一種基于現(xiàn)場總線以及OPC技術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柜MNS 3.0和智能化開關柜MNS INSUM經驗的基礎上于2005年推出的升級版。新產品進行了設計概念上以及多項技術上的革新。

從設計概念上看，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絡結構的需要，在柜體結構上和檢測技術上進行了革新。 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，增加了產品的開放性與通用性。

1 MNS iS智能化馬達控制中心的結構特點

1.1 一次部分

MNSIS 的一次部分采用抽屜式設計，稱為M starter，抽屜內僅安裝馬達回路的一次元器件如主開關和接觸器。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化。如果把控制部分從主回路中分離出來，主回路標準化是可能的。

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 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準的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)以及主開關的類別(如斷路器，或者是熔斷器)，有限數量的抽屜類型就被確定下來，以進行標準化生產。設計人員不再需要進行諸如主開關，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馬達起動器，400V, 50kA，主開關采用MCCB，直接起動。

根據這些信息就可以唯一確定一個M starter，其尺寸為6E/4。根據其訂貨號，客戶即可從廠家處直接購買到經過功能測試的，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關柜行業(yè)來說全新的智能傳感技術。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，通過一塊嵌入導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體上的電壓，電流以及溫度。傳感器的輸出為數字信號，通過數據線接人端子，并經由二次轉接件(Control condapter)引出至 MNS iS控制模塊的插槽。智能傳感器代替了傳統(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中引出的開關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讀取的是數字或開關量信號，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

堵轉保護

欠載保護

空載保護

基于功率因數的欠載保護

起動次數限制保護

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

復位剩余時間

相電壓

功率因數

有功功率

無功功率

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：

出線溫度信息

接觸器開合次數信息

馬達運行時間信息

M Starter的插拔次數信息

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

控制權限設定

主開關分合閘位置監(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，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通過已經將所有的接線預先接好的二次轉接件與控制部分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)則直接經過電纜接線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。一二次解禍的設計也使得將來隨著電子技術的發(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)網絡結構與通訊

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。