摘要：本文介紹安科瑞電氣有限公司ARD智能電動機控製器，在低壓電動機控製、保護、測量、通訊等方麵的最新解決方案，供工程設計中參考。

關鍵詞：低壓電動機 智能控製 保護測量 通訊 現場總線

一
、概述：

    隨著工業自動化水平的提高及各行業電動機應用的增多，單機容量的增大，這一數量龐大的電動機
，按電壓等級可分為10kV電動機、6kV電動機、380V電動機，按重要性可分為1類負荷、2類負荷、3類負荷，按容量可分為大型電動機、中型電動機、小型電動機。

    單純的依賴DCS係統，或PLC控製係統
，僅能完成對電動機的基本控製功能，而其保護、測量、整定、故障記錄等功能還依賴大量的其他外圍設備來完成，隨著微機通訊技術的發展，采用分散分布式的結構集中控製、保護
、測量、通訊功能於一體的綜合自動化裝置將是今後發展的方向。

    微機式智能保護設備可靠性、anquanxingzaibuduandetigao，qigongnengyegengjiawanshan，yingyonggengjiaguangfan，yiguowaizhumingdedianqigongsixiangjituichudiyadiandongjizonghebaohuhekongzhishebeiweibiaozhi，yizhongquanxindediyamadakongzhibaohujiejuefangandansheng，bijiaoyoudaibiaoxingdeyou：阿爾斯通公司、羅克韋爾公司、東芝公司
、西門子公司。ARD電動機保護器是目前國內具有國際水平的馬達智能保護控製單元，在國內具有一定代表性。

    ARD在電動機控製中，取代了傳統方案中的許多繁雜的二次接線
，僅需接觸器配合就可完成多種操作和大量的保護通訊功能。

    操作功能具有：直接起動、雙向起動、星三角起動、停車等功能
，可以編程就地操作或者設成遠程控製，另外還可以通過編程器實現斷路器的“三遙”測控。

    保護功能具有：過載反時限（多種等級曲線可選）、過流
、漏電接地、欠流、三相不平衡、熱保護、接觸器吸合狀態檢測、起動超時、欠壓等保護功能。

    監視功能：三相運行電流顯示、電機起動電流顯示。

    維護功能：起動次數、運行時間、接觸器故障、曆史故障信息查看、報警信息顯示等功能。

    通訊功能：具有RS485接口
，可掛接PROFIBUS現場總線、MODBUS現場總線。可實現“四遙”功能。

二、ARD係列電動機保護器的突出優勢

    ARD電動機保護器，是國內比較有影響力的產品。現在


，電動機饋線保護控製係統從設計
、安裝、tiaoshidaotouruyunxing
，qizhouqiyuelaiyueduan，erduizhuangzhideyaoqiuqueriyitigao，zhejiuyaozhegexitongbixujiegoujincou，zhinenghuachengdugao，gongnengqiangda，shimeitaidiandongjijunyouzuijiadebaohu，bingqiejiexianjinliangjiandan。ARD正是基於以上要求設計的。

    1.1ARD本身除具備正常的直接起動
、雙向起動、星三角起動
、停車等控製功能外，還能通過編程器

，編程為就地操作或者遠程控製。使得傳統方案中複雜的二次接線
，如：起
、停邏輯電路，電氣互鎖邏輯電路，都可以取消
，ARD的一切邏輯都由芯片完成，大大降低了接線成本。

    1.2保護功能更加完善，導致電動機的過載原因很多
，如負荷過載、相故障、轉子失速
、起動超時

，裝置針對以上故障都可以進行正確判斷並且進行保護。ARD除具有過載、過流、欠流、漏電故障保護外，還可以實現三相電流不平衡

，電機斷相保護

、過熱保護和接地故障監視功能。通過編程器可對裝置參數進行設定。取消了傳統功能單一結構複雜的熱繼電器、電流表、互感器、變送器
、I/O模塊
、大熔點的操作按鈕
、以及二次繼電器和線纜等。

    1.3配合操作顯示模塊，具有電流、故障類別
、起動電流、起動時間、操作次數等顯示功能。ARD顯示模塊可進行定值設置，性能測試

，故障查詢等多種操作。通過串行接口，與現場總線係統的連接，實現通訊組網，總線控製。

    1.4小巧的體積和靈活的安裝方式。ARD可配顯示模塊使用
，也可以單獨使用，可以水平安裝，也可以豎直安裝，ARD的體積81.5×90×86，整個體積大約隻有一個接觸器大小。

總之，ARD取代傳統的接線，既節約了元器件，使總投資成本下降，又大幅度提高電機控製的可靠性和自動化水平。（見下圖1圖2傳統方案與ARD方案的比較）

圖1 傳統方案

圖2 ARD馬達保護方案

三、先進的控製單元

    硬件線路有兩大部分，馬達控製器的核心部件為MCF51EM256
，主要完成數據采集，數據處理及各種控製和保護功能；PROFIBUS-DP接口核心部件為VPC3和12C5A，SPC3為PROFIBUS-DP專用協議芯片，負責將主站送來的數據拆包，並將其送往12C5A
，同時將12C5A傳來的數據打包，上傳給主站。12C5A是MCF51EM256和VPC3之間的橋梁
，負責將MCF51EM256送來的數據傳給VPC3，同時將VPC3拆包後的數據下傳給MCF51EM256。馬達控製器和PROFIBUS-DP接口之間采用RS485串行接口交換數據（通訊協議滿足MODBUS），馬達控製器和PROFIBUS-DP接口為兩塊相對獨立的模塊，如不需聯網，可以不選用此功能
，這樣可以降低產品的成本。

圖3 ARD原理圖

四、簡便快捷的操作功能

    ARD具(ju)備(bei)非(fei)常(chang)廣(guang)泛(fan)的(de)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，它(ta)可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)的(de)作(zuo)為(wei)電(dian)動(dong)機(ji)直(zhi)接(jie)起(qi)動(dong)器(qi)，雙(shuang)向(xiang)起(qi)動(dong)器(qi)，星(xing)三(san)角(jiao)起(qi)動(dong)器(qi)

，同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)變(bian)級(ji)開(kai)關(guan)，電(dian)磁(ci)閥(fa)起(qi)動(dong)器(qi)。

    由於該裝置實際上就是一套分散分布式的低壓馬達智能控製保護係統
，所以它同其它的控製係統（如DCS係統）仍reng保bao持chi相xiang對dui的de獨du立li性xing，當dang上shang一yi級ji的de控kong製zhi係xi統tong或huo通tong訊xun係xi統tong發fa生sheng故gu障zhang

，它ta可ke自zi動dong切qie換huan到dao手shou動dong模mo式shi，來lai控kong製zhi負fu荷he的de停ting運yun或huo者zhe繼ji續xu運yun行xing，而er此ci時shi
，該gai裝zhuang置zhi所suo保bao護hu的de電dian動dong機ji連lian續xu運yun行xing的de可ke能neng性xing大da大da加jia強qiang。

    按照ARD所(suo)做(zuo)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)二(er)次(ci)線(xian)

，和(he)傳(chuan)統(tong)的(de)二(er)次(ci)線(xian)相(xiang)比(bi)較(jiao)，我(wo)們(men)會(hui)發(fa)現(xian)
，在(zai)滿(man)足(zu)了(le)各(ge)種(zhong)條(tiao)件(jian)的(de)要(yao)求(qiu)下(xia)，二(er)次(ci)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)變(bian)得(de)簡(jian)潔(jie)
，標(biao)準(zhun)，使(shi)我(wo)們(men)徹(che)底(di)的(de)擺(bai)脫(tuo)了(le)原(yuan)來(lai)大(da)量(liang)落(luo)後(hou)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)給(gei)我(wo)們(men)帶(dai)來(lai)的(de)困(kun)擾(rao)，一(yi)次(ci)設(she)計(ji)也(ye)更(geng)加(jia)得(de)心(xin)應(ying)手(shou)，配(pei)合(he)操(cao)作(zuo)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)
，完(wan)成(cheng)各(ge)種(zhong)測(ce)量(liang)

，顯(xian)示(shi)，操(cao)作(zuo)功(gong)能(neng)。

    ARD可ke以yi使shi用yong已yi定ding義yi好hao的de控kong製zhi功gong能neng和he基ji本ben的de連lian鎖suo要yao求qiu
，來lai完wan成cheng我wo們men一yi些xie普pu通tong電dian動dong機ji控kong製zhi，最zui大da限xian度du的de減jian少shao程cheng序xu輸shu入ru的de工gong作zuo量liang，減jian少shao出chu現xian錯cuo誤wu的de可ke能neng性xing，縮suo短duan程cheng序xu循xun環huan的de時shi間jian，更geng好hao的de保bao證zheng可ke靠kao性xing，同tong時shi可ke以yi更geng大da程cheng度du的de減jian少shao我wo們men二er次ci設she計ji的de工gong作zuo量liang。

    裝(zhuang)置(zhi)可(ke)對(dui)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)保(bao)護(hu)和(he)連(lian)續(xu)監(jian)視(shi)，對(dui)於(yu)三(san)線(xian)式(shi)接(jie)線(xian)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)
，可(ke)通(tong)過(guo)裝(zhuang)置(zhi)內(nei)部(bu)的(de)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)
，另(ling)外(wai)
，還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)連(lian)接(jie)一(yi)隻(zhi)外(wai)部(bu)矢(shi)量(liang)和(he)電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)，精(jing)確(que)的(de)測(ce)出(chu)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)
，通(tong)過(guo)對(dui)設(she)定(ding)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，來(lai)實(shi)現(xian)電(dian)動(dong)機(ji)失(shi)速(su)保(bao)護(hu)。

五
、新方案應用範例

    ARD智能馬達控製器在應用上很靈活，通訊和顯示模式都是可選的，但其基本操作保護功能不改變。

    5.1單機操作應用

    在分散工作環境中，有大量單台電機在工業生產中運行，這些電機可不要通訊功能，僅需可靠的起、停、故障保護、故障分析
、運行參數查看。以很低的成本就能實現以上功能。其接線原理圖如下：

    a)直接起動接線方式

圖4

     b)雙向起動接線方式

     ARD輸出兩個觸點，通過控製兩個接觸器控製電機的正反轉，也可以選用光耦觸點輸入
，實現遠距離控製

圖5

     c)星-三角起動接線方式

     ARD輸出兩個觸點
，通過時序控製三個接觸器，形成星三角起動方式，星三角起動的時序可整定。

圖6

    d)出線測控應用

    通過跟斷路器組合，實現“三遙”可監視三相電流和斷路器的分、合狀態，同時可用電平方式和脈衝方式對斷路器進行合、分操作。

圖7

    5.2總線組網MMC馬達控製中心

    MCC馬達控製中心是ARD最能展示其優勢的應用的地方
，可以通過組網集中控製電機

，通過串行接口
，實現與現場總線係統的連接，可選用PROFIBUS或MODBUS協xie議yi，通tong過guo通tong訊xun組zu網wang，控kong製zhi中zhong心xin可ke以yi采cai集ji到dao每mei台tai電dian機ji的de當dang前qian運yun行xing參can數shu，同tong時shi也ye可ke以yi通tong過guo上shang位wei機ji的de組zu態tai軟ruan件jian，對dui所suo有you電dian機ji實shi現xian邏luo輯ji操cao作zuo控kong製zhi，實shi現xian工gong程cheng師shi工gong作zuo站zhan，做zuo到dao馬ma達da控kong製zhi中zhong心xin的de無wu人ren值zhi守shou。

    ARD具有小巧的結構，對於100A以下的ARD馬達控製器可安裝於1/4的抽屜櫃

，820A以下的ARD可以安裝於1/2的(de)抽(chou)屜(ti)櫃(gui)
，采(cai)用(yong)上(shang)述(shu)設(she)備(bei)的(de)具(ju)有(you)可(ke)通(tong)訊(xun)功(gong)能(neng)的(de)智(zhi)能(neng)型(xing)低(di)壓(ya)開(kai)關(guan)櫃(gui)，可(ke)將(jiang)所(suo)有(you)的(de)控(kong)製(zhi)保(bao)護(hu)，測(ce)量(liang)
，通(tong)訊(xun)，功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)個(ge)抽(chou)屜(ti)元(yuan)內(nei)
，使(shi)設(she)計(ji)的(de)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)線(xian)非(fei)常(chang)少(shao)
，節(jie)省(sheng)了(le)控(kong)製(zhi)級(ji)與(yu)現(xian)場(chang)之(zhi)間(jian)的(de)布(bu)線(xian)成(cheng)本(ben)。

    抽屜式開關櫃朝緊湊型發展是必然的，ARD智能控製器在MCC控(kong)製(zhi)中(zhong)心(xin)的(de)應(ying)用(yong)，使(shi)二(er)次(ci)接(jie)線(xian)更(geng)加(jia)簡(jian)捷(jie)
，低(di)廉(lian)。同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)了(le)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)水(shui)平(ping)。目(mu)前(qian)

，由(you)於(yu)電(dian)機(ji)的(de)應(ying)用(yong)涉(she)及(ji)到(dao)發(fa)電(dian)，化(hua)工(gong)，環(huan)保(bao)等(deng)多(duo)種(zhong)工(gong)業(ye)場(chang)所(suo)，在(zai)這(zhe)些(xie)場(chang)所(suo)ARD都能發揮其智能控製的優勢。

    ARD可通過串行接口，實現與現場總線係統的連接
，通過通訊組網，可實現“四遙”監控管理。

    總線係統結構分兩種分別如下圖：

    （1）係統結構圖：

圖8

圖9

    圖8結構可選MODBUS或PROFIBUS兩種協議進行數據傳輸，ARD馬達控製器當選用MODBUS協議時，N最多可為255個站，當選用PROFIBUS時，N最多可選用127個站，但每31個從站之間需加一個中繼。

    圖9結構采用DP協議網關進行數據傳輸，由於采用網關，最多可接127×32個從站。圖中主站根據需要可選工控電腦、PLC、HMI等，傳輸介質根據工程需要可選：屏蔽雙絞線、光纖、無線傳輸或電力載波等。

    ARD可采用PROFIBUS或者成本低廉的MODBUS現場總線組網

，在工業控製係統中
，我們可以把就地ARD馬達控製保護器和上級DCS係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)構(gou)成(cheng)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)通(tong)訊(xun)，所(suo)有(you)的(de)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling)，運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)均(jun)可(ke)通(tong)過(guo)屏(ping)蔽(bi)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)，玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)光(guang)纜(lan)傳(chuan)輸(shu)，這(zhe)樣(yang)我(wo)們(men)在(zai)保(bao)證(zheng)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)準(zhun)確(que)
，迅(xun)速(su)，傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)遠(yuan)的(de)同(tong)時(shi)

，可(ke)以(yi)大(da)量(liang)的(de)節(jie)省(sheng)由(you)當(dang)地(di)至(zhi)集(ji)控(kong)室(shi)的(de)聯(lian)係(xi)電(dian)纜(lan)。

六
、ARD電動機保護器選型

    ARD2F型號如下所示：

    1.ARD2F型號如下所示：

圖10 ARD2F型號說明 

表1  額定電流

 表2 額定電流附加說明

注：表2數據適用於AC400V，50Hz，1500轉/分的四極鼠籠式電動機

表3 附加功能代碼

    注：1、帶有起動控製時，保護器最多提供2個起動繼電器用於順序控製外部2個接觸器的閉合/斷開，從而實現電動機的不同起動方式（如Y-?轉換起動、正反轉控製
，自耦降壓起動等）
；

       2
、溫度保護的測量範圍：熱電阻100Ω～30kΩ；

       3、對於無顯示要求的客戶

，必須在一批訂單中訂購一個90FL顯示單元，作為調試使用。 

 表4 顯示方式

七、結束語

    綜上所述，對於工業生產的低壓馬達控製保護係統
，提供了一種嶄新的概念，通過ARD即可實現對電動機完全的保護和監控
，也可實現其他動力出現的“三遙”cekong，erwuxuzailingwaianzhuangqitabaohuhekongzhishebei。yinci
，shizongtouzichengbenxiajiang，youdafudutigaodianjikongzhidekekaoxinghezidonghuashuiping
，xinxingmadakongzhibaohufangandetuiguangyunyongshibirandequshi。

參考文獻：

《ST500馬達智能控製器在工業生產過程控製中的應用》

《現場總線技術的發展及其在開關櫃中的應用》

《智能化低壓電控配電係統國內外對照》

《帶PROFIBUS-DP接口的智能馬達控製器》