智能电动机保护控制器在水泥行业的应用

水泥厂过去一直釆用热继电器作为电动机的过载保护和控制元件，但由于元件质量和工艺的限制，已无法满足日益发展的工艺自动化的要求。为此，我们选择了一种新型的电动机智能保护器（简称为电机保护器），作为电动机的保护元件，并取得了一定的使用经验。釆用电机综合保护装置，不但有效保障了电机的安全运行，取代了原有釆用热继电器方案，而且利用可靠的通讯技术，实现了部分电机控制的自动化。

原有热继电器结构简单、成本低、体积小、使用方便,但保护功能单一、精度低、动作不稳定，容易误动作或拒动，不能实现集中监控，一些电机智能装置的生产企业经多年的努 力，生产并推广使用了智能型电动机控制器及保护器监控管理系统。

下面就电动机保护器的应用作一简单介绍。

1  电动机保护器及其监控系统

1.1电机保护器的工作原理 

1.1.1保护器的硬件设置

电动机保护器带有标准485接口，采用MODBUS规约，亦可选配PROFIBUS-DP接口，便于用户组网。可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统，可以通过增加模拟量输出模块，输出4〜20mA模拟量信号给 DCS系统，便于用户集中控制。保护器基于微处理器技术，釆用模块化设计结构，产品体积小，结构紧凑，方便安装，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用。可与低压断路器、接触器、电动机等电器元件构成电动机控制保护单元。并提供灵活的联锁功能，实现直接保护、电阻降压、三角形等多种启动方式。

保护器主要由主体模块和各种辅助模块组成，主体模块完成测量、保护等主要功能，辅助模块是与主体模块相配合，主要有显示模块、外置电流互感器、外置漏电互感器等。 

1.1.2保护器的显示和主体模块

显示模块：基于LPC2134（arm7）平台，通过人机界面显示测量和设定参数，并能对部分参数进行设置操作，查看运行的工况，故障信息、报警 信息，显示模块釆用液晶显示方式。主体显示部分由点阵式液晶组成，并使用全中文菜单。

主体模块：它由电流、电压、温度 采样电路、端子按钮釆集电路、DSP、出口继电器、显示接口、通讯等几个部分组成。釆用交流釆样技术：可以采样10倍的电流值，采用双看门狗设计、性能优越数字信号处理器（DSP）可扩展和集成度高，其中软件分为电压、电流、温度、漏电、接触器等DI状态采集，通过采集电流、电压、漏电、热电阻，并根据电机特性和 设定的运行方式计算电机的运行工况，并且根据设定的保护定值判断是否做保护还是报警提示，当保护事件 发生的时候及时切断电源并存储供 查询。对显示模块提供通讯接口，对 外提供modbus .profibus通讯接口。硬件上通过电流互感器非接触采集电 机电流，电压，接触器状态，电机温度 等信号，并通过逻辑判断决定是否实 行报警，跳闸保护，并提供灵活的联锁功能。

原理框图见图1。

1.1.3保护器的功能

温度保护、过（欠）载保护、过 （欠）压保护、频率保护、断相保护、相 序保护、不平衡保护、堵转、漏电、接地保护等，端子功能可编程。

1.2监控管理系统工作原理

1.2.1系统结构图（图2）

1.2.2系统工作原理

profibus总线：德国国家标准DIN 19245和欧洲标准EN5717O的现场总线标准，是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，釆用Profibus的标准后，不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。Profibus现场总线为多主从结构，通讯速率可以达到12M。

modbus总线:modbus是低成本的通用、低速现场总线标准。

其中modbus总线的保护器通过通讯管理机接入监控网络,profibus总线直接接入服务器网络，服务器与工程师站、操作员站通过交换机连接在同一个网络内。

服务器通过现场总线采集各电 机的运行工况，并为工程师站和操作员站提供服务。

1.2.3系统特点

(1)系统拓扑结构直观显示。

(2)各电机的运行工况显示：温 度、电流、电压、零序电流、不平衡度、 功率、频率、电能、接触器状态、保护 器的各个报警信息。

(3)各电机保护整定数据的调

阅、修改和整定。

(4)完善的数据存储机制，可以 查看各设备的管理信息和报警、故障信息。

(5)运行分析(历史数据、实时数 据、潮流曲线)、电能统计、供电质量分析、负载分析可及早发现过载和接地等故障。

(6)多媒体报警及故障追忆。

(7)故障未发生时提前报警。

(8)采用高速profbus总线，数据采集及时；采用modbus总线，成本低廉。

2  选用原则

(1)电机保护器按结构形式来划 分，一般分为一体式和分体式两种。

前者是独立的整体，适合于固定柜安装，如老式开关柜或GGD柜改造，可将保护器直接固定在安装面板上，通过馈出电缆穿芯即可。后者由于互感器部分与显示部分分为两体, 可在一定范围内任意安置，故非常适合于新型的抽屉式开关柜安装。

在工程实践中由于普遍釆用了新型的多米诺式或GCK系列低压抽屉式开关柜，因而将显示表头嵌入安 装在开关抽屉的活动面板内，这样既简化了柜内接线，又方便了系统随时 调整、设定参数和显示、监控。同时数字化的显示面板使得配电室内的设 备运行情况及故障状态一目了然，大大方便了系统检修维护。

(2)电机保护器按额定工作电压及电流范围来划分，可分为AC380V、AC220V两种；对应量程为6A、60A 等级，使用时按照电机的控制回路工作电压及负载的额定电流选用相应的量程范围即可。

在工程应用中，现代水泥工厂采用大型电机较多，为方便互换性及减少备件的种类，对于110KW及以上的电机，一般均釆用在主回路装设 (口/5)电流互感器的方式，将一次电流变为小于5A的二次电流，再接入量程为6A的电机保护器，使大型设备的电机也得到了有效控制和保护。

3  安科瑞电动机保护器介绍

安科瑞ARD3 智能型电动机保护器是一种电机保护与控制的设备，适用于额定电压至 AC 690V、额定电流至 AC 800A、额定频率为 50/60Hz 的电动机。产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和 1/4 模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。 

ARD3 采用模块化的产品结构形式，包括主体控制模块、互感器模块和显示模块，并可根据需要选配其他功能模块，与接触器、电动机起动器等电器元件一起构成电动机控制保护单元，保护器具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。用户在现场安装时，主体控制模块采用标准导轨方式安装，显示模块采用嵌入式安装。 

ARD3智能型电动机保护器集成了电流互感器，测量功能分为基本测量（电流参数）和增选测量（电压、功率、相序、剩余电流（漏电流）），同时具有起动超时、过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、剩余电流（接地/漏电）、温度、外部故障、相序、 过压、欠压、欠功率、过功率、tE时间等电动机综合保护功能。辅助电源支持 AC 85V～265V/DC 110V～350 或 AC 380V±10%（需另配 380V 电源模块）。 9 路 DI 无源干节点输入，信号电源采用内置 DC24V 电源。5 路 DO 输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，软起动等多种起动方式，通过通讯总线可实现远程主站对电动机进行实时遥控“起/停”操作。抗晃电确保电动机运行不间断，重起动功能在短时欠压、失压时用于电动机分批重起。具有标准的 RS-485 通讯接口，采用 Modbus_RTU、Profibus_DP 通讯协议，保证了上位机通讯的快速可靠。具有DC4-20mA 模拟量输出接口，直接与 DCS 系统相接，可实现对现场设备的监控。具有系统时钟和 20 次故障记录功能，系统时钟记录当前时间（日、时、分、秒），故障记录功能记录故障原因。显示部分采用全中文液晶显示。AED3可以替代各种电量表、信号灯、热继电器、电量变送器等常规元件，减少了柜内电缆连接及现场施工量，其运行可靠性以及功能综合性的性价比也远高于传统方案 ，该产品可适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等各领域。

4 结束语

综上所述，电动机保护器及监控系统在水泥企业得到越来越广泛的使用，这对预防与杜绝电机烧毁，降低生产成本，确保设备运转起着很重要的作用。