn)應(yīng)用，智能MCC系統(tǒng)取得了良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 APMP工藝流程簡(jiǎn)介

木片倉(cāng)出料螺旋送出的木片，經(jīng)皮帶輸送到木片洗滌機(jī)，除去表面雜質(zhì)的木片送至預(yù)浸漬器，充分浸漬化學(xué)藥品后，泵送到一段高濃磨漿機(jī)進(jìn)行機(jī)械磨漿，磨后的漿料被送到高濃停留塔內(nèi)完成漂白反應(yīng)。漂白后的漿料經(jīng)過(guò)螺旋壓榨機(jī)濃縮后，輸送至二段壓力式單圓盤(pán)磨漿機(jī)，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(jìn)入多圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)，濃縮脫水后經(jīng)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(dòng)機(jī)采用西門(mén)子公司智能MCC系統(tǒng)，配置SIMOCODE，通過(guò)PROFIBUS-DP總線方式與DCS相連;但少部分小功率的普通電動(dòng)機(jī)和高壓電動(dòng)機(jī)仍采用常規(guī)MCC系統(tǒng)，即通過(guò)硬接線的方式與DCS相連。

所有MCC柜統(tǒng)一布置在一個(gè)MCC室內(nèi):

(1)采用智能MCC系統(tǒng)控制的電動(dòng)機(jī)為116臺(tái)，考慮20%的備用，配置140臺(tái)。

(2)采用普通MCC系統(tǒng)控制的普通電動(dòng)機(jī)為16臺(tái)、高壓電動(dòng)機(jī)為3臺(tái)，考慮20%的備用，配置20臺(tái)普通電動(dòng)機(jī)。

(3)采用變頻控制方式的電動(dòng)機(jī)為31臺(tái)。

采用智能MCC系統(tǒng)控制的每臺(tái)電動(dòng)機(jī)設(shè)置的控制保護(hù)內(nèi)容為:啟停控制信號(hào)、故障信號(hào)、電流信號(hào)、缺相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。

電動(dòng)機(jī)控制的總I/O點(diǎn)數(shù)為1200多點(diǎn)。

每條PROFIBUS-DP總線，理論上可以掛127臺(tái)設(shè)備 (電動(dòng)機(jī)和REPEATER)，考慮到通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力要適當(dāng)冗余，實(shí)際按60臺(tái)電動(dòng)機(jī)配置1條PROFIBUS-DP總線來(lái)考慮。本項(xiàng)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(mén)子公司的SIMATIC S7-400自動(dòng)化控制軟件，主要包括Win CC、STEP7、CFC、SFC、SIMOCODE等一系列應(yīng)用程序。

3 智能MCC系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 SIMOCODE的使用特點(diǎn)

SIMOCODE具有四路8A、AC250V觸點(diǎn)輸出和四路光隔離信號(hào)輸入功能，可以通過(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)另外四路輸入和四路輸出?？刂破饔袃蓚€(gè)串行接口，一個(gè)用于PROFIBUS-DP總線連接，實(shí)現(xiàn)通信組網(wǎng);另一個(gè)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(shè)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(chǎn)品選型的不便，從而節(jié)省了備件成本。控制器輔助工作電源采用AC230V，采用電纜串孔連接方式，可導(dǎo)軌安裝和固定安裝。對(duì)于PROFIBUS-DP連接到基本單元的系統(tǒng)，總線終端使用帶內(nèi)置總線終端電阻的標(biāo)準(zhǔn)9針SUB-D插頭，特別是采用MCC抽出單元設(shè)計(jì)的，可設(shè)置帶有內(nèi)置電源的總線終端模塊，即使總線內(nèi)最后單元抽出或損壞情況下，總線數(shù)據(jù)流也不會(huì)受其影響。SIMOCODE接線方式如圖1所示。

3.2 SIMOCODE的調(diào)試

工程中實(shí)現(xiàn)對(duì)140余臺(tái)電動(dòng)機(jī)的各種性能參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。對(duì)小功率電動(dòng)機(jī) (小于45 kW)、大功率電動(dòng)機(jī)分別制定不同的監(jiān)控項(xiàng)目，對(duì)電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷幅度、超負(fù)荷時(shí)間、報(bào)警條件、跳閘條件等進(jìn)行了優(yōu)化、細(xì)分。SIMOCODE的調(diào)試方法有兩種:通過(guò)Win-SIMOCODE或面板進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置、電流監(jiān)測(cè)、負(fù)荷保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通信功能設(shè)定等。SIMOCODE作為一個(gè)從站進(jìn)行組態(tài)。使用PCS7-FB SIMOCODE，可簡(jiǎn)單方便地把SIMOCODE集成至SIMATIC PCS 7過(guò)程控制系統(tǒng)。PCS7-FB SIMOCODE包含與 SIMATIC PCS 7的診斷和驅(qū)動(dòng)概念相對(duì)應(yīng)的診斷和驅(qū)動(dòng)塊，以及操作員控制和過(guò)程監(jiān)控所需的元件 (符號(hào)和面板)。使用 CFC編輯器通過(guò)圖形互聯(lián)集成應(yīng)用。PCS7-FB SIMOCODE的技術(shù)功能和信號(hào)處理功能基于SIMATIC PCS 7標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) (驅(qū)動(dòng)塊，技術(shù)模塊)，并針對(duì)SIMOCODE優(yōu)化設(shè)計(jì)。程序采用CFC編程，調(diào)用專用的SIMOCODE模塊，各個(gè)SIMOCODE模塊總線地址唯一，并要與硬件組態(tài)時(shí)的地址相同，見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 SIMOCODE接線原理圖

3.3 智能MCC系統(tǒng)的保護(hù)功能 (見(jiàn)圖4)

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

(2)SIMOCODE具備電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)功能，通過(guò)內(nèi)置式熱敏電阻PTC、NTC或KTY(熱敏電阻檢測(cè)器)接在電動(dòng)機(jī)繞組上測(cè)量溫度，且該溫度在SIMOCODE內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其溫度進(jìn)行限值保護(hù)，無(wú)需增加計(jì)算設(shè)備，節(jié)省了配電盤(pán)內(nèi)部空間，并且由于將熱敏電阻型溫度保護(hù)與電子延遲過(guò)載繼電器結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)完全過(guò)熱保護(hù)。

(3)SIMOCODE通過(guò)對(duì)三線制接線的電動(dòng)機(jī)超過(guò)額定電流設(shè)定值 (Ie)30%的故障電流進(jìn)行接地故障檢測(cè)，通過(guò)內(nèi)部的接地故障檢測(cè)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(cè)，對(duì)于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，有3個(gè)集成在內(nèi)部的電流互感器，能夠通過(guò)3種電流不平衡檢測(cè)到可能的接地電流。也可以通過(guò)連接外部矢量和電流互感器檢測(cè)到接地電流，可以檢測(cè)到0.3～1 A的故障電流。

(5)SIMOCODE具有缺相、過(guò)壓、低壓、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)作用。

(6)SIMOCODE發(fā)出的預(yù)警信號(hào)可通過(guò)報(bào)警或跳閘方式選擇處理，相對(duì)應(yīng)指示燈閃爍。

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

3.4 SIMOCODE數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用

通過(guò)Display/Diagnosis界面可以看到主回路的運(yùn)行電流、設(shè)定電流、上次過(guò)載脫扣時(shí)的電流、剩余冷卻時(shí)間、啟動(dòng)次數(shù)、設(shè)備合計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)、過(guò)載脫扣的次數(shù)等，定期查看電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，可以用于電動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)，預(yù)防性維護(hù)等工作。

3.5 使用智能MCC系統(tǒng)存在的問(wèn)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(shè)備廠家在APMP制漿應(yīng)用方面也沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中軟件組態(tài)、通信、以及設(shè)備單體調(diào)試走了一些彎路。設(shè)備投產(chǎn)后運(yùn)行基本穩(wěn)定，出現(xiàn)的主要問(wèn)題是:

(1)智能MCC系統(tǒng)的核心部件為電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)模塊，其模塊的總線方式建議與DCS系統(tǒng)選用相同系列產(chǎn)品。同時(shí)對(duì)同一廠家的產(chǎn)品也要認(rèn)真考察有無(wú)型號(hào)、通信模式、通信速度等區(qū)別，該公司在使用SIMOCODE時(shí)，個(gè)別SIMOCODE保護(hù)器選型不夠準(zhǔn)確，不能發(fā)揮最佳的保護(hù)等功能，經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用更新，目前已達(dá)到了最佳效果。

(2)智能MCC系統(tǒng)使用一根雙絞線實(shí)現(xiàn)了與DCS的通信，代替了通過(guò)DCS系統(tǒng)I/O模塊的控制電機(jī)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(shè)計(jì)和敷設(shè);但由于單根通信線路出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法及時(shí)判斷通信故障，對(duì)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(yùn)行。

(3)通信故障易造成設(shè)備停機(jī)。由于APMP生產(chǎn)控制邏輯連鎖較強(qiáng)，相關(guān)設(shè)備邏輯關(guān)聯(lián)較為復(fù)雜，生產(chǎn)初期階段由于通信故障造成多臺(tái)設(shè)備同時(shí)停機(jī)的現(xiàn)象時(shí)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(dòng)接觸不良造成，也有信號(hào)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(qiáng)SIMOCODE與DCS系統(tǒng)間通信的抗干擾隔離措施，改進(jìn)后系統(tǒng)運(yùn)行正常，類似故障未再出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

焦作瑞豐紙業(yè)有限公司APMP楊木化機(jī)漿的DCS控制系統(tǒng)中通過(guò)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(jìn)行控制，以電動(dòng)機(jī)保護(hù)模塊代替熱繼電器、塑殼開(kāi)關(guān)等傳統(tǒng)保護(hù)形式，不僅大幅減小電動(dòng)機(jī)控制中心的占用面積，同時(shí)大量減少了二次保護(hù)線路的線路設(shè)計(jì)、敷設(shè)、選配等投資，降低了綜合投資使用成本;在DCS上通過(guò)對(duì)智能MCC網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的及時(shí)全面掌握;借助故障預(yù)報(bào)警，減少故障停機(jī)次數(shù)，全面提高了企業(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。

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

［2］ 西門(mén)子公司．Getting Started SIMOCODE-DP［S］．2004．