用西门子3UF50实现电动机事故音响及联锁输出

一、前言

在很多工矿企业，控制室一般都安装有重要电动机事故音响装置，在电动机事故跳闸时发出声光报警信号，以提醒操作人员及时处理故障；有的电动机之间还设计有联锁起动回路，当运行中电动机跳闸时立即起动备用电动机，以提高系统的稳定性。一般情况下，电动机事故音响及联锁起动功能由继电器或DCS组态实现，但对于没有DCS（集散控制系统）控制系统的企业，采用Siemens 3UF50电动机智能控制器作为核心元件的电动机控制回路，如何实现控制室的电动机事故音响及电动机之间的联锁功能？本文将从由继电器组成的电动机控制原理入手进行分析，通过软、硬件结合方式来阐述用SIEMENS 3UF50实现控制室电动机事故音响及电动机之间联锁功能的方法和步骤。

二、SIEMENS 3UF50电动机智能控制器介绍

SIEMENS 3UF50是西门子新智能产品SIMOCODE-DP (Siemens Motor Protection and Control Device -Decentralized Periphery)电动机保护及控制系统基本单元，带有由4个光耦合输入、4个继电器输出单元和内部集成的控制单元，提供Profibus-DP和SIMOCODE-DP系统RS232接口，可独立实现电动机控制、监视及信号处理功能。保护功能齐全（过载、过电流、断相、堵转、接地保护等），精确度高，不需要另外增加热继电器、电流互感器、模数转换等，也不需要进行控制回路接线。起、停开关直接接到3UF50的输入单元，接触器线圈通过3UF50的输出单元控制，不需要互锁的辅助触点。通过安装有3UF50专业软件Win-SIMOCODE-DP的PC经RS232接口对其进行参数化、操作、诊断、监控，并可通过软件设置实现直接起动、Y-△启动、可逆起动、软起动等9种控制方式及动力电源消失再来电电动机自起动功能等特殊功能。

3UF50按输出特性分类可分为单稳态(Monostable)和双稳态(Bistable)类型。单稳态的3UF50在控制电鋈票差墨复位输出，如果电动机运行时控制电源消失，电动机将立即停止运行，电源恢复后电动机也不再启动。双稳态的3uF50在控制电源消失后保持输出，电动机保持控制电源消失前的运行状态，故障排除后自动恢复到正常状态。

三、由继电器组成的电动机控制原理分析

在原理图（见图1）中我们可以看出，要实现电动机的事故音响、联锁起动功能必需满足以下两个条件：

图1  电动机事故音响及联锁输出原理图

1)电动机起动后，控制继电器保持在合闸状态（SWJ1、BSJ在电动机合闸后保持合闸位置）。

2)电动机事故跳闸（KM常闭触点返回）。

从逻辑原理上分析，只有当1）、2）两个条件均满足时输出信号，否则不输出信号。两者为与门关系（见图2）。

图2  电动机事故音响及联锁输出逻辑框图

通过上述分析我们可得出一个结论：电动机的事故跳闸音响及联锁输出控制回路虽然采用的丹式不一样，但在原理上都是一致的，因此可以将这两个功能通过一个硬件输出实现。

四、电动机事故音响及联锁输出功能实现

1．硬件回路上

在硬件上，将3UF50单独连接的输出单元OUT4与KM的常闭触点串联，构成与门电路，兰两个条件均满足时，驱动中间继电器ZJ合闸，从而实现控制室电动机事故音响及联锁输出功能。

工作原理为：正常情况下，当3UF50接收到合闸指令，OUT1闭合，接触器KM励磁，电动机运转，KM常闭触点打开，同时OUT4也接收到合闸指令，OUT4闭合，与门电路开路，中间继电器ZJ不励磁，不输出事故跳闸音响及联锁信号。当3UF50接收到停止指令，OU丁1断开，接触器KM失磁，电动机停止，KM常闭触点闭合，同时OUT4也接收到停止指令，OUT4断开，与门电路开路，中间继电器ZJ不励磁，也不输出事故跳闸音响及联锁信号。

如发生动力电源消失、事故按钮跳闸、过载、过电流、堵转、断相保护动作等非正常情况，电动机跳闸，KM常闭触点返回，因3UF50没有接收到停止指令，OUT4仍保持在闭合状态，与门电路条件满足，中间继电器ZJ得电励磁，输出事故跳闸音响及联锁信号。

按照原理图（见图3）进行实物接线，在实验中发现：模拟各种事故状态，ZJ均能正确动作，只是在电动机起动时，ZJ出现瞬间抖动现象，偶然误发事故音响及联锁信号。经过分析发现造成这一现象的原因是：OUT4闭合时间快于KM辅助触点断开时间。当3UF50接收到合闸指令后，OUT1、OUT4瞬间闭合，而接触器KM在OUT1闭合后才励磁，因此在起动瞬间存在一个非常短暂的OUT4和KM常闭触点同时接通时间，造成ZJ瞬间励磁。

如何解决ZJ抖动问题，在尝试各种硬件设计失败的情况下，我们想到通过软件配置来解决。

2．软件配置上

因OUT4和KM辅助触点是串联关系，如果我们在软件上能够实现当3UF50接收到合闸指令后，OUT4延时1s再闭合，便能很好解决OUT4和KM辅助触点之间的配合问题，也就消除了ZJ抖动现象。

图3双稳态类型电动机控制原理图

为此我们在OUT4启动条件中增加了1个时间模块，通过设置来实现延时1s功能：

SIEMENS 3UF50

图4 ZJ动作逻辑模块组合框图

ZJ动作工作原理为：当电动机起动时，合闸指令自3UF50输入单元(Input l)引用到逻辑模块非复位导通电压故障单元(Non-Reset Element On Power Loss)输入端进行信号匹配，采用上升沿触发，经计时器( Timer)延时1s后驱动内部输出继电器OUT4合闸并保持，使OUT4合闸时间滞后于KM，避免了起动瞬间，OUT4和KM常闭触点同时接通的现象。此后电动机若发生事故跳闸（KM常闭接点返回），ZJ得电励磁，输出事故音响及联锁信号。将停止指令自3UF50输入单元(Input 2)引用到在逻辑模块(Non-Reset Element On Power Loss)复位端，即可实现对3UF50发停止指令立即复位OUT4功能，从而复位ZJ。

通过模拟实验，ZJ抖动问题消除，各项实验（动力电源消失、事故按钮打跳闸、过载、过电流、堵转、断相等保护跳闸）均达到设计要求。

五、结束语

本方案用最少的硬件、最少的接线，通过软、硬件结合的方式实现了电动机事故音响及联锁输出功能。在工矿企业的局部设备改造中，为了尽可能地节约改造成本，同时又最大限度地提高设备可靠等级，采用SIEMENS 3UF50组成的电动机控制回路中使用本方案，可大大减少改造费用和工作量。