使用軟起動裝置解決電機(jī)上電和網(wǎng)絡(luò)安全問題

作者：Bill Schweber

由交流線路供電、額定功率從幾十到幾百 HP 不等的三相異步電機(jī)，是許多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的驅(qū)動力。這些電機(jī)的驅(qū)動電流范圍通常為 10 A 至 1000 A，線路電壓從 200 V交流電到 700 V交流電不等。設(shè)計(jì)人員面臨的問題是，這些電機(jī)在起動時(shí)會產(chǎn)生較大的浪涌電流，可能會損壞電機(jī)并影響負(fù)載。

交流線路與電機(jī)之間的軟起動器控制裝置通過控制電機(jī)起動加速度和扭矩來控制這種浪涌電流，從而能夠優(yōu)化電機(jī)性能并最大限度減少不良后果。更先進(jìn)的軟起動器增加了一系列復(fù)雜功能，能夠最大限度提高性能，提供電氣和熱保護(hù)，并且配備一套強(qiáng)大的連接選項(xiàng)。除此之外，還能防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。

本文概述了軟起動器的功能。然后介紹并演示了如何使用 [Schneider Electric]的 [Altivar 軟起動器 ATS480]控制裝置。

軟起動器功能

軟起動器配合電機(jī)使用，可在起動的過渡期間減小浪涌電流并控制扭矩。該器件能逐漸增大施加到電機(jī)上的電壓，從而將急動度（加速度變化率）降至最低，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)加速。

起動器通常允許用戶調(diào)整起動扭矩和加速時(shí)間，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。其不僅可以大幅減小起動電流以實(shí)現(xiàn)起動，而且還能在加速過程中抑制電流。

較新的軟起動器還具有其他功能，如提高效率、通過動態(tài) PF 校正維持高功率因數(shù) (PF)、增強(qiáng)電氣安全、檢測線路和電機(jī)異常、提供網(wǎng)絡(luò)連接以及解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。

Schneider Electric 的 Altivar ATS480 系列軟起動器（圖 1）就是先進(jìn)軟起動器功能和特性的一個(gè)示例。

圖 1：Altivar ATS480 系列軟起動器在其核心功能的基礎(chǔ)上增加了許多先進(jìn)功能。（圖片來源：Schneider Electric）

這些裝置集成了六個(gè)晶閘管和一種扭矩控制算法，可控制功率達(dá) 900 kW 的三相鼠籠式異步電機(jī)的加速、減速和停止。該系列的各種型號支持 208 V 至 690 V 的工作電壓和 17 A 至 1200 A 的工作電流。所有裝置均符合有關(guān)性能、安全性、效率、電磁兼容性 (EMC)、污染等級以及沖擊和振動的全球標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證和法規(guī)要求。

ATS480 裝置集成了多種不同類型的線路、起動器和負(fù)載保護(hù)功能，包括：

• 相位故障保護(hù)（線路）
• 集成熱保護(hù)（電機(jī)）
• 熱保護(hù)（起動器）
• 電流過載保護(hù)（電機(jī)）
• 欠載保護(hù)（電機(jī)）
• 起動時(shí)間過長保護(hù)、轉(zhuǎn)子鎖定保護(hù)（電機(jī)）
• 電機(jī)缺相保護(hù)（電機(jī)）
• 線路供電缺相保護(hù)（線路、電機(jī)）
• 熱保護(hù)（電機(jī)），通過直接連接至正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻或鉑 100 (PT100) 2 線或 3 線電阻溫度檢測器 (RTD) 探頭實(shí)現(xiàn)

電路連接存在很多可能，能夠滿足目標(biāo)應(yīng)用的多樣化需求。例如，一種基本配置以本地控制為目標(biāo)，要求在錯(cuò)誤重置后需要人工干預(yù)才能重啟，即使在遠(yuǎn)程控制的情況下也是如此（圖 2）。如下所示，操作員按下 S3 按鈕才能重啟。

圖 2：軟起動器的眾多接線選項(xiàng)之一；在錯(cuò)誤重置后用戶需要手動按下 S3 才能重啟。（圖片來源：Schneider Electric）

組件名稱的具體定義見表 1。

表 1：圖 2 的組件名稱。（圖片來源：Schneider Electric）

ATS480 裝置還具有額定電流/電壓為 2 A/250 V交流電的分立式常開 (NO) 和常閉 (NC) 機(jī)電繼電器觸點(diǎn)，以及 30 V 集電極開路數(shù)字輸出。這些觸點(diǎn)和輸出可簡化指示燈或輔助設(shè)備等附加功能的實(shí)現(xiàn)。

連接和網(wǎng)絡(luò)安全

除了先進(jìn)的軟起動器功能外，所有 ATS480 裝置還支持多種連接選項(xiàng)。每個(gè) ATS480 裝置都有兩個(gè) RJ45 端口，提供用于配置和固件更新的連接，同時(shí)還配備外部純文本或圖形顯示終端。此外，每個(gè)裝置都配有一個(gè)插槽，用于額外連接支持 Modbus TCP、Ethernet/IP、CANopen、PROFINET 或 PROFIBUS DP 格式的通信模塊。

這種連接不可避免地會帶來安全問題。為了解決這些問題，該系列在裝置中嵌入了網(wǎng)絡(luò)安全“最佳實(shí)踐”，以防止蓄意搗亂（黑客攻擊），以及員工或承包商出于善意但粗心犯錯(cuò)。這些保護(hù)措施涵蓋賬戶管理，包括用戶身份驗(yàn)證和授權(quán)，以及多層密碼保護(hù)。此外，還對各種端口、功能和來源進(jìn)行了謹(jǐn)慎地限制。

更高級別的安全措施包括深度主動防御措施，這些措施能夠管理網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)事件，包括詳細(xì)的時(shí)間和用戶標(biāo)記活動日志。已安裝固件和任何升級的真實(shí)性通過數(shù)字簽名固件和加密密鑰得以增強(qiáng)。這可確保每個(gè)通電周期使用的都是有效的固件。

支持人機(jī)界面

除了廣泛的連接選項(xiàng)外，許多軟起動裝置還需要為操作人員提供即時(shí)和直接的訪問功能。這種訪問首先是通過電機(jī)或裝置上或附近高度可見且標(biāo)簽清晰的分立式開關(guān)啟動基本的“運(yùn)行”和“停止”動作。監(jiān)管安全標(biāo)準(zhǔn)通常會對此有強(qiáng)制要求。

為了符合這些要求，ATS480 裝置可以連接兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行和停止開關(guān)或單個(gè)運(yùn)行/停止開關(guān)（圖 3）。

圖 3：軟起動器可以連接使用兩個(gè)獨(dú)立的停止和運(yùn)行按鈕或一個(gè)具有雙重作用的開關(guān)。（圖片來源：Schneider Electric）

對于基本的設(shè)置、運(yùn)行和查詢功能，設(shè)計(jì)人員可以使用 [VW3A1113] 八行純文本顯示終端（圖 4）。此終端使用隨附的 RJ45 連接器，可以連接并安裝在軟起動器的正面，也可以使用遠(yuǎn)程安裝附件安裝在外殼門上。

圖 4：VW3A1113 純文本顯示終端使用隨附的 RJ45 連接器連接到軟起動器，并支持基本的設(shè)置、運(yùn)行和查詢功能。（圖片來源：Schneider Electric）

為了確保系統(tǒng)安全，這款多語言裝置（英語、法語、西班牙語、意大利語、德語和中文，還可下載其他語言）需要密碼才能登錄。連接后，可用于：

• 控制、調(diào)節(jié)和配置軟起動器
• 顯示當(dāng)前的電機(jī)、輸入/輸出和機(jī)器數(shù)據(jù)值
• 存儲和下載配置
• 將一個(gè)已上電軟起動器的配置復(fù)制到另一個(gè)已上電的軟起動器上

對于更先進(jìn)的診斷、控制、監(jiān)測和文件管理功能，Schneider 的 [設(shè)備類型管理器] (DTM) 和 [SoMove] 軟件可與基于 PC 的圖形終端顯示裝置配合使用。

額定功率決定包裝和外形尺寸

雖然 Altivar ATS480 系列軟起動器中的裝置提供相同的功能、能力、用戶界面和連接選項(xiàng)，但它們的驅(qū)動功率有所不同。這一參數(shù)決定了包裝和外形尺寸，看看該系列最低和最高功率的產(chǎn)品就不難理解這一點(diǎn)了。

[ATS480D17Y]（圖 5，左）額定用于從 208 至 690 V交流電的線路提供 17 A 的電流對三相交流電機(jī)進(jìn)行供電和控制，并使用 110 VAC 至 230 V交流電的控制電源運(yùn)行。該裝置高 275 mm、寬 160 mm、深 8 mm，重量不到 5 kg。

圖 5：Altivar ATS480 系列軟起動器中的最?。ㄗ螅┖妥畲螅ㄓ遥┭b置的功能相似，但其電流處理參數(shù)和重量卻有很大的不同。（圖片來源：Schneider Electric）

相比之下，[ATS480M12Y]（圖 5，右）的額定功率要大得多，可從 208 VAC 至 690 V交流電線路提供 1200 A 的電流，并使用 110 VAC 至 230 V交流電的控制電源運(yùn)行。雖然其特性和功能與 17 A 裝置幾乎完全相同，但尺寸卻大得多：高 890 mm，寬 770 mm，深 329 mm，重 115 kg。

總結(jié)

軟起動器是多相交流線路與中型至大型三相交流電機(jī)之間的重要紐帶，用于控制浪涌電流。Schneider Electric 的 Altivar ATS480 系列軟起動器支持 17 A 至 1200 A 的電機(jī)，具有廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接性和增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全性。這些器件還提供各種功能，能夠提高性能、安全性和可靠性。

審核編輯 黃宇