E3系列電動機保護器的應用研究

摘 要 為了更好地保護在工業中廣泛運用的電動機，提供一個全新的選擇——羅克威爾（Rockwell）公司生產的E3系列電動機保護器（E3 electronic over-loaded relay）。簡述其原理、特點及接線示意，提出兩套基于DeviceNet網絡方式通過E3監控電動機運行狀態參數的可行性方案，并對方案實施的技術要點進行示例說明。

關鍵詞 電動機；保護器；DeviceNet；PLC

中圖分類號：TM307 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X(2011)24-0107-02

Study on Application of E3 Series Motor Protection//Wang Honghua

Abstract This thesis provides a brand new option to better protect the industrially widely used electric motors by using E3 electronic over-loaded relay produced by Rockwell Company. It briefs on its theory， characteristics and its sketch drawings， and two feasible plans were raised on the basis of DeviceNet monitoring of the electric motor parameters via E3. The critical techniques were exemplified for the implementation of the plans.

Key words motor; protection; DeviceNet; PLC

Author’s address Dezhou Vocational and Technical College， Dezhou， Shandong， China 253034

1 緒論

交流電動機是常見的工業用動力設備。供配電技術中要求交流電動機裝設短路保護，并根據不同情況分別裝設防止電動機過載、兩相運行、低電壓運行等保護裝置[1]。在原有技術規范或設計考慮時，這4種主要保護裝置是分置的，由不同的電氣元器件來實現，這樣就必然帶來電氣回路中電氣元器件過多、現場布線擁擠、庫存壓力過大等弊端[2]。

本文試著引入美國羅克威爾公司生產的E3系列電動機過載繼電器來簡化電氣回路布線，并通過E3的通訊功能與主控PLC通訊，將電機主要運行參數在組態軟件中顯現、記錄、報警，為電動機的日常運行提供便捷有力的保障，為電動機保養、故障分析提供強有力的數據支撐。

2 E3系列電動機過載繼電器

E3系列電動機保護器也稱之為電子式電機保護器或過載繼電器，是一種基于微處理器的智能化、電子式過載繼電器，用于對0.4～5 000 A額定工作電流的鼠籠式感應電機提供保護。E3系列過載繼電器有兩個版本供選擇：E3和E3 Plus。

E3系列過載繼電器能夠針對如下故障提供脫扣保護及報警功能[3]：1）過載；2）缺相（僅限于脫扣）；3）失速（僅限于脫扣）；4）堵轉；5）欠載；6）電流不平衡；7）接地故障（僅限于E3 Plus）；8）PTC熱敏電阻過熱（僅限于E3 Plus）。

E3利用其內置的或外接的電流互感器精確測量連接電動機每一相實時的平方根電流，將其置于電機熱模型中進行對比，計算出電機的發熱溫升，根據電流的突變判定電動機將要可能發生的故障，采取對應的保護措施——產生不同級別的脫扣動作，脫扣級別代表的冷卻脫扣時間（單位為秒級）到了之后，E3通過預置的手動或自動方式復位電動機。

由于E3內置有微處理器，所以通過其測得的電流值能很方便地運算出電流負載比、平均電流、平均電流負載比、電流不平衡比等模擬值，而且這些數據都允許用戶通過DeviceNet網絡進得實時監測，從E3的EDS文件可以看到其最小規格的193/592-EC1P（0.4～2 A）可提供的在線參數有77條之多。同樣因為內置了微處理器，可以運用數學模型對過載電流進行邏輯整定，所以其調整范圍廣，上下限電流可為5倍差值，如0.4～2 A，28～140 A，125～630 A等。

使用E3過載繼電器典型的電機連接方式——三相直接在線方式，如圖1所示。圖中S.C.P.D指的是Short Circuit Protected Devices，短路保護器也就相當于通常所稱的空開。在這種連接方式中摒棄傳統的雙金屬熱繼電器，從而顯著地降低功率。有資料表明，電子式熱繼的功耗只有雙金屬熱繼的2%～3%，這樣也就或降低或取消了對外部冷卻的需求。

從上述E3的功能和工作原理及布線就能很直接地看出在電氣回路中使用E3所能帶來的便利：1）簡化電氣接線，簡約電氣操作箱冷卻方式；2）一體化提供多種保護，而且電流調整范圍廣，從而減輕庫存壓力；3）在線提供實時數據多樣化。

3 DeviceNet網絡監測電動機參數的實現分析

DeviceNet是一種基于CAN技術的國際通用的設備通信網絡工業標準，同時也被列為歐洲標準和中國國家標準，是事實上的亞洲和歐美洲的設備網標準，由羅克威爾公司發起制定。DeviceNet以粗纜、細纜、扁平電纜為網絡構架載體，其中扁平電纜專用于干線的架設，干線和支線均可使用粗纜和細纜。

E3系列集成有DeviceNet開放型接口，支持DeviceNet網絡協議。利用DeviceNet網絡進行數據通訊的首選設備，當然也就是同為羅克威爾公司生產的SLC系列及ControlLogix系列PLC及相關模塊[3]。基于DeviceNet網絡通過E3監測電動機運行參數其最小的系統構成，筆者認為有以下兩套可行方案值得考慮。

1）上位機+組態軟件+通訊/編程軟件+1747-L51+1747-SDN：1747是SLC系列的系列號，L51是CPU模塊型號，SDN是網絡模塊型號。這個方案側重于價格考慮，一般可應用于小型或經濟型系統，在極端的價格考慮下還可以自行開發監控軟件，從而規避商用組態軟件的版權及價格風險。

2）上位機+組態軟件+通訊/編程軟件+1756-L61+1756-DNB：1756是ControlLogix系列的系列號，L61是CPU模塊，DNB是網絡模塊。這個方案考慮的側重點為系統運行的穩定性、分布的不確定性，因為ControlLogix系列PLC在羅克威爾公司自動化產品中是定位于大型機系統，有完善的PLC冗余機制，能比SLC系列PLC配置更多的遠程I/O機架，對不同網絡協議（如ControlNet）的支持也要強于SLC系列，在大型系統的選型中羅克威爾公司的ControlLogix系列還是具有相當的技術優勢。

羅克威爾的通訊軟件是一個適用于其所有自動化產品的名為RSLinx的軟件，其支持行業中流行的OPC協議通訊，所以組態軟件不需局限于羅克威爾公司的產品，而可以依照用戶的要求或原有操作習慣進行選擇，如美國通用公司的iFix、臺灣研華工控的WebAccess、國內亞控科技的組態王等都可以承擔組態軟件的職責[4]。

在這兩種方案中都需要有RSNetWorx for DeviceNet軟件進行網絡組態支撐，RSNetWorx軟件將起到對DeviceNet網絡中各設備進行地址分配、通訊數據格式化的作用。下面以第二套方案為例，簡要說明RSNetWorx軟件如何組態DeviceNet網絡。

啟動RSNetWorx軟件，為了避免誤組態，先單擊“File”→單擊“New”，新建一個空組態文件。單擊“Network”→選擇“Single Pass Browse”→選擇網絡中的DeviceNet接點，此例為1756-DNB模塊→單擊“OK”。讀取實際網絡硬件組成。

雙擊默認地址為63的E3模塊，將地址改為實際所需地址02（小于63且不重復即可）→右鍵單擊1756-DNB模塊，在彈出的菜單中單擊“Properties”→單擊“Scanlist”頁→單擊“Available Devices”列表中的“02，E3”，單擊“>”鈕將其增加到右側的“Scanlist”列表中→單擊“應用”，就將地址為02的E3模塊組進DeviceNet網絡，其在1756-DNB中的虛擬I/O分配也就自動被分配，具體的分配可以單擊“Input”和“Output”頁進行查詢。組態完畢后就可以跟使用PLC內部變量一樣使用E3中的參數變量。操作示意畫面如圖2所示。

4 結束語

電動機的日常運行保護及故障分析是一個自電動機出現的那天起就一直被廣泛關注的命題，由傳統的接觸器+熱繼電器組成的簡單保護回路已經過于陳舊。筆者試著引入E3構建一種全新的智能的網絡化的電動機保護、監控、分析系統，并對硬件構成和軟件實現做了扼要說明，從而為E3在工業現場應用提出一條新的途徑。

參考文獻

[1]劉介才.供配電技術[M].北京:電子工業出版社，2010

[2]《電氣工程師（供配電）實務手冊》編寫組.電氣工程師（供配電）實務手冊[M].北京:機械工業出版社，2006

[3］Rockwell Automation Technologies，Inc.E3及E3 Plus電機過載繼電器Bulletins 193及592用戶手冊[M].2004

[4]龔運新，等.工業組態軟件實用技術[M].北京:清華大學出版社，2005