电机管理控制单元SIMOCODE-DP网络通讯瞬时故障处理

摘要：西门子产的电机管理控制单元SIMOCODE-DP 3UF5主要应用于低压电机的控制和保护领域，与传统的低压电机控制和保护系统相比，大大简化了控制回路，便于实现保护智能化和集散控制。但是，这也带来了一些新的问题，会出现部分SIMOCODE-DP 3UF5控制单元与上位系统通讯瞬时中断故障，本文将详细介绍这种故障的分析和处理过程。

关键词：低压电机管理控制; SIMOCODE-DP 3UF5; PROFIBUS DP;通讯故障

引言

空气分离装置广泛服务于冶金、化工、电子等各大行业，提供氧气、氮气、氩气及其它稀有气体产品，对装置的可靠性要求非常高。空分装置设备布局集中、工艺控制及连锁点非常多、低压电气设备较多，其控制多采用DCS控制系统集散控制形式，低压电气设备多采取微机化单元来就地保护，同时与上位系统通信来实现远程控制。

本文以西门子产的低压电机管理控制单元SIMOCODE-DP 3UF5为例，详细介绍它在空分装置中的应用情况，其自身组网结构以及与上位系统的通讯方式，单元本体的组态和上位系统的组态要领，重点介绍SIMOCODE-DP 3UF5单元与上位系统通讯瞬时中断故障的分析过程和解决办法。

1.SIMOCODE-DP 3UF5系统概述及应用

1.1SIMOCODE-DP 3UF5系统概述

一个SIMOCODE-DP 3UF5单元通常是由基本单元、扩展模块和控制模块三部分组成，可以实现基本的电机保护和远程控制功能。SIMOCODE-DP 3UF5单元控制模块上带有RS232编程接口，通过编程电缆与装有Win-SIMOCODE-DP专业版软件的电脑连接，可以设定各类参数并上传到控制模块，也可以下载设定参数、历史数据、实时监控状态等。

利用PROFIBUS-DP通讯电缆将各个SIMOCODE-DP单元串联起来，一端接RS485中继器与上位控制系统连接，另一端接终端电阻，这样即形成了一个SIMOCODE-DP网段。根据低压负荷的SIMOCODE-DP控制回路数量，可以将他们分成若干个网段来与上位系统进行通讯，这样所有的SIMOCODE-DP单元、PROFIBUS-DP通讯电缆和其它通讯附属设备就构成了一套能够远程控制监测的SIMOCODE-DP 3UF5系统。

1.2 SIMOCODE-DP 3UF5系统在空分装置中的应用

在空气分离装置中，主要设备包括压缩机组、分子筛系统、空冷水冷系统、低温分离冷箱、液体产品存储系统及循环水系统等，在这些机组和系统中分布着各类低压电机、风机及加热单元等。在这些低压负荷上安装一种管理控制单元，既可以让这些负荷与装置控制系统实现远程控制、连锁及信息上传等功能，又具备就地电气保护和状态显示功能。本文里描述的是SIMOCODE-DP 3UF5单元在西门子PCS7系统控制的空分装置中典型应用，其管理控制的负荷类型包括单速电机、双速电机、发电机、加热器、电动阀等。典型的SIMOCODE-DP 3UF5单元应用电路图如图2所示。

某公司的一套40000m3/h空分装置中，共有36个SIMOCODE-DP 3UF5单元控制的低压回路，另外有17个备用回路。这些回路分成两个网段，第一个网段上有30个回路，第二个网段上有23个回路，其中备用回路都在第二个网段。在安装调试过程中，参数设置、程序组态及通讯电缆敷设搭接等工作均严格按照技术规范进行作业，投运后整个SIMOCODE-DP 3UF5系统运行稳定，与上位PCS7系统通讯也很稳定。这套空分装置的SIMOCODE-DP系统网络图如图3所示。

2.SIMOCODE-DP网络通讯瞬时故障现象及分析

2.1网络通讯瞬时故障的现象

在这套40000m3/h空分装置投产后，低压SIMOCODE-DP系统均运行可靠稳定。随着设备运行时间延长，最近该系统的BUS1网段出现了两次通讯瞬时中断故障导致部分SIMOCODE-DP单元回路离线的情况。故障的现象是：当该网段中某一个SIMOCODE-DP单元出现通讯瞬时中断时，其后端至终端电阻间的全部SIMOCODE-DP单元回路会随之离线，在DCS系统上逐个复位后即可恢复至在线状态。

2.2故障原因的分析过程

SIMOCODE-DP系统网络出现通讯故障，尤其是网段上某个单元瞬间通讯故障，查找故障原因和消除故障会比较困难。经过分析，计划从网段结构设计、SIMOCODE-DP单元参数设置、系统接线完好性和在线监测通讯质量等方面去查找原因。

根据SIMOCODE-DP应用规则来看，每个DP线上的从站数量最多是122个，每个DP线上最多可以带10个网段（串联9个中继器及通讯电源），每个网段包括中继器最多可以带32个从站。SIMOCODE-DP单元通讯速率设定在500 KBit/S时，网段内所有分支DP电缆的总长不能超过30米。DP电缆在敷设时与电力电缆要分开，接线端部的屏蔽层必须可靠接地。这套装置上SIMOCODE-DP系统有53个从站，完全符合规则;这条DP线上有两个网段，分别带30个和23个从站，符合规则;BUS1网段上DP电缆总长未超过30米，符合规则;这些DP电缆的敷设和连接符合规范，屏蔽层接地电阻值满足仪表接地标准。

为了掌握SIMOCODE-DP系统的通讯状态，采用PROFIBUS测试仪器监测各网段通讯数据，发生故障的BUS1网段监测数据和波形如图4所示。图中的红色基准线是可以接受的通讯电压，低于该基准线则可能出现通讯瞬时中断;地址为82的SIMOCODE-DP单元通讯电压偏低，波形也不规则。这些数据证明了该网段的通讯存在明显的缺陷，随时可能会再次出现通讯瞬时故障。

3.SIMOCODE-DP網络通讯瞬时故障解决方法

这套装置的低压SIMOCODE-DP系统，虽然从设计和安装都符合规范，但BUS1网段上从站数量较多，随着运行时间的延长，PROFIBUS-DP通讯电缆逐渐老化阻抗增大，这都是网段偶尔出现通讯瞬时故障的可能原因。因此，确定的解决办法是将该网段拆分成三个网段，同时将所有的通讯电缆换成新的，按新网络图安装接线，最后再监测三个新网段通讯数据。BUS1网段拆分后的三个新网段分别带了12个、10个和8个从站，新增两个网段所需的Y-Link和Repeater均安装在IC9401接口柜，新的SIMOCODE-DP系统网络图如图5所示。

首先将新的通讯电缆敷设到位，两个Y-Link和Repeater安装在IC9401柜子中，等检修时先拆除旧的通讯电缆，再按新网段拓扑图逐个接线，最后进行网络调试。装置恢复运行后，利用PROFIBUS测试仪器对三个新网段通讯进行了监测，监测获取的数据如图6所示。该网段拆分前后的通讯数据可以清晰看出拆分后通讯质量有显著改善，改造后运行至今，该SIMOCODE-DP系统再没有出现通讯瞬时故障。

4结束语

与传统的低压电机控制系统相比，SIMOCODE-DP电机管理控制系统具有接线集成化、故障率低、维护方便等优点，但也存在易干扰、随机故障排查困难等缺点。因此，在系统出现故障时，设备维护人员应理清思路，想办法获取尽可能多的数据和记录，将分析出的可能原因逐条论证排除，最终确定故障的根本原因，随后确定解决方案。当改进方案执行完毕后，需要获取数据及时验证方案的预期目标是否达成，最后做好总结和归档工作。本文将SIMOCODE-DP系统在空分装置中的应用和其网络瞬时通讯故障处理过程获取的经验总结出来，与大家分享，希望在类似的工作中能起到借鉴作用。

作者简介：张成（1982-），男，硕士，工程师，2003年毕业于安徽工业大学自动化专业，现从事空分装置设备管理工作。

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