王海芹

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

摘要：根據(jù)對(duì)某機(jī)場(chǎng)的實(shí)際情況的調(diào)研調(diào)試，找出了機(jī)場(chǎng)真空泵電動(dòng)機(jī)經(jīng)常發(fā)生損壞，線圈燒壞的原因，通過(guò)采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)。本文介紹安科瑞電氣有限公司ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能化綜合保護(hù)，集測(cè)量、保護(hù)、控制以及通訊于一體，供工程設(shè)計(jì)中參考。

關(guān)鍵詞：智能化、測(cè)量、保護(hù)、通訊

一、概述：

    電動(dòng)機(jī)作為當(dāng)前應(yīng)用為廣泛的設(shè)備，同時(shí)也是其他機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力源泉，這也就使得電動(dòng)機(jī)的正常工作成為了其驅(qū)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行的前提。而電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為拖動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，對(duì)電動(dòng)機(jī)起著的保護(hù)、控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其大型機(jī)械設(shè)備的遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控、故障診斷以及集中在線監(jiān)測(cè)等功能^[1,2]。如今，電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(yīng)用，在節(jié)能和經(jīng)濟(jì)事業(yè)中有著重要的地位和的作用。

    機(jī)場(chǎng)的真空泵電動(dòng)機(jī)是機(jī)場(chǎng)的一項(xiàng)大型應(yīng)用設(shè)備，進(jìn)一步影響著機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)作，因此，真空泵電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行對(duì)于機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。機(jī)場(chǎng)屬于人流量大，需要全天連續(xù)不斷的運(yùn)作，因而對(duì)真空泵電動(dòng)機(jī)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(shí)排除故障，以保證機(jī)場(chǎng)工作的正常運(yùn)作。

    由于真空泵對(duì)其工作環(huán)境的要求很高，真空泵的排氣壓力過(guò)高時(shí)，都將導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載，如沒(méi)有一定的過(guò)載保護(hù)，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)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(jī)如果經(jīng)常發(fā)生故障，這也就給正常的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。某機(jī)場(chǎng)采用ARD3T智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采集線路中的三相電流、漏電流、電壓、等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)、控制，同時(shí)實(shí)時(shí)采集到真空泵電機(jī)線圈和電機(jī)軸承溫度后，一旦溫度超過(guò)有效范圍則發(fā)出停機(jī)信號(hào)，來(lái)控制大功率真空泵的啟、停，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)真空泵電機(jī)的保護(hù)。在低壓配電系統(tǒng)中使用ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器，不但有效的降低了電動(dòng)機(jī)的故障發(fā)生率，并且用戶可以通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)觀察到電路中電流、電壓、功率等電力參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，減少非計(jì)劃停車次數(shù)，提高了控制回路的自動(dòng)化、智能化水平，極大地降低了設(shè)備管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又提高了管理人員的綜合素質(zhì)。

二、某機(jī)場(chǎng)對(duì)真空泵電動(dòng)機(jī)控制器的要求

    該機(jī)場(chǎng)占地面積大，整個(gè)地形屬于狹長(zhǎng)型。整個(gè)機(jī)場(chǎng)都需要遍布電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)象包括候機(jī)大樓、辦公區(qū)域、就餐區(qū)域、機(jī)場(chǎng)跑道等主要建筑物，因此，機(jī)場(chǎng)內(nèi)使用的真空泵電動(dòng)機(jī)，部分是需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，部分是需要在應(yīng)對(duì)突發(fā)性情況時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)不停機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的，一旦真空泵電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，是不允許出現(xiàn)跳閘停車的現(xiàn)象的，尤其在應(yīng)對(duì)突發(fā)性情況時(shí)，一旦跳閘停機(jī)，將可能造成嚴(yán)重的事故，給機(jī)場(chǎng)以及機(jī)場(chǎng)人員帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且容易造成人員的傷亡。

    該機(jī)場(chǎng)采用ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器的顯示模塊，能夠?qū)崟r(shí)觀察真空泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、頻率等參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，同時(shí)，通過(guò)控制器的通訊功能將信息以快的速度發(fā)送給后臺(tái)并對(duì)故障信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使操作人員*時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障原因并及時(shí)排除故障。

    因此，某機(jī)場(chǎng)對(duì)真空泵電動(dòng)機(jī)控制器的要求如下：

    1）保護(hù)功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等保護(hù)；

    2）測(cè)溫功能：實(shí)現(xiàn)多路測(cè)溫，能接入PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC等傳感器；

    3）顯示功能：通過(guò)分體液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)；

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

三、智能型電動(dòng)機(jī)控制器的描述

    智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是目前具有水平的馬達(dá)智能保護(hù)控制單元，在具有一定的代表性。ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可劃分為主體模塊、測(cè)量模塊、開(kāi)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(gè)模塊，其中主體模塊和測(cè)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(dòng)機(jī)控制器可進(jìn)行編程控制實(shí)現(xiàn)4路開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起、停、調(diào)試等工作。電流測(cè)量范圍可達(dá)0.4A~800A，100A以下標(biāo)配電流互感器（見(jiàn)圖1 100A以下ARD3T產(chǎn)品組成框圖），100A以上通過(guò)外接電流互感器實(shí)現(xiàn)電流的測(cè)量。

    開(kāi)關(guān)量模塊：可實(shí)現(xiàn)對(duì)主體模塊開(kāi)關(guān)量的擴(kuò)展，DI支持無(wú)源接點(diǎn)（弱電）或有源接點(diǎn)（強(qiáng)電）輸入，有源接點(diǎn)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(hào)，傳送給PLC或DCS系統(tǒng)，為PLC或DCS自控設(shè)計(jì)提供重要數(shù)據(jù)。

    溫度模塊：可實(shí)現(xiàn)三路溫度測(cè)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(shí)，顯示值、保護(hù)值單位為℃；傳感器類型為：PTC、NTC時(shí)，顯示值、保護(hù)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(shí)現(xiàn)自控或?qū)⒈Ｗo(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行在線集中監(jiān)視管理。

    顯示模塊：通過(guò)顯示模塊，實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況和三相電流、電壓、功率、電動(dòng)機(jī)的電能等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)視功能；一旦電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，保護(hù)裝置延時(shí)一段時(shí)間后控制主接觸器線圈失電，控制電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確停車。

四、工程典型應(yīng)用方案

圖2 工程典型應(yīng)用方案圖

    如圖2工程典型應(yīng)用方案圖中所示，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA，實(shí)現(xiàn)控制回路的手動(dòng)/自動(dòng)/停止控制方式的選擇，手動(dòng)方式即由操作人員在現(xiàn)場(chǎng)完成，自動(dòng)方式即通過(guò)保護(hù)器的RS485通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電動(dòng)機(jī)，停止方式下電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。在手動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕SB1，軟啟動(dòng)器工作來(lái)控制旁路電路開(kāi)始工作（旁路電路未畫(huà)出），ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器讀取電流互感器LH和漏電流互感器LP的檢測(cè)值，保護(hù)器溫度測(cè)量端口實(shí)時(shí)采集電機(jī)軸承溫度和電機(jī)線圈溫度，并將這些參數(shù)通過(guò)RS485通訊接口發(fā)送給上位機(jī)，若電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等故障，保護(hù)器讀取到的參數(shù)將發(fā)生變化，此時(shí)，保護(hù)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(shí)保護(hù)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(jī)，電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的智能控制、保護(hù)和測(cè)量等。

五、選用ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器帶來(lái)的好處

    對(duì)于機(jī)場(chǎng)這種需要真空泵電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的運(yùn)行的場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)由于長(zhǎng)時(shí)間的電、熱、機(jī)械和化學(xué)作用、電源電壓波動(dòng)大或長(zhǎng)時(shí)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(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于線圈及鐵芯所產(chǎn)生的銅損和鐵損及機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的熱量，電機(jī)必定會(huì)產(chǎn)生熱量，如果線圈的溫度超過(guò)線圈絕緣材料所能夠承受的高溫度時(shí)，絕緣材料容易發(fā)生老化、變脆，終絕緣層被擊穿將燒毀線圈。

    因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)采取一定的保護(hù)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(dòng)機(jī)控制器后帶來(lái)的好處有：

   （1）實(shí)時(shí)顯示參數(shù)，便于現(xiàn)場(chǎng)巡檢

    ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器采用模塊式設(shè)計(jì)方式，主體和測(cè)量模塊可實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)量、保護(hù)和控制功能，通過(guò)連接線即可與其他選配模塊進(jìn)行信息傳遞。在實(shí)際的工程應(yīng)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(shí)通過(guò)液晶界面可對(duì)當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，方便了用戶對(duì)電動(dòng)機(jī)的維護(hù)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(hù)和控制

    在機(jī)場(chǎng)的真空泵控制回路中，對(duì)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(jī)跑道附近，飛機(jī)起飛、降落產(chǎn)生的噪音很大，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間工作在這種環(huán)境中。ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器提供了雙RS-485通訊模塊（Modbus-RTU通訊協(xié)議），通過(guò)RS-485與上位機(jī)之間的通信，能夠方便工程師通過(guò)計(jì)算機(jī)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況等。

    ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)用于機(jī)場(chǎng)真空泵控制系統(tǒng)中，將帶來(lái)很大的勢(shì)如下：

    a. 集中監(jiān)控

    用戶可通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，隨時(shí)查詢各個(gè)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如：電動(dòng)機(jī)電流、電壓、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況、電動(dòng)機(jī)電能等，通過(guò)觀察采集到的信息，用戶可以對(duì)各個(gè)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。

    b. 智能化自控保護(hù)

    用戶在使用ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器后，如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載、缺相、超溫等現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)器將及時(shí)終止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，并對(duì)各種故障信息作出相應(yīng)的指示。在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù)，帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機(jī)保護(hù)器重新起動(dòng)。

    c. 提高了系統(tǒng)安全性、可靠性

    對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由分散于現(xiàn)場(chǎng)的ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器來(lái)完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)、測(cè)量和控制等，對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)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(jìn)一步的提高。

   （3）故障記錄便于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析

    當(dāng)機(jī)場(chǎng)真空泵電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后，應(yīng)及時(shí)將備用電動(dòng)機(jī)投上而不影響運(yùn)行機(jī)制。對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的電動(dòng)機(jī)應(yīng)及時(shí)處理以確保機(jī)場(chǎng)設(shè)備連續(xù)運(yùn)作，早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時(shí)間才能分析出來(lái)，不便于應(yīng)用。而ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)控制器強(qiáng)大的故障記錄、運(yùn)行管理信息為維護(hù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間，提高了排除故障的效率，進(jìn)一步提高了控制回路的性能^[4]。

    ARD3T智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有控制精度高、節(jié)能、保護(hù)動(dòng)作靈敏度高、工作可靠性高等點(diǎn)，使得機(jī)場(chǎng)真空泵電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮過(guò)載能力，又可以避免損壞電動(dòng)機(jī)，不僅提高了電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，也使得生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性得到了大大的提高，做到了可靠性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)：

[1]《ARD智能電動(dòng)機(jī)控制器在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用》 周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[2]《電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用淺析》扁旭濤，《時(shí)代報(bào)告》；

[3]《ARD智能電動(dòng)機(jī)控制器在苯乙烯生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用》周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[4]《淺析電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用》張振偉。