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心

　　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。

　　M Link與M Control之間的通訊采用的是RS485接口，10base-I協(xié)議進行通訊。最多60個M Control可以接入一個M Link。M Link可以通過現(xiàn)場總線與上層DCS 控制系統(tǒng)進行通訊。這時候 M Link 相當(dāng)于主從通訊結(jié)構(gòu)下一個標(biāo)準(zhǔn)的從機。當(dāng)用戶的馬達個數(shù)多于60個時，可以使用多個M Link，每一個M Link都有自己唯一的一個IP 地址，M Link 間可以通過 Ethemet 連接組成局域網(wǎng)絡(luò)。

　　2.1 人機界面

　　帶有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)瀏覽設(shè)備可以方便地接入由 M Link 連接而成的局域網(wǎng)絡(luò)，如個人電腦或 M View。M View是一個通用的第三方產(chǎn)品：觸摸屏，電子產(chǎn)品市場上銷售的帶有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口的觸摸屏都可以接入。個人電腦通過網(wǎng)絡(luò)線接入M Link或通過集線器接入由多個M Link組成的局域網(wǎng)后，不需要另外安裝任何軟件，只需點擊網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(ie)，并在地址欄內(nèi)鍵入其中一臺M Link的IP地址，這個局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有M Link就會被顯示出來，選擇其中一臺M Link，點擊進入，屏幕將顯示這臺M Link所連接的開關(guān)柜，并且每一個馬達回路的的實際位置和狀態(tài)都能通過一個直觀的圖形界面顯示出來。繼續(xù)選擇某一個馬達回路并進入，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(jù)操作權(quán)限的設(shè)定，還可以對馬達進行起停等操作。

　　2.2 M Control的參數(shù)設(shè)定

　　M Link內(nèi)的存儲器記錄著與之相連的所有M Control的位置，馬達參數(shù)和配置信息。在插入一個新的M Control的時候，M Control會自動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(jù)獲得的位置信息就能發(fā)現(xiàn)并確定新的M Control，并將存儲的參數(shù)和配置信息自動下發(fā)給它，M Control 的配置就自動完成了。這種方式使得開關(guān)柜得調(diào)試過程十分簡單，也給用戶在柜子的使用過程中帶來方便，在用戶需要更換 M Control 的時候，僅需更換一個硬件，軟件過程自動完成，即插即用。

　　M Link下發(fā)給M Control的配置信息中包括某個位置上的M Control所對應(yīng)的M Starter的類型信息，這個信息告訴M Control在此位置上它應(yīng)該對應(yīng)的M starter的唯一類型。當(dāng)M Starter與M Control連接好之后，M Control將從所連接的M starter上讀取它的類型信息并進行比較，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則M Control會發(fā)出位置錯誤告警，此回路的操作功能被封閉，用戶不能操作;當(dāng)正確的 M starter 被插人到這個位置上時，告警復(fù)位，用戶操作功能恢復(fù)正常。

　　2.3 時間同步

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