低压MCC控制系统
新型低压MCC控制系统MNS is 探讨和应用
厦门ABB低压电器设备有限公司
作者：魏日翔陈华标
低压开关柜发展到今日，已经经历了几代的发展; MCC(马达控制中心) 作为其主要组成部分也随之有了很大的发展，与传统的断路器+热继电器的模式相比，它已经发生了质的飞跃，吸收了很多前端科技，进入到了数字化和智能化时代。当前，为了因应客户对技术发展的需要，许多低压开关柜厂家都在加大力度以便推出最新一代的MCC 系统。ABB作为全球电力和自动化技术领导者，在这方面更是走在了前面，其最新一代MCC开关柜MNS is 系统已经推出并已经逐步开始投入运营。
ABB的MNS系列低压开关柜经历了3代的发展，第一台MNS开关柜于1975年推出，到90年代诞生了第二代MNS+INSUM形式的智能MCC系统，第三代MNS is 系统是在原有成熟的技术上发展而来，是其最新研究成果，与其传统MCC相比有了跨越式的发展。本文就MNS is 系统的结构、功能、特点、以及新技术在其中的应用做个介绍，并就实际应用和调试中遇到的问题和解决方法与大家分享和讨论。
1 什么是MNS is 系统
1.1 is --- i是“Intelligence”和“integrated”的简写，s是“system”的简写
1.2 MNS is 就是基于MNS低压开关柜的一种智能化的低压配电和电机控制、保护、监测等完整
解决方案。它不是单个元器件，是由众多部件构成的一种完整的系统，如下图1为MNS is 柜子的外观；图2是MNS is系统架构，虚框内为硬件部分除柜子外的主要组成部件：
Mlink --- 数据的交换中心，与外界的通讯接口（DCS 、OPC Server ...），主要功能是做为路由器和信息提供者。
MView --- 触摸屏人机界面，实现监测和控制
MControl --- 控制和保护模块以及回路的输入输出接口
MStart / MFeed --- 载流单元，即俗称的抽屉单元，包括马达起动器和馈电
图1：MNS is 开关柜外观图
图2：MNS is 系统架构图
2 MNS is 系统性能特点
2.1 硬件部分
2.1.1传统MNS柜子或市面上许多其他型号的低压配电柜，其一次和二次回路的外引电缆均设计
在一个电缆小室内，操作时容易互相干扰，带电作业时，对于保护措施不到位的情况下容易引起短路、触电等危险。MNS is 系统的柜型设计将一次和二次回路走线物理分开，分别位于左右两侧各自独立的小室，确保作业的安全，如图1所示。
2.1.2抽屉单元MStart/MFeed，最小的尺寸做到6E/4（1E=25mm），更加节省空间。
（1)操作手柄和连锁机构与传统MNS一样，有合闸、分闸、测试、抽出/推入、隔离等5个位置。
（2）指示部分使用4个LED灯，从左到右分别为绿色、黄色、红色和绿色，这些灯在什么情况下被点亮可在设置参数时任意配置。
（3）内部控制回路使用电路板进行整合，多功能的检测元件安装于出线铜排上，与其合为一体，使得抽屉内部显得简洁有序。
2.1.3电流测量采用了前端技术，淘汰了互感器，如图3所示，有如下几个特点：
（1）标准工业检测元件
（2）包含了电流、电压和温度等多种检测
（3）可设定的最小额定电流为0.2A
（4）检测精度高：
> 电流+/- 2%
> 电压+/- 2%
> 温度+/- 2%
> 剩余电流、功率因素+/- 5%
图3：检测元件实物图
2.1.4保护单元MControl 与抽屉分离，方便更换和维护，不受抽屉容量尺寸大小影响，在回路进
行增容或降容等更改时降低费用。这种方式也可实现特殊的使用要求，如天津一个项目中，将抽屉单元MStart内的Watchdog接点短接，实现了现场特殊应用要求。
2.1.5 MLink储存了项目的配置和参数文件，是信息提供者和系统内外数据交换的中心，其功能和
特点如下：
（1）1个MLink最多可以连接7个柜子中的60个MControl 。
（2）集众多协议于一身，与外部的通讯无需再选择众多的不同网关：
> Fieldbus: Profibus、Modbus RTU、Modbus TCP
>Ethernet TCP/IP: OPC Server(DA&AE) 、Web Server .
（3）使用网页浏览器直接监测设备运行参数、数据、状态；控制设备起停、故障复位等；
实现数据的远距离快速传输和操作上便捷易行。通过使用集线器可实现数据共享，亦
可使用无线设备实现数据的无线传输，通过设置用户和密码以识别登入，确保设备安
全。
（4）系统同步时间有两种方式选择，一种是使用MLink自带的时钟；另一种是通过标准网络时间协议（SNTP）的时间信号。
（5）两个MLink通过RS232接口实现互相冗余
（6）存储器为市面上广泛使用的CF卡。
2.1.6人机界面MView，是一个标准工业触摸屏，安装微软的操作系统，配备了USB接口连接鼠
标等USB设备。通过TCP/IP网口与MLink连接，使用IE浏览器访问MLink进行监测和控
制。
2.2 软件部分
2.2.1 项目基础配置和架构软件－ME（MNS Engineer）, 功能如下：
（1）客户信息管理
（2）项目和项目结构的创建和管理
（3）配置开关柜系统的柜子、抽屉单元、主母排
（4）配置回路控制功能、保护功能等参数
（5）导出项目配置
此软件只用于创建项目，并导出项目信息，做为项目运行和调试的基础。
2.2.2 调试软件－MNavigate
MNavigate是现场工程师调试和用户修改回路参数的专用软件，V5.0以上版本分为
MNavigate Server 和MNavigate Client ，在运行MNavigate Server后才可使用MNavigate
Client，图4是MNavigate Client软件界面。其功能如下：
（1）配置用户和使用权限，每个用户的权限可以自定义选择，如设置操作员用户无参数修改权限，设置管理员用户即可操作电机亦可修改参数。
（2）将项目数据导出到Mlink的CF存储卡
（3）配置MLink参数：IP、Web服务器、现场总线、OPC服务器、冗余
（4）设置系统时间同步方式
（5）配置现场总线数据映射表
（6）项目配置信息概览，可导成Excel文件
（7）MControl参数值概览，可导成Excel文件
（8）MControl参数整定：保护参数、控制功能、维护参数等
（9）Mlink参数相互拷贝
（10）MControl参数相互拷贝
（11）回路名称更改
（12）更改MControl在线或离线状况
（13）下发MLink和MControl的配置和参数
（14）帮助功能：软件使用指南、参数配置指南、参数下发故障代码查询等。
图4：MNavigate Client软件界面
3 典型回路控制
MNS is 系统提供了如下几种控制方式：
（1）NR-DOL --- 直接起动
（2）NR-DOL RCU --- 带机旁控制按钮的直接起动
(3) NR-DOL softstarter --- 软起动
（4）NR-S/D --- 星三角起动
(5) REV-DOL --- 正反转起动
(6) REV-DOL RCU ---带机旁控制按钮的正反转起动
(7) Transparent --- 直接控制接触器
(8) Transparent without Control --- 不带控制的馈电回路
(9) Transparent with Control --- 带控制的馈电回路
(10) Actuator --- 励磁起动
由于篇幅的原因仅列举图5中几个回路图：
图5：几种典型回路单线图
4 现场实际调试中容易遇到的问题和解决方法
4.1 在下发Mcontrol 配置（Configuration）或参数（parameters）时，出现下发失败的错误信息，代
码为“0x2F”。
>>这种情况主要有两个原因：①从未下发过MLink的配置（Configuration）和MControl的应用程序(Application)，或者项目文件更新后，如回路增加保护功能等，而未重新下发MLink的配置（Configuration）和MControl应用程序(Application) ；②在下发MControl 应用程序(Application)前未将电脑系统语言环境改为英文。如图6所示将电脑的语言环境改为英文即可。
图6 电脑语言环境更改界面
4.2 上位机读取MLink寄存器地址数据不正确，好像地址位偏差了1位。
>>MLink 寄存器地址是从“1”开始为首地址，而上位机是以“0”位为首地址，因此将地址位偏移一位后数据读取正常。
4.3 要在MView上操作时，需将控制权限从远方控制（Remote）改为Web控制（BusLocal），但是
MView却无法将控制权限再改回远方控制，上位机将无法再控制设备。
>>在上位机发出控制命令前，先写一个将权限置为远方控制的控制字给MLink 。
4.4 在更换MControl后，按照通常下发顺序：Application ->Configuration->Parameters 进行操作，
MNavigate上提示下发成功，但MStart上四个指示灯一直闪烁，即MStart与MControl通讯失败。
>>在下发Configuration前要先下发Paratemers，即按照如下顺序下发：Application -> Parameters -> Configuration，问题得到解决，MStart恢复正常。
4.5 天津的一个项目中，MStart内的watchdog接点已经被短接，在下发馈电回路MControl 的
Application和Configuration时，运行的馈电抽屉接触器会分开，回路失电。
>>经分析，虽然watchdog接点被短接，但是只有带RCU功能的控制方式，在MControl不在线的情况下运行的回路能够继续保持原有的状况。
4.6 在配置MLink映射表（Mapping）时，选择上传抽屉的隔离状态，但是抽屉处于隔离时，对应
寄存器地址值未发生改变。
>>抽屉的隔离位置检测功能目前还不具备，预留后期升级。
4.7 MView上显示部分马达回路电压只有100多伏，实际系统电压为380V。
>>发现这些电压检测有问题的回路负载（马达）未连接，由于MStart的检测元件是装在出线侧，须接上负载以构成连通的回路，检测的数值才准确。
4.8 上海的一个项目中，有一个抽屉起动后报“CF1 Contactor Feedback Trip”故障，故障复位后再次
起动亦是如此。
>>马达起动后，需要检测两个信号：接触器的反馈接点和回路电流。如果发出起动命令后，其中任何一个信号没有接收到，就会报“CF1 Contactor Feedback Trip”故障。检查此回路控制电源和二次回路接线正常，检查一次出线电缆接线时，发现由于是6E/2抽屉，其出线端子是前后错开固定，施工人员没有辨认对应的正确出线端子，把负载接到了其他回路的出线端子上，造成无电流输出，而出现故障信号。
4.9 系统指示和输出的电流百分比，是基于设定的电机额定电流而换算成百分比，不是基于抽屉额
定容量。
4.10 部分电脑在运行V
5.0以上版本MNavigate Client程序后，出现无法登陆问题，提示不能连接
服务器。
>>（1）首先，必须安装了MNavigate Server ，且先运行。
（2）检查在运行MNavigate Server 和MNavigate Client 时，是否有通过TCP/IP网口连接网络，如果已经连接了网络，先断开网络后重新运行MNavigate Server 和MNavigate Client。
5 MNS is 的展望
传统的断路器＋热继电器的MCC系统是在故障发生后进行故障排除，是一种被动维护；后来随着技术的发展，采用了数字式的多功能保护和控制系统，如INSUM, 但其大多是基于时间表和发生可能性的一种预防性维护；MNS is 是朝着更完善的前瞻维护发展，它提供了维护部门与生产部门交叉合作功能，以减少或消除可能出现的故障，由此缩短停机时间，提高生产率。MNS is 系统能够在低压开关柜的集中智能控制、工厂自动化、工业网络、降低维护成本等方面发挥其优势，随着越来越多用户日益增长的对智能化MCC的需求，MNS is 系统将会有更广阔的发展空间。
6 结语
综上所诉，MNS is 系统的推出，丰富了MCC产品系列，为客户提供更多样的选择。当然客户应依据自身项目特点以及成本等各方面综合考虑，选择最适合的产品。希望本文能对了解MCC 低压开关柜新技术的应用和发展有所帮助。
参考文献
［1］《1TGC910509M0201 MNS iS Quick Guide Rel 5_3》
［2］《1TGC910165M0201 MNSiS Interface Manual MLink》
［3］《1TGC900068M0201_MNavigate_Client_Configuration_Help》［4］《1TGC910067M0201_MNavigateHelp_Functions_en-US_V530》