智能型電動機控制器在某機場中的應用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

摘要：根據(jù)對某機場的實際情況的調(diào)研調(diào)試，找出了機場真空泵電動機經(jīng)常發(fā)生損壞，線圈燒壞的原因，通過采用電動機保護器來對電動機進行保護。本文介紹安科瑞電氣有限公司ARD3T智能型電動機保護器，實現(xiàn)電動機智能化綜合保護，集測量、保護、控制以及通訊于一體，供工程設(shè)計中參考。

關(guān)鍵詞：智能化、測量、保護、通訊

一、概述：

    電動機作為當前應用的設(shè)備，同時也是其他機電設(shè)備的動力源泉，這也就使得電動機的正常工作成為了其驅(qū)動的機電設(shè)備正常運行的前提。而電動機保護器作為拖動系統(tǒng)中的一個重要組成部分，對電動機起著的保護、控制作用，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程及其大型機械設(shè)備的遙信、遙測、遙調(diào)、遙控、故障診斷以及集中在線監(jiān)測等功能^[1,2]。如今，電動機保護器的可靠性、安全性在不斷提高，功能也更加完善，在多數(shù)用電領(lǐng)域都得到了廣泛應用，在節(jié)能和經(jīng)濟事業(yè)中有著重要的地位和的作用。

    機場的真空泵電動機是機場的一項大型應用設(shè)備，進一步影響著機場的正常運作，因此，真空泵電動機的正常運行對于機場來說是至關(guān)重要的。機場屬于人流量大，需要全天連續(xù)不斷的運作，因而對真空泵電動機使用的可靠性和穩(wěn)定性提出了*的要求，一旦控制回路發(fā)生故障，馬上找出故障的原因并且及時排除故障，以保證機場工作的正常運作。

    由于真空泵對其工作環(huán)境的要求很高，真空泵的排氣壓力過高時，都將導致電機過載，如沒有一定的過載保護，電機長時間工作在這種條件，很容易損壞。因此，作為其控制回路中的重要組成部分的真空泵電機如果經(jīng)常發(fā)生故障，這也就給正常的生產(chǎn)活動帶來了嚴重的安全隱患。某機場采用ARD3T智能電動機保護器采集線路中的三相電流、漏電流、電壓、等參數(shù)實現(xiàn)對電動機的實時監(jiān)控和保護、控制，同時實時采集到真空泵電機線圈和電機軸承溫度后，一旦溫度超過范圍則發(fā)出停機信號，來控制大功率真空泵的啟、停，并發(fā)出報警信號，從而實現(xiàn)對真空泵電機的保護。在低壓配電系統(tǒng)中使用ARD3T智能型電動機控制器，不但的降低了電動機的故障發(fā)生率，并且用戶可以通過顯示模塊實時觀察到電路中電流、電壓、功率等電力參數(shù)以及電動機的運行狀況，提高了設(shè)備運行的可靠性，減少非計劃停車次數(shù)，提高了控制回路的自動化、智能化水平，大地降低了設(shè)備管理人員的勞動強度，又提高了管理人員的綜合素質(zhì)。

二、某機場對真空泵電動機控制器的要求

    該機場占地面積大，整個地形屬于狹長型。整個機場都需要遍布電動機控制系統(tǒng)，對象包括候機大樓、辦公區(qū)域、就餐區(qū)域、機場跑道等主要建筑物，因此，機場內(nèi)使用的真空泵電動機，部分是需要連續(xù)運轉(zhuǎn)的，部分是需要在應對突發(fā)性情況時實現(xiàn)連續(xù)不停機的運轉(zhuǎn)的，一旦真空泵電動機開始工作，是不允許出現(xiàn)跳閘停車的現(xiàn)象的，尤其在應對突發(fā)性情況時，一旦跳閘停機，將可能造成嚴重的事故，給機場以及機場人員帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且容易造成人員的傷亡。

    該機場采用ARD3T智能型電動機控制器的顯示模塊，能夠?qū)崟r觀察真空泵電動機運行時的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動機的運行狀況，同時，通過控制器的通訊功能將信息以zui快的速度發(fā)送給后臺并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員*時間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時排除故障。

    因此，某機場對真空泵電動機控制器的要求如下：

    1）保護功能：實現(xiàn)對電動機起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等保護；

    2）測溫功能：實現(xiàn)多路測溫，能接入PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC等傳感器；

    3）顯示功能：通過分體液晶顯示模塊實時顯示電動機運行參數(shù)；

    4）通訊功能：帶Modbus-RTU/Profibus-DP通訊接口，與上位機之間進行信息傳遞。

三、智能型電動機控制器的描述

    智能型電動機保護器是目前具有水平的馬達智能保護控制單元，在具有一定的代表性。ARD3T智能型電動機保護器可劃分為主體模塊、測量模塊、開關(guān)量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊、顯示模塊等7個模塊，其中主體模塊和測量模塊是*模塊，稱為基本模塊，附加模塊采用總線供電，不需要外接輔助電源。在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

圖1 100A以下ARD3T產(chǎn)品組成框圖

    基本模塊：ARD3T智能型電動機控制器可進行編程控制實現(xiàn)4路開關(guān)量輸入、輸出，實現(xiàn)電動機的起、停、調(diào)試等工作。電流測量范圍可達0.4A~800A，100A以下標配電流互感器（見圖1 100A以下ARD3T產(chǎn)品組成框圖），100A以上通過外接電流互感器實現(xiàn)電流的測量。

    開關(guān)量模塊：可實現(xiàn)對主體模塊開關(guān)量的擴展，DI支持無源接點（弱電）或有源接點（強電）輸入，有源接點可選交流或直流供電。

    模擬量模塊：該模塊將電路中交流電流、電壓、頻率等參數(shù)轉(zhuǎn)變成直流4-20mA信號，傳送給PLC或DCS系統(tǒng)，為PLC或DCS自控設(shè)計提供重要數(shù)據(jù)。

    溫度模塊：可實現(xiàn)三路溫度測量，可選的傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC。3路傳感器可以是同一類型，也可以是不同的類型。傳感器類型為：PT100、PT1000、Cu50時，顯示值、保護值單位為℃；傳感器類型為：PTC、NTC時，顯示值、保護值單位為Ω。

    通訊模塊：帶Modbus-RTU通訊/Profibus-DP通訊功能，用于系統(tǒng)組網(wǎng)，實現(xiàn)自控或?qū)⒈Ｗo數(shù)據(jù)實時傳送到計算機后臺實現(xiàn)對電動機進行在線集中監(jiān)視管理。

    顯示模塊：通過顯示模塊，實時的顯示當前電動機的運行情況和三相電流、電壓、功率、電動機的電能等參數(shù)，實現(xiàn)了實時監(jiān)視功能；一旦電動機發(fā)生故障，保護裝置延時一段時間后控制主接觸器線圈失電，控制電動機準確停車。

四、工程典型應用方案

圖2 工程典型應用方案圖

    如圖2工程典型應用方案圖中所示，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，實現(xiàn)控制回路的手動/自動/停止控制方式的選擇，手動方式即由操作人員在現(xiàn)場完成，自動方式即通過保護器的RS485通訊接口實現(xiàn)遠程控制電動機，停止方式下電動機無法啟動。在手動模式下，按下啟動按鈕SB1，軟啟動器工作來控制旁路電路開始工作（旁路電路未畫出），ARD3T智能型電動機保護器讀取電流互感器LH和漏電流互感器LP的檢測值，保護器溫度測量端口實時采集電機軸承溫度和電機線圈溫度，并將這些參數(shù)通過RS485通訊接口發(fā)送給上位機，若電動機出現(xiàn)起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過壓、欠壓、繞組超溫等故障，保護器讀取到的參數(shù)將發(fā)生變化，此時，保護器判斷電路故障原因并控制DO2端口輸出為零，則KA2、KA3線圈失電，真空泵停止工作，同時保護器控制停止指示燈以及故障指示燈工作，并將故障信息傳遞給上位機，電路實現(xiàn)了對電動機的智能控制、保護和測量等。

五、選用ARD3T智能型電動機控制器帶來的好處

    對于機場這種需要真空泵電動機長時間不間斷的運行的場合，電動機由于長時間的電、熱、機械和化學作用、電源電壓波動大或長時間工作在高溫高濕環(huán)境出現(xiàn)的的故障形式主要有繞組損壞和軸承損壞兩部分^[3]，電動機在運行過程中，由于線圈及鐵芯所產(chǎn)生的銅損和鐵損及機械摩擦所產(chǎn)生的熱量，電機必定會產(chǎn)生熱量，如果線圈的溫度超過線圈絕緣材料所能夠承受的zui高溫度時，絕緣材料容易發(fā)生老化、變脆，zui終絕緣層被擊穿將燒毀線圈。

    因此，對電動機采取一定的保護是保證控制回路性能高低的關(guān)鍵，所以選用ARD3T智能型電動機控制器后帶來的好處有：

   （1）實時顯示參數(shù)，便于現(xiàn)場巡檢

    ARD3T智能型電動機控制器采用模塊式設(shè)計方式，主體和測量模塊可實現(xiàn)基本的測量、保護和控制功能，通過連接線即可與其他選配模塊進行信息傳遞。在實際的工程應用中，用戶只需要將顯示模塊安裝在配電箱面板上，在使用時通過液晶界面可對當前電動機的運行狀態(tài)一目了然，方便了用戶對電動機的維護和控制。

    在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

   （2）通訊組網(wǎng)便于維護和控制

    在機場的真空泵控制回路中，對于設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)通訊功能的要求較高，特別是在飛機跑道附近，飛機起飛、降落產(chǎn)生的噪音很大，工作人員不能長時間工作在這種環(huán)境中。ARD3T智能型電動機控制器提供了雙RS-485通訊模塊（Modbus-RTU通訊協(xié)議），通過RS-485與上位機之間的通信，能夠方便工程師通過計算機后臺實現(xiàn)遠程控制和在線監(jiān)視設(shè)備的運行狀況等。

    ARD3T智能型電動機控制器運用于機場真空泵控制系統(tǒng)中，將帶來很大的優(yōu)勢如下：

    a. 集中監(jiān)控

    用戶可通過通訊模塊實現(xiàn)在后臺實時監(jiān)測系統(tǒng)中各個電動機的運行狀況，隨時查詢各個點設(shè)備的運行參數(shù)，如：電動機電流、電壓、電動機運行狀況、電動機電能等，通過觀察采集到的信息，用戶可以對各個設(shè)備的電動機運行情況進行實時分析處理。

    b. 智能化自控保護

    用戶在使用ARD3T智能型電動機保護器后，如果電動機出現(xiàn)過載、缺相、超溫等現(xiàn)象時，保護器將及時終止電動機的運行，并對各種故障信息作出相應的指示。在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動或者短時斷電又恢復，帶抗晃電功能時可使電動機保護器重新起動。

    c. 提高了系統(tǒng)安全性、可靠性

    對于現(xiàn)場總線的配電系統(tǒng)來說，由分散于現(xiàn)場的ARD3T智能型電動機控制器來完成對電動機的保護、測量和控制等，對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)沒有直接的依賴性，因此采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的配電系統(tǒng)，其可靠性得到了進一步的提高。

   （3）故障記錄便于現(xiàn)場問題分析

    當機場真空泵電動機發(fā)生故障后，應及時將備用電動機投上而不影響運行機制。對出現(xiàn)問題的電動機應及時處理以確保機場設(shè)備連續(xù)運作，早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時間才能分析出來，不便于應用。而ARD3T智能型電動機控制器強大的故障記錄、運行管理信息為維護人員節(jié)省了大量的時間，提高了排除故障的效率，進一步提高了控制回路的性能^[4]。

    ARD3T智能型電動機保護器具有控制精度高、節(jié)能、保護動作靈敏度高、工作可靠性高等優(yōu)點，使得機場真空泵電動機充分發(fā)揮過載能力，又可以避免損壞電動機，不僅提高了電力拖動系統(tǒng)的可靠性，也使得生產(chǎn)過程的連續(xù)性得到了大大的提高，做到了可靠性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。

參考文獻：

[1]《ARD智能電動機控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應用》 周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[2]《電動機保護器的保護原理及應用淺析》扁旭濤，《時代報告》；

[3]《ARD智能電動機控制器在苯乙烯生產(chǎn)過程中的應用》周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[4]《淺析電動機保護器的保護原理及應用》張振偉。

作者簡介：徐霜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電機保護節(jié)能控制