電機管理控制單元SIMOCODE-DP網絡通訊瞬時故障處理

摘要：西門子產的電機管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5主要應用于低壓電機的控制和保護領域，與傳統的低壓電機控制和保護系統相比，大大簡化了控制回路，便于實現保護智能化和集散控制。但是，這也帶來了一些新的問題，會出現部分SIMOCODE-DP 3UF5控制單元與上位系統通訊瞬時中斷故障，本文將詳細介紹這種故障的分析和處理過程。

關鍵詞：低壓電機管理控制; SIMOCODE-DP 3UF5; PROFIBUS DP;通訊故障

引言

空氣分離裝置廣泛服務于冶金、化工、電子等各大行業，提供氧氣、氮氣、氬氣及其它稀有氣體產品，對裝置的可靠性要求非常高。空分裝置設備布局集中、工藝控制及連鎖點非常多、低壓電氣設備較多，其控制多采用DCS控制系統集散控制形式，低壓電氣設備多采取微機化單元來就地保護，同時與上位系統通信來實現遠程控制。

本文以西門子產的低壓電機管理控制單元SIMOCODE-DP 3UF5為例，詳細介紹它在空分裝置中的應用情況，其自身組網結構以及與上位系統的通訊方式，單元本體的組態和上位系統的組態要領，重點介紹SIMOCODE-DP 3UF5單元與上位系統通訊瞬時中斷故障的分析過程和解決辦法。

1.SIMOCODE-DP 3UF5系統概述及應用

1.1SIMOCODE-DP 3UF5系統概述

一個SIMOCODE-DP 3UF5單元通常是由基本單元、擴展模塊和控制模塊三部分組成，可以實現基本的電機保護和遠程控制功能。SIMOCODE-DP 3UF5單元控制模塊上帶有RS232編程接口，通過編程電纜與裝有Win-SIMOCODE-DP專業版軟件的電腦連接，可以設定各類參數并上傳到控制模塊，也可以下載設定參數、歷史數據、實時監控狀態等。

利用PROFIBUS-DP通訊電纜將各個SIMOCODE-DP單元串聯起來，一端接RS485中繼器與上位控制系統連接，另一端接終端電阻，這樣即形成了一個SIMOCODE-DP網段。根據低壓負荷的SIMOCODE-DP控制回路數量，可以將他們分成若干個網段來與上位系統進行通訊，這樣所有的SIMOCODE-DP單元、PROFIBUS-DP通訊電纜和其它通訊附屬設備就構成了一套能夠遠程控制監測的SIMOCODE-DP 3UF5系統。

1.2 SIMOCODE-DP 3UF5系統在空分裝置中的應用

在空氣分離裝置中，主要設備包括壓縮機組、分子篩系統、空冷水冷系統、低溫分離冷箱、液體產品存儲系統及循環水系統等，在這些機組和系統中分布著各類低壓電機、風機及加熱單元等。在這些低壓負荷上安裝一種管理控制單元，既可以讓這些負荷與裝置控制系統實現遠程控制、連鎖及信息上傳等功能，又具備就地電氣保護和狀態顯示功能。本文里描述的是SIMOCODE-DP 3UF5單元在西門子PCS7系統控制的空分裝置中典型應用，其管理控制的負荷類型包括單速電機、雙速電機、發電機、加熱器、電動閥等。典型的SIMOCODE-DP 3UF5單元應用電路圖如圖2所示。

某公司的一套40000m3/h空分裝置中，共有36個SIMOCODE-DP 3UF5單元控制的低壓回路，另外有17個備用回路。這些回路分成兩個網段，第一個網段上有30個回路，第二個網段上有23個回路，其中備用回路都在第二個網段。在安裝調試過程中，參數設置、程序組態及通訊電纜敷設搭接等工作均嚴格按照技術規范進行作業，投運后整個SIMOCODE-DP 3UF5系統運行穩定，與上位PCS7系統通訊也很穩定。這套空分裝置的SIMOCODE-DP系統網絡圖如圖3所示。

2.SIMOCODE-DP網絡通訊瞬時故障現象及分析

2.1網絡通訊瞬時故障的現象

在這套40000m3/h空分裝置投產后，低壓SIMOCODE-DP系統均運行可靠穩定。隨著設備運行時間延長，最近該系統的BUS1網段出現了兩次通訊瞬時中斷故障導致部分SIMOCODE-DP單元回路離線的情況。故障的現象是：當該網段中某一個SIMOCODE-DP單元出現通訊瞬時中斷時，其后端至終端電阻間的全部SIMOCODE-DP單元回路會隨之離線，在DCS系統上逐個復位后即可恢復至在線狀態。

2.2故障原因的分析過程

SIMOCODE-DP系統網絡出現通訊故障，尤其是網段上某個單元瞬間通訊故障，查找故障原因和消除故障會比較困難。經過分析，計劃從網段結構設計、SIMOCODE-DP單元參數設置、系統接線完好性和在線監測通訊質量等方面去查找原因。

根據SIMOCODE-DP應用規則來看，每個DP線上的從站數量最多是122個，每個DP線上最多可以帶10個網段（串聯9個中繼器及通訊電源），每個網段包括中繼器最多可以帶32個從站。SIMOCODE-DP單元通訊速率設定在500 KBit/S時，網段內所有分支DP電纜的總長不能超過30米。DP電纜在敷設時與電力電纜要分開，接線端部的屏蔽層必須可靠接地。這套裝置上SIMOCODE-DP系統有53個從站，完全符合規則;這條DP線上有兩個網段，分別帶30個和23個從站，符合規則;BUS1網段上DP電纜總長未超過30米，符合規則;這些DP電纜的敷設和連接符合規范，屏蔽層接地電阻值滿足儀表接地標準。

為了掌握SIMOCODE-DP系統的通訊狀態，采用PROFIBUS測試儀器監測各網段通訊數據，發生故障的BUS1網段監測數據和波形如圖4所示。圖中的紅色基準線是可以接受的通訊電壓，低于該基準線則可能出現通訊瞬時中斷;地址為82的SIMOCODE-DP單元通訊電壓偏低，波形也不規則。這些數據證明了該網段的通訊存在明顯的缺陷，隨時可能會再次出現通訊瞬時故障。

3.SIMOCODE-DP網絡通訊瞬時故障解決方法

這套裝置的低壓SIMOCODE-DP系統，雖然從設計和安裝都符合規范，但BUS1網段上從站數量較多，隨著運行時間的延長，PROFIBUS-DP通訊電纜逐漸老化阻抗增大，這都是網段偶爾出現通訊瞬時故障的可能原因。因此，確定的解決辦法是將該網段拆分成三個網段，同時將所有的通訊電纜換成新的，按新網絡圖安裝接線，最后再監測三個新網段通訊數據。BUS1網段拆分后的三個新網段分別帶了12個、10個和8個從站，新增兩個網段所需的Y-Link和Repeater均安裝在IC9401接口柜，新的SIMOCODE-DP系統網絡圖如圖5所示。

首先將新的通訊電纜敷設到位，兩個Y-Link和Repeater安裝在IC9401柜子中，等檢修時先拆除舊的通訊電纜，再按新網段拓撲圖逐個接線，最后進行網絡調試。裝置恢復運行后，利用PROFIBUS測試儀器對三個新網段通訊進行了監測，監測獲取的數據如圖6所示。該網段拆分前后的通訊數據可以清晰看出拆分后通訊質量有顯著改善，改造后運行至今，該SIMOCODE-DP系統再沒有出現通訊瞬時故障。

4結束語

與傳統的低壓電機控制系統相比，SIMOCODE-DP電機管理控制系統具有接線集成化、故障率低、維護方便等優點，但也存在易干擾、隨機故障排查困難等缺點。因此，在系統出現故障時，設備維護人員應理清思路，想辦法獲取盡可能多的數據和記錄，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。當改進方案執行完畢后，需要獲取數據及時驗證方案的預期目標是否達成，最后做好總結和歸檔工作。本文將SIMOCODE-DP系統在空分裝置中的應用和其網絡瞬時通訊故障處理過程獲取的經驗總結出來，與大家分享，希望在類似的工作中能起到借鑒作用。

作者簡介：張成（1982-），男，碩士，工程師，2003年畢業于安徽工業大學自動化專業，現從事空分裝置設備管理工作。

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