摘要：本文介紹了傳統電氣控制回路保護方式和電機保護器保護方式，分析了電機保護器的主要功能和優(yōu)勢，給出了在巴西MZBA3000t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統中的實(shí)際應用，該控制系統投入運行后，系統運行安全、穩定、可靠，能夠滿(mǎn)足水泥工業(yè)生產(chǎn)所需的各項工藝技術(shù)指標。

關(guān)鍵詞：電氣控制; 電機保護器;

0 引言
  水泥生產(chǎn)企業(yè)屬于能耗高，污染大同時(shí)需要設備連續不間斷運行的行業(yè)，而電機設備是水泥生產(chǎn)企業(yè)應用廣泛的動(dòng)力裝置，對電動(dòng)機設備可靠性和穩定性的要求較高，一旦發(fā)生事故就必須盡快查明原因及時(shí)處理，以保證及時(shí)恢復生產(chǎn)。傳統電動(dòng)機的控制和保護只能通過(guò)普通電氣元件，電纜與DCS系統進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)硬件連接，保護功能少，獲取的狀態(tài)信息有限，無(wú)法實(shí)現對電動(dòng)機的綜合保護和詳細的故障檢測及遠程通訊等更高要求。隨著(zhù)智能電氣設備的更新?lián)Q代和工藝控制流程的不斷完善，尤其是自動(dòng)化和智能化等生產(chǎn)要求，迫切需要完善電動(dòng)機控制和保護，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的測控、故障診斷及集中管理等功能。

1 采用傳統電氣控制回路保護方式
  巴西MZBA水泥粉磨站系統位于巴西東北部城市莫索羅境內，原水泥粉磨站系統擁有大量低壓三相異步電動(dòng)機，在電機控制和保護中利用傳統的電動(dòng)機控制回路，見(jiàn)圖1。在此控制回路中，主電路由斷路器QF、接觸器KM的主觸頭、熱繼電器FR的熱元件與電動(dòng)機M構成。當電動(dòng)機過(guò)載時(shí)，熱繼電器脫扣以保護電動(dòng)機，與接觸器搭配使用在電路中起斷相保護作用?？刂苹芈分杏涩F場(chǎng)按鈕箱(轉換開(kāi)關(guān)、起/停按鈕)、熔斷器、接觸器的常開(kāi)/常閉觸頭、
  來(lái)自DCS控制系統的觸點(diǎn)、熱繼電器的輔助觸點(diǎn)等組成，由此實(shí)現在現場(chǎng)通過(guò)起/停按鈕或由中控DCS系統控制電動(dòng)機的起動(dòng)和停止。

圖1 傳統的電動(dòng)機控制回路

  原水泥磨系統電機控制和保護利用傳統的斷路器、接觸器、熱繼電器等普通電氣元件來(lái)實(shí)現，可靠性差，保護功能不全面，無(wú)法對電動(dòng)機實(shí)施有效的保護，易造成因保護不及時(shí)造成電動(dòng)機停機或故障。此外所有連接都是通過(guò)硬接線(xiàn)連接來(lái)實(shí)現對電動(dòng)機回路的控制，設備維護不方便，傳送信息有限。

2 采用電機保護器保護方式
  巴西MZBA3000t/d熟料水泥生產(chǎn)線(xiàn)是合肥水泥研究設計院在原有水泥磨系統基礎上新增設計的一條熟料生產(chǎn)線(xiàn)，該項目在低壓電動(dòng)機的保護和控制上，選用了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)機控制和保護單元（Motor Control & Protection Unit，縮寫(xiě)為MCU），采用電機保護器的控制回路，見(jiàn)圖2。在此控制回路中，主電路由斷路器+接觸器+電動(dòng)機保護器構成，其中電機保護器是回路中主要的核心元件。當電動(dòng)機的額定電流≤63A 時(shí)，主回路的三相出線(xiàn)可以直接穿過(guò)的電流測量單元，實(shí)現對電動(dòng)機三相電流的測量取樣，用來(lái)實(shí)現對電動(dòng)機的保護及現場(chǎng)中控的顯示。當額定電流>63A 時(shí)不能用于直接測量，需要配合外部電流互感器 CT (二次側輸出為 1A 或 5A)進(jìn)行電流測量。直接將電源的三相火線(xiàn)及中性線(xiàn)接到電壓輸入端子，以實(shí)現對電動(dòng)機三相線(xiàn)電壓和相電壓的測量取樣。額定工作電壓為DC24V，按開(kāi)關(guān)量外部輸入電源劃分，可分為AC240V、DC24V兩種，前者有9點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入，后者有13點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入?？紤]到MZBA3000t/d熟料水泥生產(chǎn)線(xiàn)皮帶輸送機，提升機等都安裝有拉繩開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)，料位開(kāi)關(guān)等，所需開(kāi)關(guān)量輸入較多，故為所有電機機配置了開(kāi)關(guān)量輸入電源為DC24V的。還具有先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)接口PrfibusDP的通信設計，保證了與DCS系統通信的快速可靠，同時(shí)能快速響應上位機的實(shí)時(shí)查詢(xún)等要求并執行相應操作。標準的配置，為熟料水泥生產(chǎn)線(xiàn)低壓電動(dòng)機提供了一整套專(zhuān)業(yè)化的集保護、控制、監測與通訊于一體的智能化管理方案。電機保護器主要功能如下。

圖2 電機保護器的電動(dòng)機控制回路

（1）保護功能。 完善的電機保護是對電機運行過(guò)程中的各種運行狀況的詳細信息進(jìn)行采集跟蹤，通過(guò)對故障報警、保護動(dòng)作（保護脫扣）以及動(dòng)作延時(shí)時(shí)間的設定來(lái)實(shí)現及時(shí)準確的保護，保證生產(chǎn)的安全。在設備可能產(chǎn)生重大故障前，及時(shí)發(fā)出報警信號，并記錄故障信息，方便維護人員查找故障原因并作出及時(shí)處理，避免不必要的停機，保證設備運行的有效性。通過(guò)對電動(dòng)機的三相電壓、三相電流、漏電電流、接觸器狀態(tài)、主開(kāi)關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測，實(shí)現對電動(dòng)機的多種保護，完善的電機全面綜合保護功能，保證了水泥廠(chǎng)生產(chǎn)工作的安全連續運行。
（2）控制功能?？蓪?shí)現各種不同的電機起動(dòng)控制方式，電動(dòng)機的控制權限包括現場(chǎng)控制及遠程控制，通過(guò)對控制權限的選擇規定電機控制的優(yōu)先權。各種需要的電動(dòng)機起動(dòng)控制方式已集成在裝置中；包括直接起動(dòng)、正反轉直接起動(dòng)、Y/Δ起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、軟起動(dòng)器控制等。
（3）監測功能。 提供豐富的電機運行監測功能，監測數據經(jīng)現場(chǎng)總線(xiàn)上傳到上位機集中管理，同時(shí)通過(guò)安裝在開(kāi)關(guān)柜面板上的操作面板 MD 直接顯示，用戶(hù)可以直接通過(guò)面板查看各電參量值，操作面板上還有相應的指示燈，可以直接顯示裝置目前的工作狀態(tài)，在發(fā)生故障時(shí)還以文本方式指示警告原因或脫扣原因。 可以監測電機運行、停機、故障脫扣等狀態(tài)信號，可以監測電機故障信息，包括過(guò)載、斷相、三相不平衡、接地故障、電機熱保護等信息。
（4）通訊功能。通過(guò)RS485接口，采用Profibus DP通信協(xié)議，與DCS系統進(jìn)行通信，Profibus DP是一種主-從式的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，在DCS 系統結構中它作為 Profibus 從站。 的Profibus DP通訊接口芯片采用西門(mén)子公司的SPC3芯片，通訊介質(zhì)通常采用屏蔽雙絞線(xiàn)，其通訊速率為1.5 Mbit/s。在DCS系統硬件配置中
的通訊連接，見(jiàn)圖3。

圖3 電機保護器的通訊連接

3 電機保護器的優(yōu)勢
  電機保護器在巴西MZBA3000t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)的應用中，和原水泥粉磨站系統傳統的電機控制方式相比較已經(jīng)充分體現出諸多的*性，主要表現在以下幾點(diǎn)：
（1）電機保護器由基于微處理器技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的電動(dòng)機保護與控制裝置，各種保護功能可通過(guò)參數設置軟件 MCUSetup輕松設置，通過(guò)對三相電流、電壓的監測，實(shí)現對電動(dòng)機的智能化保護、控制及監測，為電動(dòng)機提供的完備保護，避免了因電動(dòng)機過(guò)載，堵轉，接地故障，斷相等可能故障導致的生產(chǎn)事故，可以滿(mǎn)足絕大多數用戶(hù)的需要，保證了電機設備運行的穩定性與安全性。
（2）是具有先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)接口，采用了Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，以I/O站為基礎，與總線(xiàn)控制器相結合，盡量發(fā)揮現場(chǎng)總線(xiàn)布線(xiàn)靈活的優(yōu)勢，通過(guò)接線(xiàn)方式設計的改變，本系統比傳統結構的DCS更節省了I/O模件數量及裝置室的空間；同時(shí)減少了大量電纜，可以極大節省安裝費用，降低系統成本。同時(shí)， 標準的配置，完善的功能，大大簡(jiǎn)化了系統回路的維護，提高了水泥生產(chǎn)的連續性和可靠性。
（3）隨著(zhù)新一代的控制系統如FCS、NCS等的廣泛應用，傳統的電氣元器件難以實(shí)現集中管理、分散控制的要求， Profibus DP/RS485的通訊設計，保證了與上位機通訊的快速可靠，同時(shí)能快速響應上位機的實(shí)時(shí)查詢(xún)等要求并執行相應操作。
（4）此外， 增加了一些特殊的控制功能，如:分組起動(dòng)，自動(dòng)重起動(dòng)，起動(dòng)次數限制等，防止電動(dòng)機的頻繁啟動(dòng)等，可以滿(mǎn)足在一些特殊情況下的應用，而在傳統的控制方式中，實(shí)現這些功能比較困難。

4.安科瑞智能電動(dòng)機保護器介紹
4.1產(chǎn)品介紹
  智能電動(dòng)機保護器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化等特點(diǎn)。保護器能對電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場(chǎng)維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò )系統。實(shí)現電動(dòng)機運行的遠程監控。

4.2技術(shù)參數
4.2.1數字式電動(dòng)機保護器

4.2.2模塊式電動(dòng)機保護器

4.3產(chǎn)品選型

說(shuō)明：“√"表示具備，“■"表示可選。

5結束語(yǔ)
  本水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)控制系統投入運行后，系統運行安全、穩定、可靠，能夠滿(mǎn)足水泥工業(yè)生產(chǎn)所需的各項工藝技術(shù)指標，所選用的基于現場(chǎng)總線(xiàn)的 電機保護器為水泥廠(chǎng)低壓電動(dòng)機提供了一整套專(zhuān)業(yè)化的集保護、控制、監測與通訊于一體的智能化管理方案，在現場(chǎng)使用考核中具有良好的穩定性、實(shí)時(shí)性和先進(jìn)性，全面提升了水泥企業(yè)的自動(dòng)化程度，同時(shí)對提高水泥產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能耗，實(shí)現“生態(tài)文明建設"等方面都有著(zhù)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

參考文獻
[1]郭 劍.電機保護器在水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)中的應用
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版