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：根據對某機場的實際情況的調研調試，找出了機場真空泵電動機經常發生損壞，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，供工程設計中參考。

關鍵詞：智能化、測量、保護、通訊

一、概述：

    電動機作為當前應用的設備，同時也是其他機電設備的動力源泉，這也就使得電動機的正常工作成為了其驅動的機電設備正常運行的前提。而電動機保護器作為拖動系統中的一個重要組成部分，對電動機起著的保護、控制作用，實現對工業生產過程及其大型機械設備的遙信、遙測、遙調、遙控、故障診斷以及集中在線監測等功能^[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，在多數用電領域都得到了廣泛應用，在節能和經濟事業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重要的。機場屬于人流量大，需要全天連續不斷的運作，因而對真空泵電動機使用的可靠性和穩定性提出了*的要求，一旦控制回路發生故障，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常發生故障，這也就給正常的生產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、等參數實現對電動機的實時監控和保護、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出停機信號，來控制大功率真空泵的啟、停，并發出報警信號，從而實現對真空泵電機的保護。在低壓配電系統中使用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、功率等電力參數以及電動機的運行狀況，提高了設備運行的可靠性，減少非計劃停車次數，提高了控制回路的自動化、智能化水平，大地降低了設備管理人員的勞動強度，又提高了管理人員的綜合素質。

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，對象包括候機大樓、辦公區域、就餐區域、機場跑道等主要建筑物，因此，機場內使用的真空泵電動機，部分是需要連續運轉的，部分是需要在應對突發性情況時實現連續不停機的運轉的，一旦真空泵電動機開始工作，是不允許出現跳閘停車的現象的，尤其在應對突發性情況時，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，能夠實時觀察真空泵電動機運行時的電壓、電流、頻率等參數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快的速度發送給后臺并對故障信息發出報警信號，使操作人員*時間發現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：實現對電動機起動超時、過載、堵轉、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；

    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模數及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

圖1 100A以下ARD3T產品組成框圖

    基本模塊：ARD3T智能型電動機控制器可進行編程控制實現4路開關量輸入、輸出，實現電動機的起、停、調試等工作。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產品組成框圖），100A以上通過外接電流互感器實現電流的測量。

    開關量模塊：可實現對主體模塊開關量的擴展，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、頻率等參數轉變成直流4-20mA信號，傳送給PLC或DCS系統，為PLC或DCS自控設計提供重要數據。

    溫度模塊：可實現三路溫度測量，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，用于系統組網，實現自控或將保護數據實時傳送到計算機后臺實現對電動機進行在線集中監視管理。

    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，實現了實時監視功能；一旦電動機發生故障，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，調節轉換開關SA，實現控制回路的手動/自動/停止控制方式的選擇，手動方式即由操作人員在現場完成，自動方式即通過保護器的RS485通訊接口實現遠程控制電動機，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，并將這些參數通過RS485通訊接口發送給上位機，若電動機出現起動超時、過載、堵轉、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將發生變化，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境出現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生的銅損和鐵損及機械摩擦所產生的熱量，電機必定會產生熱量，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，便于現場巡檢

    ARD3T智能型電動機控制器采用模塊式設計方式，主體和測量模塊可實現基本的測量、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模數以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

   （2）通訊組網便于維護和控制

    在機場的真空泵控制回路中，對于設備能夠實現通訊功能的要求較高，特別是在飛機跑道附近，飛機起飛、降落產生的噪音很大，工作人員不能長時間工作在這種環境中。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遠程控制和在線監視設備的運行狀況等。

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

    a. 集中監控

    用戶可通過通訊模塊實現在后臺實時監測系統中各個電動機的運行狀況，隨時查詢各個點設備的運行參數，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，如果電動機出現過載、缺相、超溫等現象時，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. 提高了系統安全性、可靠性

    對于現場總線的配電系統來說，由分散于現場的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，對系統的網絡沒有直接的依賴性，因此采用網絡架構的配電系統，其可靠性得到了進一步的提高。

   （3）故障記錄便于現場問題分析

    當機場真空泵電動機發生故障后，應及時將備用電動機投上而不影響運行機制。對出現問題的電動機應及時處理以確保機場設備連續運作，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、節能、保護動作靈敏度高、工作可靠性高等優點，使得機場真空泵電動機充分發揮過載能力，又可以避免損壞電動機，不僅提高了電力拖動系統的可靠性，也使得生產過程的連續性得到了大大的提高，做到了可靠性和經濟性的統一。

參考文獻：

[1]《ARD智能電動機控制器在工業生產過程控制中的應用》 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能控制