摘要：介绍了西门子智能马达控制器SIMOCODE Pro在核电厂实际应用的功能、优势以及调试经验反馈。
关键词：核电厂；智能马达控制器；经验反馈
The Applications of Intelligent Motor Controller in Nuclear Power Plants
ZhouXiaoXiang1
（1.State Nuclear Power Engineering CO.LTD，Shanghai 200233，China）
Abstract：This article concluded the functions which could be realized by using Siemens Simocode intelligent motor controllers for nuclear power plants.Advantages were discussed and first-hand feedbacks were provided based on the commissioning experience.
Key words：Unclear power plants；Intelligent Motor Controller；Experience Feedback
0引言
目前国内大部分核电厂低压电动机的控制、保护、测量等功能，仍采用大量的传统继电器实现，控制回路与DCS系统之间的通信仍采用大量的传统电缆。AP1000核电厂首先采用了了西门子的SIMOCODE pro 3UF7智能马达控制器。
1概述
主流的智能马达控制器有西门子公司的3UF5及3UF7系列、阿尔斯通公司的GEMSTART3，苏州万龙的ST500系列等。SIMOCODE pro 3UF7与PLS（PLANT CONTROL SYSTEM）系统通过Profibus-DP现场总线连接组成厂内智能电机控制系统。
SIMOCODE pro根据功能主要分为SIMOCODE pro C和SIMOCODE pro V两个系列。SIMOCODE pro C用于直接和可逆的紧凑型系统，SIMOCODE pro V具有在SIMOCODE pro C的功能基础上提供额外的扩展功能。本文主要讲述SIMOCODE pro V在AP1000电厂的应用优势及经验。
2硬件
SIMOCODE pro有2个必选模块：基础单元BU（BASIC UNIT），电流测量模块组成，另外还有诸多扩展模块可以更具实际添加 2个开关量模块DM（Digital Module），1个温度模块，一个接地故障模块，一个模拟量模块AM（Analog Module）。
3.主要功能
3.1 保护功能
SIMOCODE pro通过2个必选模块和接触器，可实现如下基础保护功能：
3.1.1 过载保护（OVERLOAD）
SIMOCODE pro可按照IE60947-4-1对三相交流电机进行保护，脱扣等级可在Class5～Class40中共8个等级中选择。在过载保护模块子项中，脱扣的响应类型可自定义（禁用、发信号、报警、脱扣）。针对电机的热保护，可以设置过载故障后的强制冷却时间，一般为300秒。为避免电机频繁启动，可以设置电机卸载时间，即非故障停机N秒后清楚强制冷却时间。以及电流大于115%Is时，预报警。
3.1.2 相不平衡保护
SIMOCODE pro可以对三相不平衡的程度进行监视。在超过预设的不平衡度（如40%）时，可以设置自定义的响应类型和响应延迟时间。
3.1.3 堵转保护
SIMOCODE pro堵转限值可调（范围0～1020%Ie），可以设置自定义的响应类型和响应延迟时间。
3.2 扩展功能
3.2.2 外部接地故障
通过配置零序电流互感器和外部接地故障模块（Socomec M40），可以实现定值0.03~30A，时间0～10s范围可调的外部接地故障保护功能
3.2.3 数字量模块
由于抽屉式开关控制回路为220V AC，数字量模块主要使用110V-240V AC/DC型号。每个数字量模块配有4个输入端，以及2个输出端（输出端可以选择单稳态/双稳态继电器）。每个BU可以配置2个数字量模块。配置数字量模块在电厂可以实现如下功能：1.就地设备的辅助信号传输（如火灾报警信号，风机起停信号）2.实现抽屉式开关的电动阀控制（4个输入端接收1组力矩和1组限位信号，2个输出端输出指示灯信号）
3.2.4 模拟量模块
模拟量模块带有2组模拟量输入接口和1组模拟量输出接口。通过该模块可以对抽屉式开关和就地设备的过程变量进行测量和监视，也可以发出模拟量信号至就地设备（如加热器投入功率控制）
4通信
SIMOCODE pro采用通用的PROFIBUS DP接口，因此PLS系统可以通过PRODIBUS DP总线对所有SIMOCODE pro设备进行控制和通信。PROFIBUS作为一种现场总线标准，已广泛应用于工业自动化领域。PRODIBUS DP作为PROFIBUS一个兼容版本，主要用于现场控制器（光纤通讯模块OLM）与分散I/O（基础模块BU）之间的通信，其传输速率高（9.6kbps-12Mbps），BU模块传输速率自适应。每段PRODIBUS DP可以挂载126个基础模块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于厂内采用SIMOCODE pro模块的均为抽屉式开关，因而通讯线路采用“T”型连接，纵向patchboard提供每个间隔内纵向抽屉开关的通讯，横向由PROFIBUS DP电缆连接patchboard与光纤通讯模块OLM。此种布置的抽屉开关投入/投出的数量不同会导致线路阻抗不稳定，因此需在每个patchboard末端安装有源终端电阻模块，以保证通讯网络的稳定性。
5调试经验反馈
5.1模块调试
SIMOCODE pro调试需装有SIMOCODE ES Professional的PC终端，PC-SIMOCODE通讯数据线，标准试验线，继电保护测试仪，配电盘，0.3-3A标准CT，24V直流源，万用表等。调试中为模拟故障电流，需将原CT更换为0.3-3A，并将试验电流线穿过CT，因此抽屉开关无法推入柜内。只能将抽屉开关放置于试验平台后，额外施加直流24V、交流220V控制电源、跳线等，较为费时且风险较大，如能提供SIMOCODE pro试验专用支架/小车相信可以提高试验效率和安全性
5.2模块设置恢复
调试过程中，针对电机类负荷由于调试需要保持接触器长时间闭合（一次无电流），需将接触器辅助控制的反馈信号（Auxiliary Control Inputs-Feedback On）由“检测到电机电流”改为“1 QE1”（接触器自保持），调试完成后需将状态恢复并载入SIMOCODE pro模块
应急启动功能，该功能启用后可清除设备的过载保护的强制冷却时间（一般为300s），由于调试中是模拟故障，通常为避免保护触发后等待没有必要的强制冷却时间，通常启用该功能。
测试模式（Test Position Feeback.TPF），通常用于接触器冷态启动或信号通信验证，通常将分闸命令设置为触发该模式。
但由于设备调试数量较大，复查中发现部分SIMOCODE模块中出现应急启动未关闭、测试模式未关闭、接触器辅助控制的反馈信号未恢复设置的情况，存在一定的安全隐患。因此SIMOCODE模块调试完成后，必须对所有设备的模块设置进行复查。
5.3 SIMOCODE模块与PLS通讯无法建立
调试过程中出现大面积的模块通讯无法建立的情况，经检查为连接光纤通讯模块的PROFIBUS-DP的D-SUB（9）插头插针氧化所致，经更换后通讯均恢复正常。原因分析：由于施工阶段，现场空气环境较为复杂，导致D-SUB（9）氧化较快。由于PROFIBUS-DP通讯具有高度集成的特性，D-SUB（9）插头故障会导致多个设备通信中断，因此应对D-SUB（9）插头提出更高的耐腐要求或者定期更换。目前每段MCC一般采取的是双光纤通信模块，MCC段设备分散布置在两段通讯母线下。SIMOCODE pro可以在通讯中断的情况下，仍然保持正常运行。
PROFIBUS DP的线缆为双绞线，传输信号为弱电信号，厂房内环境复杂，电磁场、粉尘等均有可能导致信号失真，引起设备非正常动作。通常采取通信线缆与动力分区域布置或采用带有屏蔽层的双绞线并且将双绞线两端可靠接地，并即使清理粉尘。必要时应考虑增加中继器。
5.4模块供电隐患
模块采用直流24V供电，由于每段母线模块数量较多（单一模块额定电流0.3A左右），24V直流配电母线电流较大。目前熔丝配置方面采用电源模块总熔丝+各MCC抽屉子熔丝的方案。在投入运行模块较少时，若配电母排（patchboard内）或端子短路故障，其短路电流有可能低于电源模块提供的额定电流（22A），存在隐患。可采取在各配电分支增加熔丝（可用额定3A）或空开解决此问题。
6应用优势
6.1硬件优势
相对于传统电机控制回路SIMOCODE pro采用模块化方案，可以根据实际需求选择适配模块，并且模块之间的连接较多的采用了带有专用插头的线缆，仅在抽屉开关分合旋钮，指示灯，就地/远方选择开关等采用传统接线，减少了设备安装布线成本和因接线失误导致的故障。
6.2保护优势
集成过载，相不平衡，堵转，过热（可选）等保护，可选自由度高，保护定值在CT量程范围内可自由设置，保护触发反馈类型可自由定义。保护功能可在通讯中断时独立运行。
6.3监控优势
SIMOCODE pro可以实现诸多监视功能：1接地故障监视，分内部接地故障（BU计算三相电流矢量和）和外部接地故障（另选零序CT和外部接地故障模块，）2.电流限值监视（用于过程监视）3.电压监视（需电压模块）4.有功、功率功率监视 4.监视运转时间、停止时间和启动次数 5.相序识别（需电压、电流模块）
6.4通信优势
采用PROFIBUS-DP通信总线，相对传统减少了大量硬接线，并且光纤传输容量大、抗干扰、可靠性高。线路增/减通讯无需额外布线。
6.5逻辑优势
SIMOCODE pro具有传统元件不具备的逻辑功能。其逻辑模板可被编程，用于信号处理。功能包括3输入/1输出真值表、2输入/1输出、5输入/2输出真值表，计数器、定时器、脉冲触发器，非易失脉冲元件，计算模块等等。目前应用如：通过真值表实现电动阀控制过程双指示灯多状态显示，脉冲触发器/非易失脉冲元件处理输入脉冲信号等
6.6维护优势
SIMOCODE pro具有模拟量数据记录功能，根据实际需求选择脉冲触发类型（如综合故障、接地故障触发）。通过设置赋予的模拟值类型、触发边沿、采样时间、预触发值百分比形成一个故障记录器。曲线结合故障的报警类型，可以迅速有效的分析负荷的故障原因。
7总结
虽然采用智能马达控制器设备成本导致设备单一成本有所增加，但综合其丰富的功能、维护便捷等应用优势，相信随着自动化技术的不断发展，由工业网络技术和工业智能控制模块组建的控制系统在核电厂将会逐渐得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]西门子SIMOCODE PRO系统手册-CN 200608版
作者简介：
周晓翔（1988—），江苏东海，男，电气工程及其自动化，助理工程师。
论文作者:周晓翔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/27
标签：模块论文; 故障论文; 接触器论文; 通讯论文; 功能论文; 信号论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第3期论文;