摘要：本篇介紹了ABB公司最新開發(fā)的基于現(xiàn)場總線以及 OPC 技術(shù)的新型智能化馬達控制中MNS iS系統(tǒng)，從產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)特點、主要功能、通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)幾個主要方面進行了介紹和分析。 MNS is的結(jié)構(gòu)更加模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，使得設(shè)計和應(yīng)用更加簡單；采用智能傳感器從而使得一二次分離的結(jié)構(gòu)
MNS iS是基于ABB傳統(tǒng)抽出式緊湊型低壓開關(guān)柜MNS 3.0和智能化開關(guān)柜MNS INSUM經(jīng)驗的基礎(chǔ)上于2005年推出的升級版。新產(chǎn)品進行了設(shè)計概念上以及多項技術(shù)上的革新。
從設(shè)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的需要，在柜體結(jié)構(gòu)上和檢測技術(shù)上進行了革新。 MNS iS使馬達控制中心達到了前所未有的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化。并在結(jié)構(gòu)上達到了一次與二次部分的完全分離，使產(chǎn)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(chǎn)品的開放性與通用性。
1 MNS iS智能化馬達控制中心的結(jié)構(gòu)特點
1.1 一次部分
MNSIS 的一次部分采用抽屜式設(shè)計，稱為M starter，抽屜內(nèi)僅安裝馬達回路的一次元器件如主開關(guān)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?nèi)f化。如果把控制部分從主回路中分離出來，主回路標(biāo)準(zhǔn)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(jù) 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(biāo)準(zhǔn)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(guān)的類別（如斷路器，或者是熔斷器），有限數(shù)量的抽屜類型就被確定下來，以進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。設(shè)計人員不再需要進行諸如主開關(guān)，接觸器的選型。在知道馬達回路的各項參數(shù)后，唯一的M Starter即被確定。例如：3kw馬達起動器，400V, 50kA，主開關(guān)采用MCCB，直接起動。
根據(jù)這些信息就可以唯一確定一個M starter，其尺寸為6E/4。根據(jù)其訂貨號，客戶即可從廠家處直接購買到經(jīng)過功能測試的，完整的一次抽屜。其內(nèi)部的元件配合，結(jié)構(gòu)和組裝已經(jīng)得到了完整的考慮和優(yōu)化的設(shè)計。
1.2 智能傳感器
在M starter內(nèi)部，MNS iS采用了一項對于低壓開關(guān)柜行業(yè)來說全新的智能傳感技術(shù)。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(shù)，通過一塊嵌入導(dǎo)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(dǎo)體上的電壓，電流以及溫度。傳感器的輸出為數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)線接人端子，并經(jīng)由二次轉(zhuǎn)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(jù)電磁感應(yīng)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(nèi)的的測量值均數(shù)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(zhuǎn)接件的卡槽內(nèi)。它能讀取從 M starter 內(nèi)部的智能傳感器輸出的數(shù)字化的電參量信號，并在內(nèi)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(guān)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(shù)字或開關(guān)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(zhuǎn)保護
欠載保護
空載保護
基于功率因數(shù)的欠載保護
起動次數(shù)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(fù)位剩余時間
相電壓
功率因數(shù)
有功功率
無功功率
視在功率
接地故障電流
頻率
數(shù)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(shù)信息
馬達運行時間信息
M Starter的插拔次數(shù)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(quán)限設(shè)定
主開關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計
MNS is采用了一二次部分完全分離的結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)，而一次電纜則布置在位于柜子右邊的電力電纜室內(nèi)。一次部分M Starter通過已經(jīng)將所有的接線預(yù)先接好的二次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)過電纜接線單元引出至電纜小室。
一二次分離的設(shè)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(shè)計也使得將來隨著電子技術(shù)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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。
M Link與M Control之間的通訊采用的是RS485接口，10base－I協(xié)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(xiàn)場總線與上層DCS 控制系統(tǒng)進行通訊。這時候 M Link 相當(dāng)于主從通訊結(jié)構(gòu)下一個標(biāo)準(zhǔn)的從機。當(dāng)用戶的馬達個數(shù)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 Ethemet 連接組成局域網(wǎng)絡(luò)。
2.1 人機界面
帶有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)瀏覽設(shè)備可以方便地接入由 M Link 連接而成的局域網(wǎng)絡(luò)，如個人電腦或 M View。M View是一個通用的第三方產(chǎn)品：觸摸屏，電子產(chǎn)品市場上銷售的帶有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口的觸摸屏都可以接入。個人電腦通過網(wǎng)絡(luò)線接入M Link或通過集線器接入由多個M Link組成的局域網(wǎng)后，不需要另外安裝任何軟件，只需點擊網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(ie)，并在地址欄內(nèi)鍵入其中一臺M Link的IP地址，這個局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(guān)柜，并且每一個馬達回路的的實際位置和狀態(tài)都能通過一個直觀的圖形界面顯示出來。繼續(xù)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(tài)信息，并根據(jù)操作權(quán)限的設(shè)定，還可以對馬達進行起停等操作。
2.2 M Control的參數(shù)設(shè)定
M Link內(nèi)的存儲器記錄著與之相連的所有M Control的位置，馬達參數(shù)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(jù)獲得的位置信息就能發(fā)現(xiàn)并確定新的M Control，并將存儲的參數(shù)和配置信息自動下發(fā)給它，M Control 的配置就自動完成了。這種方式使得開關(guān)柜得調(diào)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(fā)給M Control的配置信息中包括某個位置上的M Control所對應(yīng)的M Starter的類型信息，這個信息告訴M Control在此位置上它應(yīng)該對應(yīng)的M starter的唯一類型。當(dāng)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(fā)現(xiàn)不匹配，則M Control會發(fā)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(dāng)正確的 M starter 被插人到這個位置上時，告警復(fù)位，用戶操作功能恢復(fù)正常。
2.3 時間同步
大型工業(yè)用戶的控制網(wǎng)絡(luò)通常希望在整個控制網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的所有事件和告警都有一個共同的時間標(biāo)簽。在MNS iS中，M Link可以作為一個時間服務(wù)器，為所有的 M Control提供時間信息，MNS iS從而可以提供帶有統(tǒng)一時間標(biāo)簽的信息。若用戶的網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)有時間服務(wù)器時，M Link可以從網(wǎng)絡(luò)讀取時間信息以供M Control使用；若用戶網(wǎng)絡(luò)中沒有時間服務(wù)器，M Link可以被設(shè)置為M Control共用的時間服務(wù)器，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中連接有多個M Link的時候，僅設(shè)置其中的一臺M Link為時間服務(wù)器，而其它的M Link則從被設(shè)置為時間服務(wù)器的M Link上讀取時間信息，這樣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有所發(fā)生的所有告警、脫扣等事件就可以有一個共同的時間標(biāo)簽。
2.4 OPC Server
采用現(xiàn)場總線方式與過程控制系統(tǒng)進行的信息交換都基于一個通用的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，如Profibus或者Modbus．信息交換的數(shù)據(jù)格式是預(yù)先定義好的，如iS采用的 Profibus協(xié)議是Profibus用戶組織制定的馬達管理類通訊標(biāo)誰?，F(xiàn)場總線方式進行的數(shù)據(jù)交換響應(yīng)速度快，但信息量受到較大的限制。而對于資產(chǎn)管理系統(tǒng)，電氣監(jiān)測站或者SCADA系統(tǒng)來說，關(guān)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(jīng)由M Link，通過用于數(shù)據(jù)交換的OPC接口，大量的信息可以被傳送至上層的監(jiān)測系統(tǒng)。
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(shù)。這項技術(shù)使得不同的上層系統(tǒng)與開關(guān)柜系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)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(tǒng)的連接服務(wù)器內(nèi)，成為控制系統(tǒng)的一部分。它能夠自動搜索網(wǎng)絡(luò)中所有的M Link，并且自動配置并進行數(shù)據(jù)交換。
MNS iS能夠同時處理多個應(yīng)用的信息請求，例如，過程控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線獲得數(shù)據(jù)的同時，上層SCADA系統(tǒng)正通過OPC數(shù)據(jù)交換獲得一個報告。
3 結(jié)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(tǒng)的開關(guān)柜內(nèi)，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(tǒng)的通訊工能和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體考慮了開關(guān)柜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使之成為一個標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，易操作而功能強大的系統(tǒng)，設(shè)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(tǒng)有很好的兼容性和開放性。
（轉(zhuǎn)載）
