一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線以及OPC技術(shù)的新型智能馬達(dá)控制中

MNS iS是基于ABB傳統(tǒng)抽出式緊湊型低壓開(kāi)關(guān)柜MNS 3.0和智能化開(kāi)關(guān)柜MNS INSUM經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上于2005年推出的升級(jí)版。新產(chǎn)品進(jìn)行了設(shè)計(jì)概念上以及多項(xiàng)技術(shù)上的革新。

從設(shè)計(jì)概念上看，MNSIS是智能化馬達(dá)控制中心的一個(gè)整體解決方案，不僅僅考慮了馬達(dá)保護(hù)的智能元件，而且綜合考慮了通訊和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的需要，在柜體結(jié)構(gòu)上和檢測(cè)技術(shù)上進(jìn)行了革新。 MNS iS使馬達(dá)控制中心達(dá)到了前所未有的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化。并在結(jié)構(gòu)上達(dá)到了一次與二次部分的完全分離，使產(chǎn)品更以易于使用，維護(hù)，甚至升級(jí)。它采用了通用的第三方硬件和軟件，增加了產(chǎn)品的開(kāi)放性與通用性。

1 MNS iS智能化馬達(dá)控制中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 一次部分

MNSIS 的一次部分采用抽屜式設(shè)計(jì)，稱(chēng)為M starter，抽屜內(nèi)僅安裝馬達(dá)回路的一次元器件如主開(kāi)關(guān)和接觸器。眾所周知，馬達(dá)保護(hù)回路的一次部分元器件配合變化不多，但控制部分的要求則千變?nèi)f化。如果把控制部分從主回路中分離出來(lái)，主回路標(biāo)準(zhǔn)化是可能的。

MNS iS中，各種不同類(lèi)型的馬達(dá)起動(dòng)器回路的一次元器件的選型和配合根據(jù) IEC60947-4-1馬達(dá)保護(hù)和配合TYPE 2類(lèi)型的要求選定，并被固定下來(lái)，這個(gè)一次回路所需的抽屜尺寸也就得以確定。所有不同額定功率的馬達(dá)起動(dòng)器回路可以被分成標(biāo)準(zhǔn)的30到40種抽屜，再考慮到不同的起動(dòng)方式(如DoL,REV,SD)，短路容量(50kA, 80kA，等)以及主開(kāi)關(guān)的類(lèi)別(如斷路器，或者是熔斷器)，有限數(shù)量的抽屜類(lèi)型就被確定下來(lái)，以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。設(shè)計(jì)人員不再需要進(jìn)行諸如主開(kāi)關(guān)，接觸器的選型。在知道馬達(dá)回路的各項(xiàng)參數(shù)后，唯一的M Starter即被確定。例如：3kw馬達(dá)起動(dòng)器，400V, 50kA，主開(kāi)關(guān)采用MCCB，直接起動(dòng)。

根據(jù)這些信息就可以唯一確定一個(gè)M starter，其尺寸為6E/4。根據(jù)其訂貨號(hào)，客戶(hù)即可從廠家處直接購(gòu)買(mǎi)到經(jīng)過(guò)功能測(cè)試的，完整的一次抽屜。其內(nèi)部的元件配合，結(jié)構(gòu)和組裝已經(jīng)得到了完整的考慮和優(yōu)化的設(shè)計(jì)。

1.2 智能傳感器

在M starter內(nèi)部，MNS iS采用了一項(xiàng)對(duì)于低壓開(kāi)關(guān)柜行業(yè)來(lái)說(shuō)全新的智能傳感技術(shù)。它是從汽車(chē)工業(yè)中沿用而來(lái)的一項(xiàng)基于分流電阻的智能傳感技術(shù)，通過(guò)一塊嵌入導(dǎo)體的芯片來(lái)完成檢測(cè)功能。智能傳感器被安裝于 M Starter 的出線端，可以同時(shí)測(cè)得出線端導(dǎo)體上的電壓，電流以及溫度。傳感器的輸出為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)線接人端子，并經(jīng)由二次轉(zhuǎn)接件(Control condapter)引出至 MNS iS控制模塊的插槽。智能傳感器代替了傳統(tǒng)的電流互感器，并帶來(lái)了電流互感器所不具備的優(yōu)點(diǎn)。首先，體積減小，節(jié)省了安裝空間。其次，精度提高。傳統(tǒng)的 CT根據(jù)電磁感應(yīng)的原理工作，因?yàn)榇棚柡偷奶匦?，它的測(cè)量值是非線性的，僅能保證一個(gè)中間測(cè)量范圍的精度。而智能傳感器在其全測(cè)量范圍內(nèi)的的測(cè)量值均數(shù)字化，精度得到了良好的保證。再次，減少了傳感器線圈所帶來(lái)的功率損耗，降低了柜子的發(fā)熱量。

1.3 二次控制、保護(hù)和通信單元

MNS iS的保護(hù)和控制單元是 M Control。M Control采用可插拔式安裝，直接插入在二次轉(zhuǎn)接件的卡槽內(nèi)。它能讀取從 M starter 內(nèi)部的智能傳感器輸出的數(shù)字化的電參量信號(hào)，并在內(nèi)部的微處理器對(duì)所讀取的電參量，以及從M Starter中引出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和判斷，通過(guò)輸出信號(hào)控制接觸器的分合閘達(dá)到馬達(dá)的保護(hù)和控制功能。因?yàn)镸 Control讀取的是數(shù)字或開(kāi)關(guān)量信號(hào)，對(duì)于不同的功率的馬達(dá)回路，M Control 的硬件是完全相同的，而要實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，M Control可以下載不同的軟件模塊。M Control還具備通訊功能，可以將檢測(cè)到的馬達(dá)回路的所有電參量，保護(hù)信息，狀態(tài)信息，甚至維護(hù)信息發(fā)送個(gè)柜子的通訊中心M Link, M Link再將信息上傳至上層控制系統(tǒng)。

M Control的保護(hù)功能包括：

熱過(guò)載保護(hù)熱過(guò)載保護(hù)(防爆電機(jī))

相不平衡保護(hù)

缺相保護(hù)

欠電壓保護(hù)

馬達(dá)溫度保護(hù)(PTC)

接地故障保護(hù)

堵轉(zhuǎn)保護(hù)

欠載保護(hù)

空載保護(hù)

基于功率因數(shù)的欠載保護(hù)

起動(dòng)次數(shù)限制保護(hù)

緊急停車(chē)

M Control的監(jiān)測(cè)功能包括：

馬達(dá)狀態(tài)監(jiān)測(cè)(起停，分合閘，脫扣狀態(tài))

相電流

出線電纜溫度

計(jì)算的熱容量

脫扣剩余時(shí)間

復(fù)位剩余時(shí)間

相電壓

功率因數(shù)

有功功率

無(wú)功功率

視在功率

接地故障電流

頻率

數(shù)字輸入輸出量

模擬輸入輸出量

M Control可傳遞的維護(hù)信息包括：

出線溫度信息

接觸器開(kāi)合次數(shù)信息

馬達(dá)運(yùn)行時(shí)間信息

M Starter的插拔次數(shù)信息

M Starter的類(lèi)型監(jiān)測(cè)

MControl自身的位置監(jiān)測(cè)

M Control可傳遞的系統(tǒng)信息包括：

安全模式

控制權(quán)限設(shè)定

主開(kāi)關(guān)分合閘位置監(jiān)測(cè)

接觸器分合閘位置反饋

起動(dòng)器Ready指示

控制電壓監(jiān)測(cè)

自動(dòng)重起動(dòng)

1.4 一二次分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

MNS is采用了一二次部分完全分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。MNS iS有兩個(gè)電纜小室，二次元件M Control 以及所有的控制線、通訊線都布置在位于柜子左邊的控制電纜室內(nèi)，而一次電纜則布置在位于柜子右邊的電力電纜室內(nèi)。一次部分M Starter通過(guò)已經(jīng)將所有的接線預(yù)先接好的二次轉(zhuǎn)接件與控制部分M control相連接。一次出線則與傳統(tǒng)的MNS3.0相同，小于全寬度的抽屜(6E/4,6E/2)通過(guò)一次轉(zhuǎn)接件將出線端子引出至電纜小室，等于全寬度的抽屜(6E, SE及以上)則直接經(jīng)過(guò)電纜接線單元引出至電纜小室。

一二次分離的設(shè)計(jì)最大程度上地減小了電力電纜對(duì)通訊電纜引起的干擾，并使不同專(zhuān)業(yè)的人員在各自獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行接線和維護(hù)工作，較好地保證了人員的安全性。一二次解禍的設(shè)計(jì)也使得將來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，有更好的控制和保護(hù)單元時(shí)，單獨(dú)對(duì)二次元件的更新?lián)Q代成為可能。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通訊

在MNS iS系統(tǒng)里，M Control收集到的信息被傳送到通訊接口模塊M Link .它是一個(gè)通訊中心，一個(gè)M Link向下連接M Control，向上它提供多個(gè)不同協(xié)議的通訊接口以接入上層控制系統(tǒng)和電氣工作站。如通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Modbus RTU或Profibus DP 協(xié)議接入DCS，同時(shí)還可以通過(guò)Ethernet TCP/IP協(xié)議接入電氣工作站。