基于DeviceNet总线技术的智能马达控制中心研究

刘春阳

【摘要】介绍了智能马达控制中心（IMCC）的系统原理及其涉及到的罗克韦尔电机过载继电器E3Plus的功能、特点和DeviceNet现场总线控制技术。

【关键词】智能马达控制；DeviceNet；E3Plus

1.智能MCC的发展状况

智能MCC在控制工程中应用非常广泛。常规的MCC只包括机电元件，而且所有连接都是通过硬接线实现。随着自动化技术的发展，传统控制系统在某些场合已不能满足工况的要求，因此工业控制技术已经由自动化向智能化过渡，智能型MCC采用新型的智能元件和现场总线技术，逐步向自动化集成型发展，将硬件、软件和网络技术紧密地联系在一起。将传统MCC中的热继电器、变频器、软启动器等中插接通讯模块，将各个智能元器件通过集成架构中开放的、无缝网络和可视化人机界面技术集成在一个统一的、便于管理的控制平台下全新电机控制解决方案。

2.系统结构

如下图所示典型的智能MCC系统：

该系统建立了以E3 Plus电机过载继电器为控制单元的DeviceNet网络，多个E3Plus工作站通过DeviceNet 总线连接到PLC。在PLC中加装了一块转换卡进行中间转换，实现以太网和DeviceNet的通信，然后再通过交换机连接到上位机，对受控设备进行实时控制和监视，从而实现系统的网络控制和网络管理，使现场设备运行在最优状态。

3.E3 Plus功能和特点

E3 Plus智能电机过载继电器是一种基于微处理器的智能化、电子式过载继电器,用于对0.4A～5000A 额定工作电流的鼠笼式感应电动机提供保护。

3.1 E3 Plus智能电机过载继电器的功能

3.1.1脱扣保护及报警功能

E3 Plus具有过载、缺相、失速、堵转、欠载、电流不平衡、接地故障和过热输入( PTC 热敏电阻)等7 种保护和报警功能。

3.1.2电流监控功能

E3 Plus允许用户通过DeviceNet网络监控各相电流、各相电流占电动机满载电流的百分比、平均电流、平均电流占电动机满载电流的百分比、热容量利用率、不平衡电流百分比和接地故障电流等运行参数。

3.1.3诊断参数

E3 Plus允许用户通过DeviceNet网络监控设备状态、脱扣状态、报警状态、距离脱扣时间、距离脱扣后重新启动时间和最近5次脱扣原因记录等诊断及状态参数。但需要注意的是上述各项功能均必须在DeviceNet网络环境下使用,通过该网络与上位机的连接,可随时掌控现场电动机的运行情况。

3.2 E3 Plus 智能电机过载继电器的特点

3.2.1状态监控功能

E3 Plus对状态的监视包括两方面:首先是对智能继电器本身状态进行监视,可以通过智能继电器的面板直接观察继电器输入/输出端子的状态、脱扣与报警的状态、网络通信的状态等,也可以通过DeviceNet进行远程在线监视。其次是对电动机运行状态的监视,用户可以监测到电动机的单相电流、平均电流、热容量利用率、不平衡电流百分比、接地故障电流、最近5次脱扣记录等重要参数, 这只能通过设备网在上位机上实现。E3 Plus的在线控制功能主要体现为脱扣、报警参数的设置和对辅助输出端子OUT A以及OUT B的程序控制。通过上位机,用户可以设置满载电流、脱扣或报警的级别、标准、延时、抑制时间等控制参数。OUT A和OUT B的状态不仅可以在面板和DeviceNet上直接观察,而且可以映射到可编程控制器PLC的输出列表中。也就是将OUT A和OUT B与PLC的输出文件建立一种对应关系,这样就可以通过PLC控制OUT A和OUT B的状态。

3.2.2预警功能

E3 Plus具有预警保护功能,用户可以根据实际工况设置报警标准。一般的继电器只提供脱扣保护,当电动机满足脱扣条件时,继电器脱扣,设备停止运行,没有任何提醒,会给生产带来突发故障。对于E3Plus智能电机过载继电器,用户可以设置报警标准为<1.2倍额定电流,当电动机出现故障趋势时,实际电流低于脱扣电流,智能继电器将发出报警,可以有效降低故障的影响。

3.2.3网络通信功能

E3Plus是基于DeviceNet的产品,并由DeviceNet提供电源,用户可以通过DeviceNet网络和上位机实现参数的设置、实时监控和数据分析等功能,对电动机可能出现的故障预警进行快速应对,确保生产顺利进行。

4.DeviceNet总线技术

DeviceNet是一种用于工业自动化领域的具有世界领先水平的低成本、设备级网络。它为简单工业设备和高端设备提供可靠的网络连接和通信,DeviceNet网络技术已经成为一种很成熟的技术，E3Plus电机过载继电器又具有较强的网络通信能力，因此建立以E3 Plus电机过载继电器为控制单元的DeviceNet网络是很容易实现的。本文提出的是一般化DeviceNet网络的监控网络，选用DeviceNet网络完成电机的集成控制还具有诸多优点，如：

①支持设备的热插拔，可带电更换网络节点，在线修改网络配置，便于系统的扩充和改造。

②网络上设备的安装比传统的I/O布线更加节省费用，尤其是设备分布在几百米范围内时，更有助于降低安装成本。

③利用RSNetwork for DeviceNet可方便的对网上设备进行配置，测试和管理。网上设备以图形方式显示工作状态，一目了然。

5.智能马达控制中心的优点

（1）智能马达保护器提供了对马达的高水平保护；更加精确的运行参数测量；更加全面的保护功能和模式；预报警机制降低了事故发生机率；详细的故障信息记录，便于我们分析故障原因。

（2）实现对马达的集中管理，提供操作灵活性和安全性。

（3）提供了全系列的马达保护方案，用户可以根据应用需要为马达选择不同的保护功能。

（4）使得马达保护系统与自动化系统以及企业管理信息系统连通，以最低的综合成本提升生产效率和管理水平。

（5）降低项目在运营期的费用。采用智能保护方式，减少了马达故障频度和故障修复时问，大大降低了故障带来的生产损失。

6.结论

采用IMCC专业化智能管理方案，除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子排（箱）、I/0卡件、模拟量变送器等。而且智能设备就地安装，与上位机通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。这种分布式控制系统与集中化管理相结合的模式，其功能更强，具有更高的安全性，是当前电气自动化控制的主要潮流。[科]

【参考文献】

［１］原建军.罗克韦尔E3Plus智能电机过载继电器的应用[J].科技情报开发与经济，2008.18-2．

［２］甘永梅,李庆丰,刘晓娟等.现场总线技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2004．