智能型電機(jī)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(shí)踐

魯大勇

（魯南中聯(lián)水泥有限公司，山東 滕州 277531）

智能型電機(jī)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(shí)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(jī)保護(hù)控制器ABBM 102-P的工作原理、主要功能、應(yīng)用實(shí)例及常見(jiàn)故障和排除方法，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，證明該裝置優(yōu)化了DCS和電機(jī)起動(dòng)器之間的連接，提高了設(shè)備可用性，使系統(tǒng)的起動(dòng)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大大降低。

電機(jī)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(guó)中建國(guó)際裝備股份有限公司的總包項(xiàng)目。整條生產(chǎn)線所有的低壓電機(jī)，均使用ABB公司智能型電機(jī)控制器裝置M102-P作為保護(hù)控制單元（MCU）。這是在國(guó)內(nèi)企業(yè)承包項(xiàng)目中，首次如此大規(guī)模地使用該裝置。筆者參與了整個(gè)項(xiàng)目的調(diào)試，現(xiàn)就該智能型電機(jī)控制器在項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，作一簡(jiǎn)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(chǎng)總線接口，基于微處理器技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制裝置。由微處理器來(lái)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制功能，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)操作次數(shù)的統(tǒng)計(jì)、自診斷以及與上位機(jī)的通訊等。

M101-P/M102-P電動(dòng)機(jī)控制裝置，通過(guò)對(duì)三相電流、電壓的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的智能化保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)；M101-P/M102-P為電動(dòng)機(jī)提供的完備保護(hù)，避免了因電動(dòng)機(jī)過(guò)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(yùn)行的有效性與安全性。

M101-P/M102-P Profibus DP/RS485的通訊設(shè)計(jì)，保證了與上位機(jī)通訊的快速可靠，同時(shí)能快速響應(yīng)上位機(jī)的實(shí)時(shí)查詢等要求，并執(zhí)行相應(yīng)操作。M101-P/M102-P對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間和操作次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，極大方便了對(duì)電動(dòng)機(jī)維護(hù)計(jì)劃的制定。

M101-P/M102-P提供專用的操作面板（人機(jī)界面）：MD2和MD3。

對(duì)于每一個(gè)電動(dòng)機(jī)回路，需要配置獨(dú)立的M101-P/M102-P來(lái)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(jiǎn)化了傳統(tǒng)意義上的電動(dòng)機(jī)回路的維護(hù)，降低了設(shè)備維護(hù)成本。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)及運(yùn)行設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(cè)；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(cè)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(jī)界面，通常安裝在柜體的門板上或抽屜的面板上。通過(guò)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(méi)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(jiǎn)介

2.1 M 102－P工作原理

項(xiàng)目中采用的型號(hào)為M102-P。其基本控制回路是：控制單元通過(guò)電流測(cè)量模塊、零序模塊采集動(dòng)力回路信號(hào)，通過(guò)分析電壓值、電流信號(hào)、零序信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)是否運(yùn)行及是否正常工作，并通過(guò)內(nèi)部設(shè)置，以達(dá)到當(dāng)電機(jī)在非正常狀態(tài)下工作時(shí)停機(jī)的要求。

DCS系統(tǒng)則可以通過(guò)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(gè)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測(cè)。

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

這樣幾個(gè)部分就組成了一套完整的電機(jī)控制系統(tǒng)。下面對(duì)每個(gè)組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

（1）電流測(cè)量模塊主要由1臺(tái)穿芯式或外置電流互感器組成，根據(jù)測(cè)量范圍分為不同的型號(hào)，可檢測(cè)0.3～630 A的電流信號(hào)，這個(gè)范圍足以滿足一般工業(yè)系統(tǒng)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電機(jī)電流過(guò)小（小于0.3 A）的情況，如小型的閥門電機(jī)，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(cè)模塊信號(hào)接到X3:6，7端子。

（3）基本單元由24V DC供電，配置有8個(gè)輸入端（X1：2～9端子），3個(gè)繼電器輸出端（X4：7、8、9端子），5個(gè)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(guò)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(gè)按鈕及4個(gè)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(jiǎn)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(chǎng)控制。本項(xiàng)目中采用的是中控優(yōu)先控制方式，也就是說(shuō)在中控不允許設(shè)備啟動(dòng)及通訊故障的情況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)按鈕和面板按鈕是無(wú)法啟動(dòng)電機(jī)的，這樣就可以有效防止現(xiàn)場(chǎng)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(guò)對(duì)輸出繼電器的控制，實(shí)現(xiàn)多種起動(dòng)控制方式，并通過(guò)接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)反饋，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。M101-P/M102-P支持的起動(dòng)控制方式有：

直接起動(dòng)；

正反轉(zhuǎn)－直接起動(dòng)；

Y/△起動(dòng)；

雙速起動(dòng)（單/雙繞組）；

自耦變壓器降壓起動(dòng)；

軟起動(dòng)控制器；

正反轉(zhuǎn)－軟起動(dòng)控制器；

饋電單元控制。

注意：電動(dòng)機(jī)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(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的完善保護(hù)。各種保護(hù)功能相互獨(dú)立，多種保護(hù)功能有可能同時(shí)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(guò)參數(shù)設(shè)置軟件根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置、啟動(dòng)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(guò)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(dòng)次數(shù)限制保護(hù)；

電動(dòng)機(jī)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(chǎng)總線協(xié)議。DCS/PLC系統(tǒng)循環(huán)讀取M101-P/M102-P各輸入點(diǎn)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(guò)程通常包括：

（1）通過(guò)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(guò)參數(shù)軟件設(shè)定DCS系統(tǒng)中定義的通訊地址。

（2）通過(guò)M102-P的GSD文件進(jìn)行DCS配置。

3.2 DCS系統(tǒng)配置

在CEMAT庫(kù)中有標(biāo)準(zhǔn)的M102-P功能模塊，通過(guò)M102-P的通訊協(xié)議和系統(tǒng)的編程配置，可以簡(jiǎn)單地將M102-P集成到SIMATICPCS 7過(guò)程控制系統(tǒng)中，以便于操作員控制和電機(jī)的可視化。所有與過(guò)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(hào)，過(guò)程參數(shù) (電機(jī)電流、溫度、模擬值、功率)和趨勢(shì)，過(guò)程故障、過(guò)程警報(bào)和信息等等。

WINCC里面也集成了針對(duì)與M102-P使用的集成控制面板，可對(duì)電機(jī)的電流、閥門的限位等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步方便了用戶對(duì)電機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制。

4 智能電機(jī)保護(hù)控制器常見(jiàn)故障及排障方法

除了智能型電機(jī)保護(hù)控制器應(yīng)用手冊(cè)上常見(jiàn)故障及排障方法外，結(jié)合項(xiàng)目的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，我們將在實(shí)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(shuō)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(chǎng)所。一般情況下，一路DP線上掛的M102-P過(guò)多（超過(guò)20個(gè)），則要在這路DP電纜的中間串接REPEATER續(xù)發(fā)器，以增加信號(hào)強(qiáng)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(guò)程中，將DP速率保持在1.5 MBPs，信號(hào)傳輸穩(wěn)定。但在實(shí)際設(shè)備運(yùn)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(gè)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(duì)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(zhǎng)度盡可能短，最好不超過(guò)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(kāi)。

5 優(yōu)缺點(diǎn)

在沙特NRCC及約旦AMCP水泥廠項(xiàng)目的調(diào)試過(guò)程中，對(duì)智能型電機(jī)保護(hù)控制器M102-P的應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

5.1 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）靈活的軟件功能塊取代硬件對(duì)電機(jī)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(qiáng)大，性能可靠；

（3）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)PROFIBUSDP，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式通訊，和DCS系統(tǒng)有效的結(jié)合；

（4）操作使用方便、簡(jiǎn)單；（5）使用范圍很廣。

5.2 存在的缺點(diǎn)

（1）對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求較高，DP總線對(duì)電磁干擾；

（2）在水泥行業(yè)使用范圍比較?。?/p>

（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(yǔ)

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

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

[2]陳西發(fā).智能型電動(dòng)機(jī)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(shí)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。