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關鍵詞：變馬達控制中心；模塊化；智能傳感器；現場總線；OPC技術 Abstract: An integrated intelligent Motor control centerMNS iS based on field bus and OPC technology is introduced. MNS iSs hardware, cubicle structure, main functions, and communication system structure are introduced. Modular and standard design makes it easier for engineering and operation; The separation of power and control parts achieved via using the smart sensor enhance the system reliability and safety; The common third party hardware & OPC technology makes it an open system. Different applications are allowed to receive information from MNS iS simultaneously; Fieldbus interface allows it for quick response to DCS and OPC technology allows it to provide much more detailed information. Key words: Motor Control Center; Modularize; Smart Sensor; Field Bus; OPC Technology | ||
| MNS iS是基于ABB 傳統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，MNS iS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。 MNS iS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來說全新的智能傳感技術。它是從汽車工業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， 通過數據線接入端子，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的電流互感器，并帶來了電流互感器所不具備的優點。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， 狀態信息，甚至維護信息發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。 M Control 的保護功能包括： 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 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。一次出線則與傳統的MNS 3.0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 ，8E 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，并使不同專業的人員在各自獨立的區域進行接線和維護工作，較好地保證了人員的安全性。一二次解耦的設計也使得將來隨著電子技術的發展，有更好的控制和保護單元時，單獨對二次元件的更新換代成為可能。 2 系統網絡結構與通訊 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. 它是一個通訊中心， 一個M Link向下連接M Control，向上它提供多個不同協議的通訊接口以接入上層控制系統和電氣工作站。如通過現場總線Modbus RTU 或Profibus DP協議接入DCS，同時還可以通過Ethernet TCP/IP協議接入電氣工作站。
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可以通過現場總線與上層DCS控制系統進行通訊。這時候M Link相當于主從通訊結構下一個標準的從機。當用戶的馬達個數多于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Ethernet連接組成局域網絡。 2.1 人機界面 帶有標準網絡接口的網絡瀏覽設備可以方便地接入由M Link連接而成的局域網絡，如個人電腦或M View。M View是一個通用的第三方產品：觸摸屏，電子產品市場上銷售的帶有標準網絡接口的觸摸屏都可以接入。個人電腦通過網絡線接入M Link或通過集線器接入由多個M Link組成的局域網后，不需要另外安裝任何軟件， 只需點擊網絡瀏覽器（ie），并在地址欄內鍵入其中一臺M Link的IP地址，這個局域網絡內的所有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所連接的開關柜，并且每一個馬達回路的的實際位置和狀態都能通過一個直觀的圖形界面顯示出來。繼續選擇某一個馬達回路并進入，就能完整地瀏覽所有的測量、告警和保護等狀態信息，并根據操作權限的設定，還可以對馬達進行起停等操作。 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 獲得的位置信息就能發現并確定新的M Control，并將存儲的參數和配置信息自動下發給它，M Control的配置就自動完成了。這種方式使得開關柜得調試過程十分簡單，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下發給M Control的配置信息中包括某個位置上的M Control所對應的M Starter的類型信息，這個信息告訴M Control在此位置上它應該對應的M Starter的唯一類型。當M Starter 與M Control連接好之后，M Control將從所連接的M Starter上讀取它的類型信息并進行比較，如果發現不匹配，則M Control 會發出位置錯誤告警，此回路的操作功能被封閉，用戶不能操作；當正確的M Starter被插入到這個位置上時，告警復位，用戶操作功能恢復正常。 大型工業用戶的控制網絡通常希望在整個控制網絡所發生的所有事件和告警都有一個共同的時間標簽。在MNS iS 中，M Link可以作為一個時間服務器，為所有的M Control 提供時間信息，MNS iS從而可以提供帶有統一時間標簽的信息。若用戶的網絡中已經有時間服務器時，M Link可以從網絡讀取時間信息以供M Control使用； 若用戶網絡中沒有時間服務器，M Link可以被設置為M Control 共用的時間服務器，當網絡中連接有多個M Link的時候，僅設置其中的一臺M Link為時間服務器，而其它的M Link則從被設置為時間服務器的M Link 上讀取時間信息，這樣網絡內所有所發生的所有告警、脫扣等事件就可以有一個共同的時間標簽。 2.4 OPC Server 采用現場總線方式與過程控制系統進行的信息交換都基于一個通用的數據格式標準，如Profibus 或者Modbus. 信息交換的數據格式是預先定義好的，如iS 采用的Profibus 協議是Profibus用戶組織制定的馬達管理類通訊標準。現場總線方式進行的數據交換響應速度快，但信息量受到較大的限制。而對于資產管理系統，電氣監測站或者SCADA系統來說，關于馬達控制中心的完整的信息則是必要的。MNS iS提供了這種可能性，那就是經由M Link，通過用于數據交換的OPC 接口，大量的信息可以被傳送至上層的監測系統。 OPC是’OLE for Process Control’的縮寫，意為用于過程控制的對象連接和嵌入技術。這項技術使得不同的上層系統與開關柜系統內的智能化元件能夠進行信息交換，而無需附加的任何各自的硬件或軟件接口程序。多個OPC用戶可以連入MNS iS OPC Server, 這就使得不同的應用程序都可以從MNS iS的智能化元件接收信息。 MNS iS的OPC server安裝在上層系統的連接服務器內，成為控制系統的一部分。它能夠自動搜索網絡中所有的M Link，并且自動配置并進行數據交換。 MNS iS能夠同時處理多個應用的信息請求，例如，過程控制系統通過現場總線獲得數據的同時，上層SCADA系統正通過OPC數據交換獲得一個報告。 3 結束語 市場上常見的智能化馬達控制中心往往是將具有智能化的功能綜合保護元器件，安裝在傳統的開關柜內，使之具有通訊功能。然而這并不是一個整體的馬達控制中心的方案。MNS iS在考慮了馬達回路的保護控制功能以外，還配和系統的通訊工能和網絡結構整體考慮了開關柜體結構的設計，使之成為一個標準化，模塊化，易操作而功能強大的系統，設計或使用人員無須花費過多的精力研究各種界面或接口，系統有很好的兼容性和開放性。 | ||
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號