一種基于現(xiàn)場總線以及OPC技術(shù)的新型智能馬達控制中

MNS iS是基于ABB傳統(tǒng)抽出式緊湊型低壓開關(guān)柜MNS 3.0和智能化開關(guān)柜MNS INSUM經(jīng)驗的基礎(chǔ)上于2005年推出的升級版。新產(chǎn)品進行了設(shè)計概念上以及多項技術(shù)上的革新。

從設(shè)計概念上看，MNSIS是智能化馬達控制中心的一個整體解決方案，不僅僅考慮了馬達保護的智能元件，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)上和檢測技術(shù)上進行了革新。 MNS iS使馬達控制中心達到了前所未有的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化。并在結(jié)構(gòu)上達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，甚至升級。它采用了通用的第三方硬件和軟件，增加了產(chǎn)品的開放性與通用性。

1 MNS iS智能化馬達控制中心的結(jié)構(gòu)特點

1.1 一次部分

MNSIS 的一次部分采用抽屜式設(shè)計，稱為M starter，抽屜內(nèi)僅安裝馬達回路的一次元器件如主開關(guān)和接觸器。眾所周知，馬達保護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，主回路標(biāo)準(zhǔn)化是可能的。

MNS iS中，各種不同類型的馬達起動器回路的一次元器件的選型和配合根據(jù) IEC60947-4-1馬達保護和配合TYPE 2類型的要求選定，并被固定下來，這個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起動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方式(如DoL,REV,SD)，短路容量(50kA, 80kA，等)以及主開關(guān)的類別(如斷路器，或者是熔斷器)，有限數(shù)量的抽屜類型就被確定下來，以進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。設(shè)計人員不再需要進行諸如主開關(guān)，接觸器的選型。在知道馬達回路的各項參數(shù)后，唯一的M Starter即被確定。例如：3kw馬達起動器，400V, 50kA，主開關(guān)采用MCCB，直接起動。

根據(jù)這些信息就可以唯一確定一個M starter，其尺寸為6E/4。根據(jù)其訂貨號，客戶即可從廠家處直接購買到經(jīng)過功能測試的，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。

1.2 智能傳感器

在M starter內(nèi)部，MNS iS采用了一項對于低壓開關(guān)柜行業(yè)來說全新的智能傳感技術(shù)。它是從汽車工業(yè)中沿用而來的一項基于分流電阻的智能傳感技術(shù)，通過一塊嵌入導(dǎo)體的芯片來完成檢測功能。智能傳感器被安裝于 M Starter 的出線端，可以同時測得出線端導(dǎo)體上的電壓，電流以及溫度。傳感器的輸出為數(shù)字信號，通過數(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，并帶來了電流互感器所不具備的優(yōu)點。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，因為磁飽和的特性，它的測量值是非線性的，僅能保證一個中間測量范圍的精度。而智能傳感器在其全測量范圍內(nèi)的的測量值均數(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的功率損耗，降低了柜子的發(fā)熱量。

1.3 二次控制、保護和通信單元

MNS iS的保護和控制單元是 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，并在內(nèi)部的微處理器對所讀取的電參量，以及從M Starter中引出的開關(guān)量信號進行計算和判斷，通過輸出信號控制接觸器的分合閘達到馬達的保護和控制功能。因為M Control讀取的是數(shù)字或開關(guān)量信號，對于不同的功率的馬達回路，M Control 的硬件是完全相同的，而要實現(xiàn)不同的保護功能，M Control可以下載不同的軟件模塊。M Control還具備通訊功能，可以將檢測到的馬達回路的所有電參量，保護信息，狀態(tài)信息，甚至維護信息發(fā)送個柜子的通訊中心M Link, M Link再將信息上傳至上層控制系統(tǒng)。

M Control的保護功能包括：

熱過載保護熱過載保護(防爆電機)

相不平衡保護

缺相保護

欠電壓保護

馬達溫度保護(PTC)

接地故障保護

堵轉(zhuǎn)保護

欠載保護

空載保護

基于功率因數(shù)的欠載保護

起動次數(shù)限制保護

緊急停車

M Control的監(jiān)測功能包括：

馬達狀態(tài)監(jiān)測(起停，分合閘，脫扣狀態(tài))

相電流

出線電纜溫度

計算的熱容量

脫扣剩余時間

復(fù)位剩余時間

相電壓

功率因數(shù)

有功功率

無功功率

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可傳遞的維護信息包括：

出線溫度信息

接觸器開合次數(shù)信息

馬達運行時間信息

M Starter的插拔次數(shù)信息

M Starter的類型監(jiān)測

MControl自身的位置監(jiān)測

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

主開關(guān)分合閘位置監(jiān)測

接觸器分合閘位置反饋

起動器Ready指示

控制電壓監(jiān)測

自動重起動

1.4 一二次分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計

MNS is采用了一二次部分完全分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計。MNS iS有兩個電纜小室，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)過電纜接線單元引出至電纜小室。

一二次分離的設(shè)計最大程度上地減小了電力電纜對通訊電纜引起的干擾，并使不同專業(yè)的人員在各自獨立的區(qū)域進行接線和維護工作，較好地保證了人員的安全性。一二次解禍的設(shè)計也使得將來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，有更好的控制和保護單元時，單獨對二次元件的更新?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 .它是一個通訊中心，一個M Link向下連接M Control，向上它提供多個不同協(xié)議的通訊接口以接入上層控制系統(tǒng)和電氣工作站。如通過現(xiàn)場總線Modbus RTU或Profibus DP 協(xié)議接入DCS，同時還可以通過Ethernet TCP/IP協(xié)議接入電氣工作站。