智能型电机保护控制器MCU在水泥厂的应用——沙特NRCC和约旦AMCP水泥厂的应用实践

鲁大勇

（鲁南中联水泥有限公司，山东 滕州 277531）

智能型电机保护控制器MCU在水泥厂的应用
——沙特NRCC和约旦AMCP水泥厂的应用实践

鲁大勇

（鲁南中联水泥有限公司，山东 滕州 277531）

介绍了新型智能型电机保护控制器ABBM 102-P的工作原理、主要功能、应用实例及常见故障和排除方法，经实际应用，证明该装置优化了DCS和电机起动器之间的连接，提高了设备可用性，使系统的起动、运行和维护费用大大降低。

电机保护控制器；M 102-P；PCS7；ProfibusDP

沙特NRCC水泥厂和约旦AMCP水泥厂为6000 t／d熟料的新型干法水泥厂，是中国中建国际装备股份有限公司的总包项目。整条生产线所有的低压电机，均使用ABB公司智能型电机控制器装置M102-P作为保护控制单元（MCU）。这是在国内企业承包项目中，首次如此大规模地使用该装置。笔者参与了整个项目的调试，现就该智能型电机控制器在项目中的实际应用，作一简单介绍。

1 产品概述

1.1 概述

M101-P/M102-P是具有先进的现场总线接口，基于微处理器技术开发研制的电动机保护与控制装置。由微处理器来执行电动机的保护与控制功能，完成对电动机操作次数的统计、自诊断以及与上位机的通讯等。

M101-P/M102-P电动机控制装置，通过对三相电流、电压的监测，实现对电动机的智能化保护、控制及监测；M101-P/M102-P为电动机提供的完备保护，避免了因电动机过载、堵转、接地故障、断相等可能故障导致的生产事故，最大限度地保证设备运行的有效性与安全性。

M101-P/M102-P Profibus DP/RS485的通讯设计，保证了与上位机通讯的快速可靠，同时能快速响应上位机的实时查询等要求，并执行相应操作。M101-P/M102-P对电动机运行时间和操作次数的统计，极大方便了对电动机维护计划的制定。

M101-P/M102-P提供专用的操作面板（人机界面）：MD2和MD3。

对于每一个电动机回路，需要配置独立的M101-P/M102-P来进行保护与控制。

M101-P/M102-P标准的配置，完善的功能，大大简化了传统意义上的电动机回路的维护，降低了设备维护成本。

对于电动机及运行设备来说，M101-P/M102-P的应用意味着——可靠的保护；最大限度的利用；连续的监测；高度的灵活性。

图1 M 101-P/M 102-P的外形

1.2 M 101-P/M 102-P的结构

M101-P/M102-P由两部分组成：

（1）主单元。主单元由M101-P/M102-P的所有电子器件组成，固定在标准卡轨上。

（2）电流测量单元。即电流互感器，固定在主单元上。

操作面板MD2即M101-P/M102-P的人机界面，通常安装在柜体的门板上或抽屉的面板上。通过MD2或MD3面板上的控制按钮，USB端口，LED指示灯以及LCD显示屏（MD2采用LCD显示屏，MD3没有显示屏），可以进行控制、监视和参数设置。

2 工作原理及功能简介

2.1 M 102－P工作原理

项目中采用的型号为M102-P。其基本控制回路是：控制单元通过电流测量模块、零序模块采集动力回路信号，通过分析电压值、电流信号、零序信号来监测电机是否运行及是否正常工作，并通过内部设置，以达到当电机在非正常状态下工作时停机的要求。

DCS系统则可以通过Profibus—DP总线方便地与基本控制单元进行信息交换和控制，便于整个系统的控制与监测。

另外，在电气柜中配上操作面板（MD），方便现场工作人员的操作和查看。

这样几个部分就组成了一套完整的电机控制系统。下面对每个组成部分进行简单介绍。

（1）电流测量模块主要由1台穿芯式或外置电流互感器组成，根据测量范围分为不同的型号，可检测0.3～630 A的电流信号，这个范围足以满足一般工业系统的要求。在实际应用中有时会出现电机电流过小（小于0.3 A）的情况，如小型的阀门电机，这种情况下可采用多次穿芯、增大电流的方法解决。

（2）电压是直接输入到X3：8－13端子。零序检测模块信号接到X3:6，7端子。

（3）基本单元由24V DC供电，配置有8个输入端（X1：2～9端子），3个继电器输出端（X4：7、8、9端子），5个可编程继电器输出（X4：1～5端子），RJ11以及Profibus—DP接口（X3：1～5端子），还有X1：11、12是热敏电阻输入。

（4）基本操作面板（MD02）通过专用数据线与基本单元RJ11接口进行连接。面板上包括4个按钮及4个定义的LED显示灯，可方便操作、查看参数。

（5）专用PC电缆，将电脑与基本单元或操作面板连接后即可上传、下载及修改内部参数，目前使用软件为MCUSetup，该软件界面友好，直观简单。

这种控制回路模式，产生了3种控制方式：中控控制、面板控制及现场控制。本项目中采用的是中控优先控制方式，也就是说在中控不允许设备启动及通讯故障的情况下，通过现场按钮和面板按钮是无法启动电机的，这样就可以有效防止现场误操作。但出于安全考虑，3种方式的停止命令在任何情况下都是有效的。

2.2 M102－P主要的功能

（1）控制功能。M101-P/M102-P通过对输出继电器的控制，实现多种起动控制方式，并通过接触器辅助触点的状态反馈，对电动机运行状态实时监测。M101-P/M102-P支持的起动控制方式有：

直接起动；

正反转－直接起动；

Y/△起动；

双速起动（单/双绕组）；

自耦变压器降压起动；

软起动控制器；

正反转－软起动控制器；

馈电单元控制。

注意：电动机控制方式的选择，必须与外部控制线路相匹配。

（2）保护功能。M101-P/M102-P通过对电动机的三相电流、三相电压、漏电电流、热敏电阻PTC阻值、接触器状态、主开关状态的实时监测，实现对电动机的完善保护。各种保护功能相互独立，多种保护功能有可能同时触发，但只有最先达到脱扣条件的保护功能发出脱扣命令。

所有保护功能均可通过参数设置软件根据实际情况进行设置、启动或关闭，调整保护值。所有的保护参数都需要用户提供。M101-P/M102-P支持的保护功能有：

热过载保护；

断相保护；

三相不平衡保护；

堵转保护；

欠电压保护；

起动次数限制保护；

电动机热保护（PTC）；

接地故障保护；

轻载保护；

空载保护。

3 与SIMATIC PCS7 DCS系统的结合

3.1 M102-P的连接和设定

M102-P支持Profibus DP协议，在DCS/PLC系统结构中它作为Profibus从站。Profibus DP是一种主—从式的现场总线协议。DCS/PLC系统循环读取M101-P/M102-P各输入点的状态，并且能够对其执行控制命令。

M102-P的ProfibusDP通讯接口芯片，采用西门子公司的SPC3芯片，通讯介质通常采用DP总线，其通讯速率最大为1.5Mbit/s。

建立主站（如DCS系统）与从站（M102-P）的通讯过程通常包括：

（1）通过参数设置软件MCUSetup将参数写入装置M102-P，并将其挂到总线上；并通过参数软件设定DCS系统中定义的通讯地址。

（2）通过M102-P的GSD文件进行DCS配置。

3.2 DCS系统配置

在CEMAT库中有标准的M102-P功能模块，通过M102-P的通讯协议和系统的编程配置，可以简单地将M102-P集成到SIMATICPCS 7过程控制系统中，以便于操作员控制和电机的可视化。所有与过程相关的信息，都以一种透明的方式进行显示。如：操作员控制部件和回检信号，过程参数 (电机电流、温度、模拟值、功率)和趋势，过程故障、过程警报和信息等等。

WINCC里面也集成了针对与M102-P使用的集成控制面板，可对电机的电流、阀门的限位等信号进行实时监控，进一步方便了用户对电机状态的监测和控制。

4 智能电机保护控制器常见故障及排障方法

除了智能型电机保护控制器应用手册上常见故障及排障方法外，结合项目的调试经验，我们将在实际应用中遇到的故障及排障方法，列举如下：

（1）在M102-P操作面板MD2上的Ready绿灯闪烁，则说明M102-P参数丢失、硬件有故障或已经损坏。

（2）在M102-P操作面板上的FAULT常亮，且显示SerialCOM就是通讯失败，应检查DP接线或地址设置。

（3）DP通讯线的抗干扰要求尤为重要，尤其是在有变频设备的场所。一般情况下，一路DP线上挂的M102-P过多（超过20个），则要在这路DP电缆的中间串接REPEATER续发器，以增加信号强度，并在DP电缆末端须加上终端电阻，以保证通讯的稳定，最好是有源电阻。

（4）在DP网调试过程中，将DP速率保持在1.5 MBPs，信号传输稳定。但在实际设备运行后，DP网的中断频率非常高，采取的解决办法是：调整DP速率及REPEATER续发器的串接个数。

（5）在沙特，原料系统就由于变频电磁干扰造成设备跳停，对于DP线做了防电磁处理才正常。

（6）由于M102-P是放置在电气控制柜内部，其DP线是端子连接，要求屏蔽层的剥离长度尽可能短，最好不超过1 cm，且DP接线要牢固。

（7）接地系统要可靠，和电气接地要严格分开。

5 优缺点

在沙特NRCC及约旦AMCP水泥厂项目的调试过程中，对智能型电机保护控制器M102-P的应用，取得了一定的经验和教训。

5.1 主要优点

（1）灵活的软件功能块取代硬件对电机的控制；

（2）详细的操作、维护和诊断数据；功能全面强大，性能可靠；

（3）通过标准的现场总线系统PROFIBUSDP，实现开放式通讯，和DCS系统有效的结合；

（4）操作使用方便、简单；（5）使用范围很广。

5.2 存在的缺点

（1）对于现场环境要求较高，DP总线对电磁干扰；

（2）在水泥行业使用范围比较小；

（3）成本较高；

（4）DP线的连接是端子连接，不可靠，抗干扰能力也差。

6 结束语

我们认为，由于智能电机保护控制器M102-P所具有的功能，在电机设备的控制及保护领域必将会得到更加广泛的运用。

[1]施慧娟，张雪娟.基于DSP的智能电机保护器设计[J].微计算机信息，2006，22（14）:179-181

[2]陈西发.智能型电动机保护装置的研制[D].西安：西安理工大学，2007.

[3]葛潇敏.TPIM智能保护器的研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2007.

The application of Motor Control Unit in the Cement

LUDa-yong
（Vanda Embodies the Cement Co.,Ltd.,Tengzhou Shandong 277531,China）

Introduced new intelligent motor controller-P M102 ABB protect the working principle,main function,application examples and common problem,this deviceoptimized DCS and motor starter for the connection between the,improve the equipmentavailability,the system starting,operation and maintenance costgreatly reduced.

The electric motor protection controller；M102-P；PCS7；ProfibusDP

TM 921.5

B

1672-545X（2011）08-0199-03

2011-05-20

鲁大勇(1971-),男,山东滕州人,工程师,研究方向：仪表工程。