一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)以及OPC技術(shù)的新型智能馬達控制中心

　　從設計概念上看，MNSIS是智能化馬達控制中心的一個(gè)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 )結構的需要，在柜體結構上和檢測技術(shù)上進(jìn)行了革新。 MNS iS使馬達控制中心達到了前所未有的標準化與模塊化。并在結構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(kāi)放性與通用性。

　　1 MNS iS智能化馬達控制中心的結構特點(diǎn)

　　1.1 一次部分

　　MNSIS 的一次部分采用抽屜式設計，稱(chēng)為M starter，抽屜內僅安裝馬達回路的一次元器件如主開(kāi)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萬(wàn)化。如果把控制部分從主回路中分離出來(lái)，主回路標準化是可能的。

　　MNS iS中，各種不同類(lèi)型的馬達起動(dòng)器回路的一次元器件的選型和配合根據 IEC60947-4-1馬達保護和配合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起動(dòng)器回路可以被分成標準的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)，有限數量的抽屜類(lèi)型就被確定下來(lái)，以進(jìn)行標準化生產(chǎn)。設計人員不再需要進(jìn)行諸如主開(kāi)關(guān)，接觸器的選型。在知道馬達回路的各項參數后，唯一的M Starter即被確定。例如：3kw馬達起動(dòng)器，400V, 50kA，主開(kāi)關(guān)采用MCCB，直接起動(dòng)。

　　根據這些信息就可以唯一確定一個(gè)M starter，其尺寸為6E/4。根據其訂貨號，客戶(hù)即可從廠(chǎng)家處直接購買(mǎi)到經(jīng)過(guò)功能測試的，完整的一次抽屜。其內部的元件配合，結構和組裝已經(jīng)得到了完整的考慮和優(yōu)化的設計。

　　1.2 智能傳感器

　　在M starter內部，MNS iS采用了一項對于低壓開(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)的一項基于分流電阻的智能傳感技術(shù)，通過(guò)一塊嵌入導體的芯片來(lái)完成檢測功能。智能傳感器被安裝于 M Starter 的出線(xiàn)端，可以同時(shí)測得出線(xiàn)端導體上的電壓，電流以及溫度。傳感器的輸出為數字信號，通過(guò)數據線(xiàn)接人端子，并經(jīng)由二次轉接件(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，節省了安裝空間。其次，精度提高。傳統的CT根據電磁感應的原理工作，因為磁飽和的特性，它的測量值是非線(xiàn)性的，僅能保證一個(gè)中間測量范圍的精度。而智能傳感器在其全測量范圍內的的測量值均數字化，精度得到了良好的保證。再次，減少了傳感器線(xiàn)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，直接插入在二次轉接件的卡槽內。它能讀取從 M starter 內部的智能傳感器輸出的數字化的電參量信號，并在內部的微處理器對所讀取的電參量，以及從M Starter中引出的開(kāi)關(guān)量信號進(jìn)行計算和判斷，通過(guò)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讀取的是數字或開(kāi)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(shí)現不同的保護功能，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(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。

　　M Control的保護功能包括：

　　熱過(guò)載保護熱過(guò)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

　　堵轉保護

　　欠載保護

　　空載保護

　　基于功率因數的欠載保護

　　起動(dòng)次數限制保護

　　緊急停車(chē)

　　M Control的監測功能包括：

　　馬達狀態(tài)監測(起停，分合閘，脫扣狀態(tài))

　　相電流

　　出線(xiàn)電纜溫度

　　計算的熱容量

　　脫扣剩余時(shí)間

　　復位剩余時(shí)間

　　相電壓

　　功率因數

　　有功功率

　　無(wú)功功率

　　視在功率

　　接地故障電流

　　頻率

　　數字輸入輸出量

　　模擬輸入輸出量

　　M Control可傳遞的維護信息包括：

　　出線(xiàn)溫度信息

　　接觸器開(kāi)合次數信息

　　馬達運行時(shí)間信息

　　M Starter的插拔次數信息

　　M Starter的類(lèi)型監測

　　MControl自身的位置監測

　　M Control可傳遞的系統信息包括：

　　安全模式

　　控制權限設定

　　主開(kāi)關(guān)分合閘位置監測

　　接觸器分合閘位置反饋

　　起動(dòng)器Ready指示

　　控制電壓監測

　　自動(dòng)重起動(dòng)

　　1.4 一二次分離的結構設計

　　MNS is采用了一二次部分完全分離的結構設計。MNS iS有兩個(gè)電纜小室，二次元件M Control 以及所有的控制線(xiàn)、通訊線(xiàn)都布置在位于柜子左邊的控制電纜室內，而一次電纜則布置在位于柜子右邊的電力電纜室內。一次部分M Starter通過(guò)已經(jīng)將所有的接線(xiàn)預先接好的二次轉接件與控制部分M control相連接。一次出線(xiàn)則與傳統的MNS3.0相同，小于全寬度的抽屜(6E/4,6E/2)通過(guò)一次轉接件將出線(xiàn)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(xiàn)單元引出至電纜小室。

　　一二次分離的設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(zhuān)業(yè)的人員在各自獨立的區域進(jìn)行接線(xiàn)和維護工作，較好地保證了人員的安全性。一二次解禍的設計也使得將來(lái)隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，有更好的控制和保護單元時(shí)，單獨對二次元件的更新?lián)Q代成為可能。

　　2 系統網(wǎng)絡(luò )結構與通訊

　　在MNS iS系統里，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和電氣工作站。如通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)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。

　　M Link與M Control之間的通訊采用的是RS485接口，10base-I協(xié)議進(jìn)行通訊。最多60個(gè)M Control可以接入一個(gè)M Link。M Link可以通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與上層DCS 控制系統進(jìn)行通訊。這時(shí)候 M Link 相當于主從通訊結構下一個(gè)標準的從機。當用戶(hù)的馬達個(gè)數多于60個(gè)時(shí)，可以使用多個(gè)M Link，每一個(gè)M Link都有自己唯一的一個(gè)IP 地址，M Link 間可以通過(guò) Ethemet 連接組成局域網(wǎng)絡(luò )。

　　2.1 人機界面

　　帶有標準網(wǎng)絡(luò )接口的網(wǎng)絡(luò )瀏覽設備可以方便地接入由 M Link 連接而成的局域網(wǎng)絡(luò )，如個(gè)人電腦或 M View。M View是一個(gè)通用的第三方產(chǎn)品：觸摸屏，電子產(chǎn)品市場(chǎng)上銷(xiāo)售的帶有標準網(wǎng)絡(luò )接口的觸摸屏都可以接入。個(gè)人電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)接入M Link或通過(guò)集線(xiàn)器接入由多個(gè)M Link組成的局域網(wǎng)后，不需要另外安裝任何軟件，只需點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò )瀏覽器(ie)，并在地址欄內鍵入其中一臺M Link的IP地址，這個(gè)局域網(wǎng)絡(luò )內的所有M Link就會(huì )被顯示出來(lái)，選擇其中一臺M Link，點(diǎn)擊進(jìn)入，屏幕將顯示這臺M Link所連接的開(kāi)關(guān)柜，并且每一個(gè)馬達回路的的實(shí)際位置和狀態(tài)都能通過(guò)一個(gè)直觀(guān)的圖形界面顯示出來(lái)。繼續選擇某一個(gè)馬達回路并進(jìn)入，就能完整地瀏覽所有的測量、告警和保護等狀態(tài)信息，并根據操作權限的設定，還可以對馬達進(jìn)行起停等操作。

　　2.2 M Control的參數設定

　　M Link內的存儲器記錄著(zhù)與之相連的所有M Control的位置，馬達參數和配置信息。在插入一個(gè)新的M Control的時(shí)候，M Control會(huì )自動(dòng)讀取自己所在的位置信息，(如柜號1，高度3，位置2), M Link 根據獲得的位置信息就能發(fā)現并確定新的M Control，并將存儲的參數和配置信息自動(dòng)下發(fā)給它，M Control 的配置就自動(dòng)完成了。這種方式使得開(kāi)關(guān)柜得調試過(guò)程十分簡(jiǎn)單，也給用戶(hù)在柜子的使用過(guò)程中帶來(lái)方便，在用戶(hù)需要更換 M Control 的時(shí)候，僅需更換一個(gè)硬件，軟件過(guò)程自動(dòng)完成，即插即用。

　　M Link下發(fā)給M Control的配置信息中包括某個(gè)位置上的M Control所對應的M Starter的類(lèi)型信息，這個(gè)信息告訴M Control在此位置上它應該對應的M starter的唯一類(lèi)型。當M Starter與M Control連接好之后，M Control將從所連接的M starter上讀取它的類(lèi)型信息并進(jìn)行比較，如果發(fā)現不匹配，則M Control會(huì )發(fā)出位置錯誤告警，此回路的操作功能被封閉，用戶(hù)不能操作;當正確的 M starter 被插人到這個(gè)位置上時(shí)，告警復位，用戶(hù)操作功能恢復正常。

　　2.3 時(shí)間同步

　　大型工業(yè)用戶(hù)的控制網(wǎng)絡(luò )通常希望在整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )所發(fā)生的所有事件和告警都有一個(gè)共同的時(shí)間標簽。在MNS iS中，M Link可以作為一個(gè)時(shí)間服務(wù)器，為所有的 M Control提供時(shí)間信息，MNS iS從而可以提供帶有統一時(shí)間標簽的信息。