基于DeviceNet總線技術(shù)的智能馬達(dá)控制中心研究

劉春陽(yáng)

【摘要】介紹了智能馬達(dá)控制中心（IMCC）的系統(tǒng)原理及其涉及到的羅克韋爾電機(jī)過(guò)載繼電器E3Plus的功能、特點(diǎn)和DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】智能馬達(dá)控制；DeviceNet；E3Plus

1.智能MCC的發(fā)展?fàn)顩r

智能MCC在控制工程中應(yīng)用非常廣泛。常規(guī)的MCC只包括機(jī)電元件，而且所有連接都是通過(guò)硬接線實(shí)現(xiàn)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在某些場(chǎng)合已不能滿足工況的要求，因此工業(yè)控制技術(shù)已經(jīng)由自動(dòng)化向智能化過(guò)渡，智能型MCC采用新型的智能元件和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，逐步向自動(dòng)化集成型發(fā)展，將硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密地聯(lián)系在一起。將傳統(tǒng)MCC中的熱繼電器、變頻器、軟啟動(dòng)器等中插接通訊模塊，將各個(gè)智能元器件通過(guò)集成架構(gòu)中開放的、無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)和可視化人機(jī)界面技術(shù)集成在一個(gè)統(tǒng)一的、便于管理的控制平臺(tái)下全新電機(jī)控制解決方案。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如下圖所示典型的智能MCC系統(tǒng)：

該系統(tǒng)建立了以E3 Plus電機(jī)過(guò)載繼電器為控制單元的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)E3Plus工作站通過(guò)DeviceNet 總線連接到PLC。在PLC中加裝了一塊轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和DeviceNet的通信，然后再通過(guò)交換機(jī)連接到上位機(jī)，對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)管理，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。

3.E3 Plus功能和特點(diǎn)

E3 Plus智能電機(jī)過(guò)載繼電器是一種基于微處理器的智能化、電子式過(guò)載繼電器,用于對(duì)0.4A～5000A 額定工作電流的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供保護(hù)。

3.1 E3 Plus智能電機(jī)過(guò)載繼電器的功能

3.1.1脫扣保護(hù)及報(bào)警功能

E3 Plus具有過(guò)載、缺相、失速、堵轉(zhuǎn)、欠載、電流不平衡、接地故障和過(guò)熱輸入( PTC 熱敏電阻)等7 種保護(hù)和報(bào)警功能。

3.1.2電流監(jiān)控功能

E3 Plus允許用戶通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各相電流、各相電流占電動(dòng)機(jī)滿載電流的百分比、平均電流、平均電流占電動(dòng)機(jī)滿載電流的百分比、熱容量利用率、不平衡電流百分比和接地故障電流等運(yùn)行參數(shù)。

3.1.3診斷參數(shù)

E3 Plus允許用戶通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、脫扣狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、距離脫扣時(shí)間、距離脫扣后重新啟動(dòng)時(shí)間和最近5次脫扣原因記錄等診斷及狀態(tài)參數(shù)。但需要注意的是上述各項(xiàng)功能均必須在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用,通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)的連接,可隨時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。

3.2 E3 Plus 智能電機(jī)過(guò)載繼電器的特點(diǎn)

3.2.1狀態(tài)監(jiān)控功能

E3 Plus對(duì)狀態(tài)的監(jiān)視包括兩方面:首先是對(duì)智能繼電器本身狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,可以通過(guò)智能繼電器的面板直接觀察繼電器輸入/輸出端子的狀態(tài)、脫扣與報(bào)警的狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信的狀態(tài)等,也可以通過(guò)DeviceNet進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)視。其次是對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視,用戶可以監(jiān)測(cè)到電動(dòng)機(jī)的單相電流、平均電流、熱容量利用率、不平衡電流百分比、接地故障電流、最近5次脫扣記錄等重要參數(shù), 這只能通過(guò)設(shè)備網(wǎng)在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)。E3 Plus的在線控制功能主要體現(xiàn)為脫扣、報(bào)警參數(shù)的設(shè)置和對(duì)輔助輸出端子OUT A以及OUT B的程序控制。通過(guò)上位機(jī),用戶可以設(shè)置滿載電流、脫扣或報(bào)警的級(jí)別、標(biāo)準(zhǔn)、延時(shí)、抑制時(shí)間等控制參數(shù)。OUT A和OUT B的狀態(tài)不僅可以在面板和DeviceNet上直接觀察,而且可以映射到可編程控制器PLC的輸出列表中。也就是將OUT A和OUT B與PLC的輸出文件建立一種對(duì)應(yīng)關(guān)系,這樣就可以通過(guò)PLC控制OUT A和OUT B的狀態(tài)。

3.2.2預(yù)警功能

E3 Plus具有預(yù)警保護(hù)功能,用戶可以根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。一般的繼電器只提供脫扣保護(hù),當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿足脫扣條件時(shí),繼電器脫扣,設(shè)備停止運(yùn)行,沒有任何提醒,會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)突發(fā)故障。對(duì)于E3Plus智能電機(jī)過(guò)載繼電器,用戶可以設(shè)置報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)為<1.2倍額定電流,當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障趨勢(shì)時(shí),實(shí)際電流低于脫扣電流,智能繼電器將發(fā)出報(bào)警,可以有效降低故障的影響。

3.2.3網(wǎng)絡(luò)通信功能

E3Plus是基于DeviceNet的產(chǎn)品,并由DeviceNet提供電源,用戶可以通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析等功能,對(duì)電動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)的故障預(yù)警進(jìn)行快速應(yīng)對(duì),確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。

4.DeviceNet總線技術(shù)

DeviceNet是一種用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的具有世界領(lǐng)先水平的低成本、設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)。它為簡(jiǎn)單工業(yè)設(shè)備和高端設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和通信,DeviceNet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為一種很成熟的技術(shù)，E3Plus電機(jī)過(guò)載繼電器又具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，因此建立以E3 Plus電機(jī)過(guò)載繼電器為控制單元的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)是很容易實(shí)現(xiàn)的。本文提出的是一般化DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，選用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)完成電機(jī)的集成控制還具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如：

①支持設(shè)備的熱插拔，可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在線修改網(wǎng)絡(luò)配置，便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和改造。

②網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的安裝比傳統(tǒng)的I/O布線更加節(jié)省費(fèi)用，尤其是設(shè)備分布在幾百米范圍內(nèi)時(shí)，更有助于降低安裝成本。

③利用RSNetwork for DeviceNet可方便的對(duì)網(wǎng)上設(shè)備進(jìn)行配置，測(cè)試和管理。網(wǎng)上設(shè)備以圖形方式顯示工作狀態(tài)，一目了然。

5.智能馬達(dá)控制中心的優(yōu)點(diǎn)

（1）智能馬達(dá)保護(hù)器提供了對(duì)馬達(dá)的高水平保護(hù)；更加精確的運(yùn)行參數(shù)測(cè)量；更加全面的保護(hù)功能和模式；預(yù)報(bào)警機(jī)制降低了事故發(fā)生機(jī)率；詳細(xì)的故障信息記錄，便于我們分析故障原因。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)的集中管理，提供操作靈活性和安全性。

（3）提供了全系列的馬達(dá)保護(hù)方案，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需要為馬達(dá)選擇不同的保護(hù)功能。

（4）使得馬達(dá)保護(hù)系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)以及企業(yè)管理信息系統(tǒng)連通，以最低的綜合成本提升生產(chǎn)效率和管理水平。

（5）降低項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)期的費(fèi)用。采用智能保護(hù)方式，減少了馬達(dá)故障頻度和故障修復(fù)時(shí)問(wèn)，大大降低了故障帶來(lái)的生產(chǎn)損失。

6.結(jié)論

采用IMCC專業(yè)化智能管理方案，除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子排（箱）、I/0卡件、模擬量變送器等。而且智能設(shè)備就地安裝，與上位機(jī)通過(guò)通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立，裝置之間僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。這種分布式控制系統(tǒng)與集中化管理相結(jié)合的模式，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性，是當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制的主要潮流。[科]

【參考文獻(xiàn)】

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