摘要：本文介紹安科瑞電氣有限公司ARD智能電動機控制器，在低壓電動機控制、保護(hù)、測量、通訊等方面的最新解決方案，供工程設(shè)計中參考。

關(guān)鍵詞：低壓電動機 智能控制 保護(hù)測量 通訊 現(xiàn)場總線

一、概述：

    隨著工業(yè)自動化水平的提高及各行業(yè)電動機應(yīng)用的增多，單機容量的增大，這一數(shù)量龐大的電動機，按電壓等級可分為10kV電動機、6kV電動機、380V電動機，按重要性可分為1類負(fù)荷、2類負(fù)荷、3類負(fù)荷，按容量可分為大型電動機、中型電動機、小型電動機。

    單純的依賴DCS系統(tǒng)，或PLC控制系統(tǒng)，僅能完成對電動機的基本控制功能，而其保護(hù)、測量、整定、故障記錄等功能還依賴大量的其他外圍設(shè)備來完成，隨著微機通訊技術(shù)的發(fā)展，采用分散分布式的結(jié)構(gòu)集中控制、保護(hù)、測量、通訊功能于一體的綜合自動化裝置將是今后發(fā)展的方向。

    微機式智能保護(hù)設(shè)備可靠性、安全性在不斷的提高，其功能也更加完善，應(yīng)用更加廣泛，以國外著名的電氣公司相繼推出低壓電動機綜合保護(hù)和控制設(shè)備為標(biāo)志，一種全新的低壓馬達(dá)控制保護(hù)解決方案誕生，比較有代表性的有：阿爾斯通公司、羅克韋爾公司、東芝公司、西門子公司。ARD電動機保護(hù)器是目前國內(nèi)具有國際水平的馬達(dá)智能保護(hù)控制單元，在國內(nèi)具有一定代表性。

    ARD在電動機控制中，取代了傳統(tǒng)方案中的許多繁雜的二次接線，僅需接觸器配合就可完成多種操作和大量的保護(hù)通訊功能。

    操作功能具有：直接起動、雙向起動、星三角起動、停車等功能，可以編程就地操作或者設(shè)成遠(yuǎn)程控制，另外還可以通過編程器實現(xiàn)斷路器的“三遙”測控。

    保護(hù)功能具有：過載反時限（多種等級曲線可選）、過流、漏電接地、欠流、三相不平衡、熱保護(hù)、接觸器吸合狀態(tài)檢測、起動超時、欠壓等保護(hù)功能。

    監(jiān)視功能：三相運行電流顯示、電機起動電流顯示。

    維護(hù)功能：起動次數(shù)、運行時間、接觸器故障、歷史故障信息查看、報警信息顯示等功能。

    通訊功能：具有RS485接口，可掛接PROFIBUS現(xiàn)場總線、MODBUS現(xiàn)場總線。可實現(xiàn)“四遙”功能。

二、ARD系列電動機保護(hù)器的突出優(yōu)勢

    ARD電動機保護(hù)器，是國內(nèi)比較有影響力的產(chǎn)品。現(xiàn)在，電動機饋線保護(hù)控制系統(tǒng)從設(shè)計、安裝、調(diào)試到投入運行，其周期越來越短，而對裝置的要求卻日益提高，這就要這個系統(tǒng)必須結(jié)構(gòu)緊湊，智能化程度高，功能強大，使每臺電動機均有最佳的保護(hù)，并且接線盡量簡單。ARD正是基于以上要求設(shè)計的。

    1.1ARD本身除具備正常的直接起動、雙向起動、星三角起動、停車等控制功能外，還能通過編程器，編程為就地操作或者遠(yuǎn)程控制。使得傳統(tǒng)方案中復(fù)雜的二次接線，如：起、停邏輯電路，電氣互鎖邏輯電路，都可以取消，ARD的一切邏輯都由芯片完成，大大降低了接線成本。

    1.2保護(hù)功能更加完善，導(dǎo)致電動機的過載原因很多，如負(fù)荷過載、相故障、轉(zhuǎn)子失速、起動超時，裝置針對以上故障都可以進(jìn)行正確判斷并且進(jìn)行保護(hù)。ARD除具有過載、過流、欠流、漏電故障保護(hù)外，還可以實現(xiàn)三相電流不平衡，電機斷相保護(hù)、過熱保護(hù)和接地故障監(jiān)視功能。通過編程器可對裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。取消了傳統(tǒng)功能單一結(jié)構(gòu)復(fù)雜的熱繼電器、電流表、互感器、變送器、I/O模塊、大熔點的操作按鈕、以及二次繼電器和線纜等。

    1.3配合操作顯示模塊，具有電流、故障類別、起動電流、起動時間、操作次數(shù)等顯示功能。ARD顯示模塊可進(jìn)行定值設(shè)置，性能測試，故障查詢等多種操作。通過串行接口，與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的連接，實現(xiàn)通訊組網(wǎng)，總線控制。

    1.4小巧的體積和靈活的安裝方式。ARD可配顯示模塊使用，也可以單獨使用，可以水平安裝，也可以豎直安裝，ARD的體積81.5×90×86，整個體積大約只有一個接觸器大小。

總之，ARD取代傳統(tǒng)的接線，既節(jié)約了元器件，使總投資成本下降，又大幅度提高電機控制的可靠性和自動化水平。（見下圖1圖2傳統(tǒng)方案與ARD方案的比較）

圖1 傳統(tǒng)方案

圖2 ARD馬達(dá)保護(hù)方案

三、先進(jìn)的控制單元

    硬件線路有兩大部分，馬達(dá)控制器的核心部件為MCF51EM256，主要完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理及各種控制和保護(hù)功能；PROFIBUS-DP接口核心部件為VPC3和12C5A，SPC3為PROFIBUS-DP專用協(xié)議芯片，負(fù)責(zé)將主站送來的數(shù)據(jù)拆包，并將其送往12C5A，同時將12C5A傳來的數(shù)據(jù)打包，上傳給主站。12C5A是MCF51EM256和VPC3之間的橋梁，負(fù)責(zé)將MCF51EM256送來的數(shù)據(jù)傳給VPC3，同時將VPC3拆包后的數(shù)據(jù)下傳給MCF51EM256。馬達(dá)控制器和PROFIBUS-DP接口之間采用RS485串行接口交換數(shù)據(jù)（通訊協(xié)議滿足MODBUS），馬達(dá)控制器和PROFIBUS-DP接口為兩塊相對獨立的模塊，如不需聯(lián)網(wǎng)，可以不選用此功能，這樣可以降低產(chǎn)品的成本。

圖3 ARD原理圖

四、簡便快捷的操作功能

    ARD具備非常廣泛的控制功能，它可以靈活的作為電動機直接起動器，雙向起動器，星三角起動器，同時還可以作為變級開關(guān)，電磁閥起動器。

    由于該裝置實際上就是一套分散分布式的低壓馬達(dá)智能控制保護(hù)系統(tǒng)，所以它同其它的控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)）仍保持相對的獨立性，當(dāng)上一級的控制系統(tǒng)或通訊系統(tǒng)發(fā)生故障，它可自動切換到手動模式，來控制負(fù)荷的停運或者繼續(xù)運行，而此時，該裝置所保護(hù)的電動機連續(xù)運行的可能性大大加強。

    按照ARD所做的電動機二次線，和傳統(tǒng)的二次線相比較，我們會發(fā)現(xiàn)，在滿足了各種條件的要求下，二次控制回路變得簡潔，標(biāo)準(zhǔn)，使我們徹底的擺脫了原來大量落后的繼電器給我們帶來的困擾，一次設(shè)計也更加得心應(yīng)手，配合操作顯示模塊，完成各種測量，顯示，操作功能。

    ARD可以使用已定義好的控制功能和基本的連鎖要求，來完成我們一些普通電動機控制，最大限度的減少程序輸入的工作量，減少出現(xiàn)錯誤的可能性，縮短程序循環(huán)的時間，更好的保證可靠性，同時可以更大程度的減少我們二次設(shè)計的工作量。

    裝置可對電動機的接地故障進(jìn)行保護(hù)和連續(xù)監(jiān)視，對于三線式接線的電動機，可通過裝置內(nèi)部的接地故障檢測裝置進(jìn)行，另外，還可以通過連接一只外部矢量和電流互感器，精確的測出接地故障電流，通過對設(shè)定電流進(jìn)行比較，來實現(xiàn)電動機失速保護(hù)。

五、新方案應(yīng)用范例

    ARD智能馬達(dá)控制器在應(yīng)用上很靈活，通訊和顯示模式都是可選的，但其基本操作保護(hù)功能不改變。

    5.1單機操作應(yīng)用

    在分散工作環(huán)境中，有大量單臺電機在工業(yè)生產(chǎn)中運行，這些電機可不要通訊功能，僅需可靠的起、停、故障保護(hù)、故障分析、運行參數(shù)查看。以很低的成本就能實現(xiàn)以上功能。其接線原理圖如下：

    a)直接起動接線方式

圖4

     b)雙向起動接線方式

     ARD輸出兩個觸點，通過控制兩個接觸器控制電機的正反轉(zhuǎn)，也可以選用光耦觸點輸入，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制

圖5

     c)星-三角起動接線方式

     ARD輸出兩個觸點，通過時序控制三個接觸器，形成星三角起動方式，星三角起動的時序可整定。

圖6

    d)出線測控應(yīng)用

    通過跟斷路器組合，實現(xiàn)“三遙”可監(jiān)視三相電流和斷路器的分、合狀態(tài)，同時可用電平方式和脈沖方式對斷路器進(jìn)行合、分操作。

圖7

六、結(jié)束語

    綜上所述，對于工業(yè)生產(chǎn)的低壓馬達(dá)控制保護(hù)系統(tǒng)，提供了一種嶄新的概念，通過ARD即可實現(xiàn)對電動機完全的保護(hù)和監(jiān)控，也可實現(xiàn)其他動力出現(xiàn)的“三遙”測控，而無需再另外安裝其他保護(hù)和控制設(shè)備。因此，使總投資成本下降，又大幅度提高電機控制的可靠性和自動化水平，新型馬達(dá)控制保護(hù)方案的推廣運用是必然的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

《ST500馬達(dá)智能控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用》

《現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展及其在開關(guān)柜中的應(yīng)用》

《智能化低壓電控配電系統(tǒng)國內(nèi)外對照》

《帶PROFIBUS-DP接口的智能馬達(dá)控制器》

作者簡介：

張林鋒，男，本科。任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,手機：15000183317，QQ：2880157876