魯大勇

（魯南中聯(lián)水泥有限公司，山東 滕州 277531）

智能型電機保護(hù)控制器MCU在水泥廠的應(yīng)用
——沙特NRCC和約旦AMCP水泥廠的應(yīng)用實踐

魯大勇

（魯南中聯(lián)水泥有限公司，山東 滕州 277531）

介紹了新型智能型電機保護(hù)控制器ABBM 102-P的工作原理、主要功能、應(yīng)用實例及常見故障和排除方法，經(jīng)實際應(yīng)用，證明該裝置優(yōu)化了DCS和電機起動器之間的連接，提高了設(shè)備可用性，使系統(tǒng)的起動、運行和維護(hù)費用大大降低。

電機保護(hù)控制器；M 102-P；PCS7；ProfibusDP

沙特NRCC水泥廠和約旦AMCP水泥廠為6000 t／d熟料的新型干法水泥廠，是中國中建國際裝備股份有限公司的總包項目。整條生產(chǎn)線所有的低壓電機，均使用ABB公司智能型電機控制器裝置M102-P作為保護(hù)控制單元（MCU）。這是在國內(nèi)企業(yè)承包項目中，首次如此大規(guī)模地使用該裝置。筆者參與了整個項目的調(diào)試，現(xiàn)就該智能型電機控制器在項目中的實際應(yīng)用，作一簡單介紹。

1 產(chǎn)品概述

1.1 概述

M101-P/M102-P是具有先進(jìn)的現(xiàn)場總線接口，基于微處理器技術(shù)開發(fā)研制的電動機保護(hù)與控制裝置。由微處理器來執(zhí)行電動機的保護(hù)與控制功能，完成對電動機操作次數(shù)的統(tǒng)計、自診斷以及與上位機的通訊等。

M101-P/M102-P電動機控制裝置，通過對三相電流、電壓的監(jiān)測，實現(xiàn)對電動機的智能化保護(hù)、控制及監(jiān)測；M101-P/M102-P為電動機提供的完備保護(hù)，避免了因電動機過載、堵轉(zhuǎn)、接地故障、斷相等可能故障導(dǎo)致的生產(chǎn)事故，最大限度地保證設(shè)備運行的有效性與安全性。

M101-P/M102-P Profibus DP/RS485的通訊設(shè)計，保證了與上位機通訊的快速可靠，同時能快速響應(yīng)上位機的實時查詢等要求，并執(zhí)行相應(yīng)操作。M101-P/M102-P對電動機運行時間和操作次數(shù)的統(tǒng)計，極大方便了對電動機維護(hù)計劃的制定。

M101-P/M102-P提供專用的操作面板（人機界面）：MD2和MD3。

對于每一個電動機回路，需要配置獨立的M101-P/M102-P來進(jìn)行保護(hù)與控制。

M101-P/M102-P標(biāo)準(zhǔn)的配置，完善的功能，大大簡化了傳統(tǒng)意義上的電動機回路的維護(hù)，降低了設(shè)備維護(hù)成本。

對于電動機及運行設(shè)備來說，M101-P/M102-P的應(yīng)用意味著——可靠的保護(hù)；最大限度的利用；連續(xù)的監(jiān)測；高度的靈活性。

圖1 M 101-P/M 102-P的外形

1.2 M 101-P/M 102-P的結(jié)構(gòu)

M101-P/M102-P由兩部分組成：

（1）主單元。主單元由M101-P/M102-P的所有電子器件組成，固定在標(biāo)準(zhǔn)卡軌上。

（2）電流測量單元。即電流互感器，固定在主單元上。

操作面板MD2即M101-P/M102-P的人機界面，通常安裝在柜體的門板上或抽屜的面板上。通過MD2或MD3面板上的控制按鈕，USB端口，LED指示燈以及LCD顯示屏（MD2采用LCD顯示屏，MD3沒有顯示屏），可以進(jìn)行控制、監(jiān)視和參數(shù)設(shè)置。

2 工作原理及功能簡介

2.1 M 102－P工作原理

項目中采用的型號為M102-P。其基本控制回路是：控制單元通過電流測量模塊、零序模塊采集動力回路信號，通過分析電壓值、電流信號、零序信號來監(jiān)測電機是否運行及是否正常工作，并通過內(nèi)部設(shè)置，以達(dá)到當(dāng)電機在非正常狀態(tài)下工作時停機的要求。

DCS系統(tǒng)則可以通過Profibus—DP總線方便地與基本控制單元進(jìn)行信息交換和控制，便于整個系統(tǒng)的控制與監(jiān)測。

另外，在電氣柜中配上操作面板（MD），方便現(xiàn)場工作人員的操作和查看。

這樣幾個部分就組成了一套完整的電機控制系統(tǒng)。下面對每個組成部分進(jìn)行簡單介紹。

（1）電流測量模塊主要由1臺穿芯式或外置電流互感器組成，根據(jù)測量范圍分為不同的型號，可檢測0.3～630 A的電流信號，這個范圍足以滿足一般工業(yè)系統(tǒng)的要求。在實際應(yīng)用中有時會出現(xiàn)電機電流過?。ㄐ∮?.3 A）的情況，如小型的閥門電機，這種情況下可采用多次穿芯、增大電流的方法解決。

（2）電壓是直接輸入到X3：8－13端子。零序檢測模塊信號接到X3:6，7端子。

（3）基本單元由24V DC供電，配置有8個輸入端（X1：2～9端子），3個繼電器輸出端（X4：7、8、9端子），5個可編程繼電器輸出（X4：1～5端子），RJ11以及Profibus—DP接口（X3：1～5端子），還有X1：11、12是熱敏電阻輸入。

（4）基本操作面板（MD02）通過專用數(shù)據(jù)線與基本單元RJ11接口進(jìn)行連接。面板上包括4個按鈕及4個定義的LED顯示燈，可方便操作、查看參數(shù)。

（5）專用PC電纜，將電腦與基本單元或操作面板連接后即可上傳、下載及修改內(nèi)部參數(shù)，目前使用軟件為MCUSetup，該軟件界面友好，直觀簡單。

這種控制回路模式，產(chǎn)生了3種控制方式：中控控制、面板控制及現(xiàn)場控制。本項目中采用的是中控優(yōu)先控制方式，也就是說在中控不允許設(shè)備啟動及通訊故障的情況下，通過現(xiàn)場按鈕和面板按鈕是無法啟動電機的，這樣就可以有效防止現(xiàn)場誤操作。但出于安全考慮，3種方式的停止命令在任何情況下都是有效的。

2.2 M102－P主要的功能

（1）控制功能。M101-P/M102-P通過對輸出繼電器的控制，實現(xiàn)多種起動控制方式，并通過接觸器輔助觸點的狀態(tài)反饋，對電動機運行狀態(tài)實時監(jiān)測。M101-P/M102-P支持的起動控制方式有：

直接起動；

正反轉(zhuǎn)－直接起動；

Y/△起動；

雙速起動（單/雙繞組）；

自耦變壓器降壓起動；

軟起動控制器；

正反轉(zhuǎn)－軟起動控制器；

饋電單元控制。

注意：電動機控制方式的選擇，必須與外部控制線路相匹配。

（2）保護(hù)功能。M101-P/M102-P通過對電動機的三相電流、三相電壓、漏電電流、熱敏電阻PTC阻值、接觸器狀態(tài)、主開關(guān)狀態(tài)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)對電動機的完善保護(hù)。各種保護(hù)功能相互獨立，多種保護(hù)功能有可能同時觸發(fā)，但只有最先達(dá)到脫扣條件的保護(hù)功能發(fā)出脫扣命令。

所有保護(hù)功能均可通過參數(shù)設(shè)置軟件根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置、啟動或關(guān)閉，調(diào)整保護(hù)值。所有的保護(hù)參數(shù)都需要用戶提供。M101-P/M102-P支持的保護(hù)功能有：

熱過載保護(hù)；

斷相保護(hù)；

三相不平衡保護(hù)；

堵轉(zhuǎn)保護(hù)；

欠電壓保護(hù)；

起動次數(shù)限制保護(hù)；

電動機熱保護(hù)（PTC）；

接地故障保護(hù)；

輕載保護(hù)；

空載保護(hù)。

3 與SIMATIC PCS7 DCS系統(tǒng)的結(jié)合

3.1 M102-P的連接和設(shè)定

M102-P支持Profibus DP協(xié)議，在DCS/PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中它作為Profibus從站。Profibus DP是一種主—從式的現(xiàn)場總線協(xié)議。DCS/PLC系統(tǒng)循環(huán)讀取M101-P/M102-P各輸入點的狀態(tài)，并且能夠?qū)ζ鋱?zhí)行控制命令。

M102-P的ProfibusDP通訊接口芯片，采用西門子公司的SPC3芯片，通訊介質(zhì)通常采用DP總線，其通訊速率最大為1.5Mbit/s。

建立主站（如DCS系統(tǒng)）與從站（M102-P）的通訊過程通常包括：

（1）通過參數(shù)設(shè)置軟件MCUSetup將參數(shù)寫入裝置M102-P，并將其掛到總線上；并通過參數(shù)軟件設(shè)定DCS系統(tǒng)中定義的通訊地址。

（2）通過M102-P的GSD文件進(jìn)行DCS配置。

3.2 DCS系統(tǒng)配置

在CEMAT庫中有標(biāo)準(zhǔn)的M102-P功能模塊，通過M102-P的通訊協(xié)議和系統(tǒng)的編程配置，可以簡單地將M102-P集成到SIMATICPCS 7過程控制系統(tǒng)中，以便于操作員控制和電機的可視化。所有與過程相關(guān)的信息，都以一種透明的方式進(jìn)行顯示。如：操作員控制部件和回檢信號，過程參數(shù) (電機電流、溫度、模擬值、功率)和趨勢，過程故障、過程警報和信息等等。

WINCC里面也集成了針對與M102-P使用的集成控制面板，可對電機的電流、閥門的限位等信號進(jìn)行實時監(jiān)控，進(jìn)一步方便了用戶對電機狀態(tài)的監(jiān)測和控制。

4 智能電機保護(hù)控制器常見故障及排障方法

除了智能型電機保護(hù)控制器應(yīng)用手冊上常見故障及排障方法外，結(jié)合項目的調(diào)試經(jīng)驗，我們將在實際應(yīng)用中遇到的故障及排障方法，列舉如下：

（1）在M102-P操作面板MD2上的Ready綠燈閃爍，則說明M102-P參數(shù)丟失、硬件有故障或已經(jīng)損壞。

（2）在M102-P操作面板上的FAULT常亮，且顯示SerialCOM就是通訊失敗，應(yīng)檢查DP接線或地址設(shè)置。

（3）DP通訊線的抗干擾要求尤為重要，尤其是在有變頻設(shè)備的場所。一般情況下，一路DP線上掛的M102-P過多（超過20個），則要在這路DP電纜的中間串接REPEATER續(xù)發(fā)器，以增加信號強度，并在DP電纜末端須加上終端電阻，以保證通訊的穩(wěn)定，最好是有源電阻。

（4）在DP網(wǎng)調(diào)試過程中，將DP速率保持在1.5 MBPs，信號傳輸穩(wěn)定。但在實際設(shè)備運行后，DP網(wǎng)的中斷頻率非常高，采取的解決辦法是：調(diào)整DP速率及REPEATER續(xù)發(fā)器的串接個數(shù)。

（5）在沙特，原料系統(tǒng)就由于變頻電磁干擾造成設(shè)備跳停，對于DP線做了防電磁處理才正常。

（6）由于M102-P是放置在電氣控制柜內(nèi)部，其DP線是端子連接，要求屏蔽層的剝離長度盡可能短，最好不超過1 cm，且DP接線要牢固。

（7）接地系統(tǒng)要可靠，和電氣接地要嚴(yán)格分開。

5 優(yōu)缺點

在沙特NRCC及約旦AMCP水泥廠項目的調(diào)試過程中，對智能型電機保護(hù)控制器M102-P的應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

5.1 主要優(yōu)點

（1）靈活的軟件功能塊取代硬件對電機的控制；

（2）詳細(xì)的操作、維護(hù)和診斷數(shù)據(jù)；功能全面強大，性能可靠；

（3）通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)PROFIBUSDP，實現(xiàn)開放式通訊，和DCS系統(tǒng)有效的結(jié)合；

（4）操作使用方便、簡單；（5）使用范圍很廣。

5.2 存在的缺點

（1）對于現(xiàn)場環(huán)境要求較高，DP總線對電磁干擾；

（2）在水泥行業(yè)使用范圍比較小；

（3）成本較高；

（4）DP線的連接是端子連接，不可靠，抗干擾能力也差。

6 結(jié)束語

我們認(rèn)為，由于智能電機保護(hù)控制器M102-P所具有的功能，在電機設(shè)備的控制及保護(hù)領(lǐng)域必將會得到更加廣泛的運用。

[1]施慧娟，張雪娟.基于DSP的智能電機保護(hù)器設(shè)計[J].微計算機信息，2006，22（14）:179-181

[2]陳西發(fā).智能型電動機保護(hù)裝置的研制[D].西安：西安理工大學(xué)，2007.

[3]葛瀟敏.TPIM智能保護(hù)器的研究與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2007.

The application of Motor Control Unit in the Cement

LUDa-yong
（Vanda Embodies the Cement Co.,Ltd.,Tengzhou Shandong 277531,China）

Introduced new intelligent motor controller-P M102 ABB protect the working principle,main function,application examples and common problem,this deviceoptimized DCS and motor starter for the connection between the,improve the equipmentavailability,the system starting,operation and maintenance costgreatly reduced.

The electric motor protection controller；M102-P；PCS7；ProfibusDP

TM 921.5

B

1672-545X（2011）08-0199-03

2011-05-20

魯大勇(1971-),男,山東滕州人,工程師,研究方向：儀表工程。