一种基于现场总线以及OPC技术的新型智能马达控制中

MNS iS是基于ABB传统抽出式紧凑型低压开关柜MNS 3.0和智能化开关柜MNS INSUM经验的基础上于2005年推出的升级版。新产品进行了设计概念上以及多项技术上的革新。

从设计概念上看，MNSIS是智能化马达控制中心的一个整体解决方案，不仅仅考虑了马达保护的智能元件，而且综合考虑了通讯和网络结构的需要，在柜体结构上和检测技术上进行了革新。 MNS iS使马达控制中心达到了前所未有的标准化与模块化。并在结构上达到了一次与二次部分的完全分离，使产品更以易于使用，维护，甚至升级。它采用了通用的第三方硬件和软件，增加了产品的开放性与通用性。

1 MNS iS智能化马达控制中心的结构特点

1.1 一次部分

MNSIS 的一次部分采用抽屉式设计，称为M starter，抽屉内仅安装马达回路的一次元器件如主开关和接触器。众所周知，马达保护回路的一次部分元器件配合变化不多，但控制部分的要求则千变万化。如果把控制部分从主回路中分离出来，主回路标准化是可能的。

MNS iS中，各种不同类型的马达起动器回路的一次元器件的选型和配合根据 IEC60947-4-1马达保护和配合TYPE 2类型的要求选定，并被固定下来，这个一次回路所需的抽屉尺寸也就得以确定。所有不同额定功率的马达起动器回路可以被分成标准的30到40种抽屉，再考虑到不同的起动方式(如DoL,REV,SD)，短路容量(50kA, 80kA，等)以及主开关的类别(如断路器，或者是熔断器)，有限数量的抽屉类型就被确定下来，以进行标准化生产。设计人员不再需要进行诸如主开关，接触器的选型。在知道马达回路的各项参数后，唯一的M Starter即被确定。例如：3kw马达起动器，400V, 50kA，主开关采用MCCB，直接起动。

根据这些信息就可以唯一确定一个M starter，其尺寸为6E/4。根据其订货号，客户即可从厂家处直接购买到经过功能测试的，完整的一次抽屉。其内部的元件配合，结构和组装已经得到了完整的考虑和优化的设计。

1.2 智能传感器

在M starter内部，MNS iS采用了一项对于低压开关柜行业来说全新的智能传感技术。它是从汽车工业中沿用而来的一项基于分流电阻的智能传感技术，通过一块嵌入导体的芯片来完成检测功能。智能传感器被安装于 M Starter 的出线端，可以同时测得出线端导体上的电压，电流以及温度。传感器的输出为数字信号，通过数据线接人端子，并经由二次转接件(Control condapter)引出至 MNS iS控制模块的插槽。智能传感器代替了传统的电流互感器，并带来了电流互感器所不具备的优点。首先，体积减小，节省了安装空间。其次，精度提高。传统的 CT根据电磁感应的原理工作，因为磁饱和的特性，它的测量值是非线性的，仅能保证一个中间测量范围的精度。而智能传感器在其全测量范围内的的测量值均数字化，精度得到了良好的保证。再次，减少了传感器线圈所带来的功率损耗，降低了柜子的发热量。

1.3 二次控制、保护和通信单元

MNS iS的保护和控制单元是 M Control。M Control采用可插拔式安装，直接插入在二次转接件的卡槽内。它能读取从 M starter 内部的智能传感器输出的数字化的电参量信号，并在内部的微处理器对所读取的电参量，以及从M Starter中引出的开关量信号进行计算和判断，通过输出信号控制接触器的分合闸达到马达的保护和控制功能。因为M Control读取的是数字或开关量信号，对于不同的功率的马达回路，M Control 的硬件是完全相同的，而要实现不同的保护功能，M Control可以下载不同的软件模块。M Control还具备通讯功能，可以将检测到的马达回路的所有电参量，保护信息，状态信息，甚至维护信息发送个柜子的通讯中心M Link, M Link再将信息上传至上层控制系统。

M Control的保护功能包括：

热过载保护热过载保护(防爆电机)

相不平衡保护

缺相保护

欠电压保护

马达温度保护(PTC)

接地故障保护

堵转保护

欠载保护

空载保护

基于功率因数的欠载保护

起动次数限制保护

紧急停车

M Control的监测功能包括：

马达状态监测(起停，分合闸，脱扣状态)

相电流

出线电缆温度

计算的热容量

脱扣剩余时间

复位剩余时间

相电压

功率因数

有功功率

无功功率

视在功率

接地故障电流

频率

数字输入输出量

模拟输入输出量

M Control可传递的维护信息包括：

出线温度信息

接触器开合次数信息

马达运行时间信息

M Starter的插拔次数信息

M Starter的类型监测

MControl自身的位置监测

M Control可传递的系统信息包括：

安全模式

控制权限设定

主开关分合闸位置监测

接触器分合闸位置反馈

起动器Ready指示

控制电压监测

自动重起动

1.4 一二次分离的结构设计

MNS is采用了一二次部分完全分离的结构设计。MNS iS有两个电缆小室，二次元件M Control 以及所有的控制线、通讯线都布置在位于柜子左边的控制电缆室内，而一次电缆则布置在位于柜子右边的电力电缆室内。一次部分M Starter通过已经将所有的接线预先接好的二次转接件与控制部分M control相连接。一次出线则与传统的MNS3.0相同，小于全宽度的抽屉(6E/4,6E/2)通过一次转接件将出线端子引出至电缆小室，等于全宽度的抽屉(6E, SE及以上)则直接经过电缆接线单元引出至电缆小室。

一二次分离的设计最大程度上地减小了电力电缆对通讯电缆引起的干扰，并使不同专业的人员在各自独立的区域进行接线和维护工作，较好地保证了人员的安全性。一二次解祸的设计也使得将来随着电子技术的发展，有更好的控制和保护单元时，单独对二次元件的更新换代成为可能。

2 系统网络结构与通讯

在MNS iS系统里，M Control收集到的信息被传送到通讯接口模块M Link .它是一个通讯中心，一个M Link向下连接M Control，向上它提供多个不同协议的通讯接口以接入上层控制系统和电气工作站。如通过现场总线Modbus RTU或Profibus DP 协议接入DCS，同时还可以通过Ethernet TCP/IP协议接入电气工作站。