SIMOCODE 智能电机控制器

李金明 ，李咚

SIMOCODE是西门子公司生产的一套智能模块化电机管理控制系统，与传统的电机控制回路相比，该系统大大简化了电机的二次控制回路，减少了大量的电缆接线，降低了故障出现的概率。SI⁃MOCODE Pro基本单元模块即可实现控制、监视功能及信号处理，不再需要单独配置热过载继电器、电流互感器等部件，通过增加扩展模块即可实现电流、电压测量监视和接地故障监视等功能。SIMO⁃CODE Pro还可通过基本单元上集成的Profibus-DP总线接口与工厂DCS进行总线数据通讯，只需一根Profibus-DP总线即可实现工厂DCS和电机控制器之间的数据通讯和控制，提高设备的通用性和控制的灵活性，系统运行和维护费用大大降低。

1 SIMOCODE Pro基本单元模块

1.1 SIMOCODE Pro基本单元模块组成

SIMOCODE Pro是一套灵活的模块化电机管理组件，组合了电机控制回路所需要的所有功能。该组件还可提供大量操作、维护和诊断数据，使电机馈电回路的功能更加透明，并可通过Profibus-DP将电机馈电回路全部集成到一个主自动化系统中。SIMOCODE Pro基本单元模块及典型应用如图1、图2所示。

SIMOCODE Pro由基本模块单元和可选扩展模块单元组成。基本模块单元包括基本控制单元和电流测量模块（内置电流互感器），可选扩展模块单元包括操作显示面板、数字量扩展模块、接地故障模块、温度监视模块、模拟量监视模块等。

1.2 SIMOCODE Pro扩展功能

SIMOCODE Pro的功能十分全面，其扩展功能主要有以下几点：

（1）可根据需要增加数字量输入模块与数字量输出模块，用来采集现场开关量信号。

（2）可根据需要增加电流/电压测量模块监测附加电压和功率。

（3）可根据需要增加温度测量模块，监测电机绕组温度、轴承温度。

（4）可通过增加接地故障模块与零序电流互感器，实现回路接地故障检测功能。

（5）可通过增加模拟量扩展模块实现对控制所需的模拟量的监测，并在程序控制部分增加相应的连锁保护功能，如流量信号和液位信号等。

SIMOCODE Pro基本单元及扩展单元组合如图3所示。1.3 SIMOCODE Pro优势

采用SIMOCODE Pro代替传统电机二次控制回路具有以下优势：

（1）无需附加热过载继电器、热敏电阻继电器、电流互感器等电气部件，只需加装主回路的短路保护和控制分断器件，如主空气断路器、接触器等，大大简化了电机的二次控制回路部分，还可执行必要的互锁功能。

（2）通过外部线路设计，现场启停按钮可以直接连接到基本单元的数字输入端。

（3）主回路接触器线圈通过基本单元输出端驱动，不再需要用于互锁的辅助触点。

（4）通过自身集成的 Profi⁃bus-DP接口连接至工厂DCS，便于实现远程监控诊断、控制以及与工艺系统的集成，提高了DCS系统的电机控制质量。

（5）减少了硬件电缆接线和可能的故障点，同时方便了备品备件的管理，有效节约了成本。SIMOCODE Pro典型应用电机控制回路设计及接口如图4所示。

图1 单向驱动单元SIMOCODE Pro C与双向驱动单元SIMOCODE Pro V示意图

图2 SIMOCODE Pro典型应用电机控制电路示意图

图3 SIMOCODE Pro基本单元及扩展单元组合应用示意图

2 SIMOCODE ES软件

SIMOCODE ES是对 SIMO⁃CODE Pro进行参数化、操作、诊断及监测的软件，用户通过Graphic Editor图形编辑器实现编程，通过“拖放”方式可以非常方便地对SIMOCODE Pro进行参数化。SIMOCODE ES本身集成了各种附加控制程序模块，可以用于直接启动、正反转启动、星/三角启动、变极电机、软启动器、电磁阀及定位器等设备的功能控制，集成了过载保护、接地故障保护、温度监视保护、有功功率监视、运行时间监视和启动次数限制等保护功能。操作和维护人员可在线对SIMOCODE Pro进行参数修改，还可监视设备状态，获取各种操作记录数据和故障信息。SIMOCODE ES基本参数设置包括以下方面：

（1）配置设置：包括单元类型选择、测量模块选择、控制功能选择、总线参数设置。

（2）电机保护：包括额定电流设置、负载等级选择、不平衡保护、堵转保护设置。

（3）电机控制：包括操作模式选择、本地控制、PLC/DCS控制、操作面板OP控制。

（4）监控功能：包括电流限制值、操作时间及启停次数记录、接地故障设置。

（5）输出定义：包括基本单元输出设置、操作面板LED设置、循环及非循环发送数据。

（6）标准功能：包括测试和复位、外部故障定义。

（7）逻辑模块：包括真值表定义、计数器、计时器定义等功能。

图4 SIMOCODE Pro典型应用控制电机回路设计及接口示意图

图5 SIMOCODE ES电机控制功能参数配置示意图

SIMOCODE ES电机控制功能参数配置如图5所示。

SIMOCODE ES Graphic Editor编程实现的电机控制功能如图6所示。

图6 SIMOCODE ES Graphic Editor编程实现的电机控制功能示意图

图7 SIMOCODE Pro与SIMATIC PCS 7系统架构示意图

与SIMATIC PCS7 CFC编程环境相似，Graphic Editor窗口左边部分是输入信号定义，包括现场按钮启停信号输入、模式选择和OP操作面板启停信号的定义；窗口中间部分是电机控制功能块和电机保护功能块逻辑运算部分；窗口右边部分是驱动线圈输出、设备状态输出和OP面板显示输出的定义。Graphic Editor具有可视的图形编辑以及用户界面友好的拖放参数化功能，既能够图形化连接功能块的输入输出，也可以设定参数。SIMOCODE ES基本参数配置和程序功能块编辑完毕后编译下载到SIMOCODE Pro，然后选择在线模式即可在Graphic Editor中监控到各个信号流的状态，现场设备的调试效率大大提高。另外，借助于注释功能对程序组态功能的详尽描述，以及装置参数化的图形化归档，所有功能在提高了设备调试效率的同时，也简化了文件归档过程，节省了大量的人力物力。

此外，西门子公司在SIMATIC PCS 7过程控制系统中有专门为SIMO⁃CODE Pro设计的PCS 7 Library SIMO⁃CODE Pro集成软件包，软件包包含了SIMOCODE标准的电机信息诊断和电机驱动功能块（Function Block）以及操作员进行过程监控和操作的面板（Faceplate）。

SIMOCODE Pro与SIMATIC PCS 7系统架构如图7所示。用户可在中央控制室实现操作员控制和电机可视化，轻松实现过程设备的远程操作控制，并且系统中所有的过程设备信息和故障报警记录均可透明地显示在DCS上位画面。■