智能型电动机控制器在某机场中的应用

徐霜

（安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801）

    摘要：根据对某机场的实际情况的调研调试，找出了机场真空泵电动机经常发生损坏，线圈烧坏的原因，通过采用电动机保护器来对电动机进行有效保护。本文重点介绍安科瑞电气有限公司ARD3T智能型电动机保护器，实现电动机智能化综合保护，集测量、保护、控制以及通讯于一体，供工程设计中参考。

    一、概述：

    电动机作为当前应用最为广泛的设备，同时也是其他机电设备的动力源泉，这也就使得电动机的正常工作成为了其驱动的机电设备正常运行的前提。而电动机保护器作为拖动系统中的一个重要组成部分，对电动机起着全面的保护、控制作用，实现对工业生产过程及其大型机械设备的遥信、遥测、遥调、遥控、故障诊断以及集中在线监测等功能[1,2]。如今，电动机保护器的可靠性、安全性在不断提高，功能也更加完善，在多数用电领域都得到了广泛应用，在节能和经济事业中有着重要的地位和显著的作用。

    机场的真空泵电动机是机场的一项大型应用设备，进一步影响着机场的正常运作，因此，真空泵电动机的正常运行对于机场来说是至关重要的。机场属于人流量大，需要全天连续不断的运作，因而对真空泵电动机使用的可靠性和稳定性提出了极高的要求，一旦控制回路发生故障，必须马上找出故障的原因并且及时排除故障，以保证机场工作的正常运作。

    由于真空泵对其工作环境的要求很高，真空泵的排气压力过高时，都将导致电机过载，如没有一定的过载保护，电机长时间工作在这种条件，很容易损坏。因此，作为其控制回路中的重要组成部分的真空泵电机如果经常发生故障，这也就给正常的生产活动带来了严重的安全隐患。某机场采用ARD3T智能电动机保护器采集线路中的三相电流、漏电流、电压、等参数实现对电动机的实时监控和保护、控制，同时实时采集到真空泵电机线圈和电机轴承温度后，一旦温度超过有效范围则发出停机信号，来控制大功率真空泵的启、停，并发出报警信号，从而实现对真空泵电机的保护。在低压配电系统中使用ARD3T智能型电动机控制器，不但有效的降低了电动机的故障发生率，并且用户可以通过显示模块实时观察到电路中电流、电压、功率等电力参数以及电动机的运行状况，提高了设备运行的可靠性，减少非计划停车次数，提高了控制回路的自动化、智能化水平，极大地降低了设备管理人员的劳动强度，又提高了管理人员的综合素质。

    二、某机场对真空泵电动机控制器的要求

    该机场占地面积大，整个地形属于狭长型。整个机场都需要遍布电动机控制系统，对象包括候机大楼、办公区域、就餐区域、机场跑道等主要建筑物，因此，机场内使用的真空泵电动机，部分是需要连续运转的，部分是需要在应对突发性情况时实现连续不停机的运转的，一旦真空泵电动机开始工作，是不允许出现跳闸停车的现象的，尤其在应对突发性情况时，一旦跳闸停机，将可能造成严重的事故，给机场以及机场人员带来巨大的经济损失，而且容易造成人员的伤亡。

    该机场采用ARD3T智能型电动机控制器的显示模块，能够实时观察真空泵电动机运行时的电压、电流、频率等参数以及电动机的运行状况，同时，通过控制器的通讯功能将信息以最快的速度发送给后台并对故障信息发出报警信号，使操作人员第一时间发现故障原因并及时排除故障。

    因此，某机场对真空泵电动机控制器的要求如下：

    1）保护功能：实现对电动机起动超时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、绕组超温等保护；

    2）测温功能：实现多路测温，能接入PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC等传感器；

    3）显示功能：通过分体液晶显示模块实时显示电动机运行参数；

    4）通讯功能：带Modbus-RTU/Profibus-DP通讯接口，与上位机之间进行信息传递。

    三、智能型电动机控制器的描述

    智能型电动机保护器是目前国内具有国际水平的马达智能保护控制单元，在国内具有一定的代表性。ARD3T智能型电动机保护器可划分为主体模块、测量模块、开关量模块、模拟量模块、温度模块、通讯模块、显示模块等7个模块，其中主体模块和测量模块是必备模块，称为基本模块，附加模块采用总线供电，不需要外接辅助电源。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。

图1 100A以下ARD3T产品组成框图

    基本模块：ARD3T智能型电动机控制器可进行编程控制实现4路开关量输入、输出，实现电动机的起、停、调试等工作。电流测量范围可达0.4A~800A，100A以下标配电流互感器（见图1 100A以下ARD3T产品组成框图），100A以上通过外接电流互感器实现电流的测量。

    开关量模块：可实现对主体模块开关量的扩展，DI支持无源接点（弱电）或有源接点（强电）输入，有源接点可选交流或直流供电。

    模拟量模块：该模块将电路中交流电流、电压、频率等参数转变成直流4-20mA信号，传送给PLC或DCS系统，为PLC或DCS自控设计提供重要数据。

    温度模块：可实现三路温度测量，可选的传感器类型：PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC。3路传感器可以是同一类型，也可以是不同的类型。传感器类型为：PT100、PT1000、Cu50时，显示值、保护值单位为℃；传感器类型为：PTC、NTC时，显示值、保护值单位为Ω。

    通讯模块：带Modbus-RTU通讯/Profibus-DP通讯功能，用于系统组网，实现自控或将保护数据实时传送到计算机后台实现对电动机进行在线集中监视管理。

    显示模块：通过显示模块，实时的显示当前电动机的运行情况和三相电流、电压、功率、电动机的电能等参数，实现了实时监视功能；一旦电动机发生故障，保护装置延时一段时间后控制主接触器线圈失电，控制电动机准确停车。

    四、工程典型应用方案

图2 工程典型应用方案图

    如图2工程典型应用方案图中所示，调节转换开关SA，实现控制回路的手动/自动/停止控制方式的选择，手动方式即由操作人员在现场完成，自动方式即通过保护器的RS485通讯接口实现远程控制电动机，停止方式下电动机无法启动。在手动模式下，按下启动按钮SB1，软启动器工作来控制旁路电路开始工作（旁路电路未画出），ARD3T智能型电动机保护器读取电流互感器LH和漏电流互感器LP的检测值，保护器温度测量端口实时采集电机轴承温度和电机线圈温度，并将这些参数通过RS485通讯接口发送给上位机，若电动机出现起动超时、过载、堵转、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、过压、欠压、绕组超温等故障，保护器读取到的参数将发生变化，此时，保护器判断电路故障原因并控制DO2端口输出为零，则KA2、KA3线圈失电，真空泵停止工作，同时保护器控制停止指示灯以及故障指示灯工作，并将故障信息传递给上位机，电路实现了对电动机的智能控制、保护和测量等。

    五、选用ARD3T智能型电动机控制器带来的好处

    对于机场这种需要真空泵电动机长时间不间断的运行的场合，电动机由于长时间的电、热、机械和化学作用、电源电压波动大或长时间工作在高温高湿环境出现的的故障形式主要有绕组损坏和轴承损坏两部分[3]，电动机在运行过程中，由于线圈及铁芯所产生的铜损和铁损及机械摩擦所产生的热量，电机必定会产生热量，如果线圈的温度超过线圈绝缘材料所能够承受的最高温度时，绝缘材料容易发生老化、变脆，最终绝缘层被击穿将烧毁线圈。

    因此，对电动机采取一定的保护是保证控制回路性能高低的关键，所以选用ARD3T智能型电动机控制器后带来的好处有：

    （1）实时显示参数，便于现场巡检

    ARD3T智能型电动机控制器采用模块式设计方式，主体和测量模块可实现基本的测量、保护和控制功能，通过连接线即可与其他选配模块进行信息传递。在实际的工程应用中，用户只需要将显示模块安装在配电箱面板上，在使用时通过液晶界面可对当前电动机的运行状态一目了然，方便了用户对电动机的维护和控制。

    在低压控制终端柜和1/4模数以上各种抽屉柜中可直接安装使用。

    （2）通讯组网便于维护和控制

    在机场的真空泵控制回路中，对于设备能够实现通讯功能的要求较高，特别是在飞机跑道附近，飞机起飞、降落产生的噪音很大，工作人员不能长时间工作在这种环境中。ARD3T智能型电动机控制器提供了双RS-485通讯模块（Modbus-RTU通讯协议），通过RS-485与上位机之间的通信，能够方便工程师通过计算机后台实现远程控制和在线监视设备的运行状况等。

    ARD3T智能型电动机控制器运用于机场真空泵控制系统中，将带来很大的优势如下：

    a. 集中监控

    用户可通过通讯模块实现在后台实时监测系统中各个电动机的运行状况，随时查询各个点设备的运行参数，如：电动机电流、电压、电动机运行状况、电动机电能等，通过观察采集到的信息，用户可以对各个设备的电动机运行情况进行实时分析处理。

    b. 智能化自控保护

    用户在使用ARD3T智能型电动机保护器后，如果电动机出现过载、缺相、超温等现象时，保护器将及时终止电动机的运行，并对各种故障信息作出相应的指示。在电网故障造成电压瞬间较大幅度的波动或者短时断电又恢复，带抗晃电功能时可使电动机保护器重新起动。

    c. 提高了系统安全性、可靠性

    对于现场总线的配电系统来说，由分散于现场的ARD3T智能型电动机控制器来完成对电动机的保护、测量和控制等，对系统的网络没有直接的依赖性，因此采用网络架构的配电系统，其可靠性得到了进一步的提高。

    （3）故障记录便于现场问题分析

    当机场真空泵电动机发生故障后，应及时将备用电动机投上而不影响运行机制。对出现问题的电动机应及时处理以确保机场设备连续运作，早期的处理方法需要花大量的人力、物力、时间才能分析出来，不便于应用。而ARD3T智能型电动机控制器强大的故障记录、运行管理信息为维护人员节省了大量的时间，提高了排除故障的效率，进一步提高了控制回路的性能[4]。

    ARD3T智能型电动机保护器具有控制精度高、节能、保护动作灵敏度高、工作可靠性高等优点，使得机场真空泵电动机充分发挥过载能力，又可以避免损坏电动机，不仅提高了电力拖动系统的可靠性，也使得生产过程的连续性得到了大大的提高，做到了可靠性和经济性的统一。

    参考文献：

    [1]《ARD智能电动机控制器在工业生产过程控制中的应用》 周佳，江苏安科瑞电器制造有限公司；

    [2]《电动机保护器的保护原理及应用浅析》扁旭涛，《时代报告》；

    [3]《ARD智能电动机控制器在苯乙烯生产过程中的应用》周佳，江苏安科瑞电器制造有限公司；

    [4]《浅析电动机保护器的保护原理及应用》张振伟。

    作者简介：徐霜，女，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电机保护节能控制<