淺談智能馬達控制中心MCC在冶金行業的應用

摘要：分析智能馬達控制中心MCC的特點和構成，網絡架構，智能器件以及軟件。通過案例介紹了智能MCC在冶金行業轉爐系統的應用。

關鍵詞：馬達控制中心；自動控制；智能器件；網絡架構。

1 引言

電機控制中心(motor control center，MCC)產品在工業生產中發揮著重要的作用，可以集成各種電機控制和過程監控設備。在傳統的MCC產品應用中，控制系統主要是通過硬接線來實現與MCC的信息的傳輸，接線非常復雜，同時傳輸的信息也有限。

隨著網絡技術和智能化器件的發展，誕生了將硬件、軟件、網絡三者緊密地集成在起的新型的智能馬達控制中心(iMCC)。其特點為：(1)含有內置的通信網絡；(2)各單元含有具有網絡通信功能的智能化器件；(3)含有MCC專用的監控軟件；(4)與控制系統通過網絡，而不是硬接線傳輸信息。

2智能馬達控制中心MCC

2.1 NetLinx技術

NetLinx(圖1)是個開放的網絡體系結構包括：

(1) DeviceNet適用于相對少量的數據通信的簡單智能設備，減少硬接線，降低接線安裝成本。

(2) ControlNet適用于中量的數據通信，較高的確定性和/或冗余。

(3) EtherNet用于工廠級管理信息通信，特點是信息量大，傳輸速率高。

圖1 NetLinx三層網絡結構

2.2內置DeviceNET電纜以下特性：

(1) 減少由于控制端子原因造成的故障。

(2) 減少PLC系統I/O量，包括開關量和模擬量。

(3) 減少控制電纜及相應施工材料和人力成本。

2.3智能馬達控制元件

2.3.1 E3智能馬達保護器

E3智能馬達保護器提供下列主要功能：

(1)超越普通過載保護器的增強的保護功能。

(2)包括零序接地故障、PTC熱電阻輸入和過載、缺相、失速、堵轉、欠載、電流不平衡保護等。所有保護均采用數字化設定，準確可靠，同時提供報警或/和脫扣功能。

(3)報警設定提供預先報警：提供預維護功能，提知道故障內容。

(4)內置式DeviceNet(DN)通信：所有控制不再需要外部PLC I/O模塊。

(5)提供4輸入點2輸出點開關量輸入輸出點：用于采集接觸器和斷路器狀態及控制接觸器動作。

(6)可設置保護報警功能：各種保護報警都可根據實際應用的需要設置或屏蔽。

(7)內部存儲使用信息：E3提供對用戶生產有用的預防性信息，包括脫扣預警時間、復位時間、熱容利用百分比以及近期5次報警和脫扣原因記錄等，另外還包括其他測量參數。

2.3.2 DeviceNet系統附件(DSA)

DSA主要用來控制普通馬達起動器，并采集斷路器、接觸器和常規過載繼電器狀態。

(1) DSA提供4個輔助輸入點，適合于監視觸點狀態、分斷開關、過載脫扣和手動/自動切換狀態。

(2) DSA提供2個輔助輸出點，用來直接控制馬達起動器線圈(NEMA規格5或者IEC標準下304A接觸器)。

(3) (3)DSA提供DeviceNET設備接口，可以通過該網絡實現對接觸器的控制及相應狀態的檢測。

(4) DSA不能傳輸模擬量，所以般用于非關鍵設備的電機控制。還有帶DeviceNet通信的變頻器和軟起動器。

2.4 MCC監視軟件

智能MCC配置有專用軟件，檢測MCC的各種數據及狀態。MCC軟件減少了代價不菲的MCC監視畫面軟件的開發費用，提供了即插即用的解決方案，即便是計算機新手樣能夠應付自如。以下幾點給出了典型的智能電機控制中心軟件的基本特性。

(1)啟動網絡通信．配置和構建集成通信網絡通常是非常耗時的事情。然而，理想情況下，MCC制造商將用戶特定信息(自定義或標準圖紙)，如節點地址和波特率下載到MCC產品，然后測試整個系統的功能和通信精度。

(2)顯示預先組態的畫面，提供常見的參數：智能MCC軟件可提取用戶定義的數據文件，顯示相關畫面，預定義軟件畫面非常有幫助。

(3)柜面布置圖：提供MCC柜面的實際布置圖，顯示單元類型、狀態及各種信息。

(4)D定回路的詳細信息圖：提供相應回路的各種信息。

(5)數據訪問可以在任何級別的網絡上進行，用戶可以在任何級別的網絡上F問MCC數

據，如設備網、控制網或以太網。

(6)包含所有和用戶相關的文檔：綜合的文檔庫軟件提供了完整的文檔集，用以減少故障出現時找不到元件手冊的情況。這些文檔包括：①單元接線圖；②MCC柜面布置圖；③產品用戶手冊；④備品備件列表。

2.5成本估計

智能MCC采用了通信網絡電纜來取代各種硬接線。但是MCC產品通常是工廠內預接線，而且線纜很短，批量又多，成本比較低。這種情況下DeviceNet的勢很明顯：①傳統MCC傳統的器件和硬接線；②DeviceNet MCC智能器件和通信電纜；③PLC系統分別為傳統的I/O模塊和通信模塊；④兩種情況下都要求開關控制，要求每個單元對1～4個輸入點進行監測。

較之傳統MCC，DeviceNet MCC成本基本與之持平。但是DeviceNet連接的方式給用戶帶來的好處卻是顯然的。單元的移動的靈活性增強，簡化了系統接線和文檔等。而且，采用新型智能元件如E3、交流變頻器、軟起動器等，付出不大的代價，卻能夠得到諸多高級控制和監視、診斷功能，給客戶帶來的經濟效益更大。所以，智能MCC解決方案正越來越成為許多重要場合，如石化、冶金、水泥、造紙等行業應用的選。

2.6點分析

智能MCC以減少設計、安裝和文檔編制時間的形式實現了可觀的成本節約。節省經費的原因是對電纜的需求大大減少，包括電纜支架和接口設備，例如終端箱、控制系統I/O模塊和插入繼電器。事實上，與傳統的MCC安裝相比，智能MCC用戶報告的安裝成本降低了15％。用戶通過改進診斷實現額外的成本節約，這有助于更快地進行故障排除。

如果沒有智能電機控制、預配置的MCC軟件以及允許技術人員收集數據和配置設備的網絡體系結構，工程N41"J將被迫使用反復試驗的方法。有了所有這些特性，工程師們花了幾分鐘的時間來解決每個問題，而不是幾個小時。

3案例分析

3.1項目背景

案例興澄特鋼的轉爐系統，水處理系統，RH系統的主要機械設備和設施均從外進口，對相應的控制設備的要求也很高。合適的MCC成為項目成敗的關鍵。

3.2智能MCC在興澄特鋼的應用

智能MCC在興澄特鋼的轉爐系統，水處理系統，RH系統都到了應用。圖2為智能MCC的網絡拓撲圖。系統特點：智能電機控制中心在柜體結構中內置設備網通信電纜，并貫穿整個電機控制中心組，每個柜體中預留6個設備網接口用于垂直槽。設備網通信電纜用于傳輸控制數據，有效減少了PLC I/O模塊和硬接線的數量。

圖2轉爐系統MCC的網絡系統

本系統中有兩種智能MCC接口模塊：DSA模塊和E3 PLUS模塊用于馬達的直接起動。

(1)DSA模塊主要用在不需要模擬量和報警信息傳送的電機啟動控制單元中。本系統的主要輸入信號有：電機準備就緒、手動/自動轉換、操作和故障等，輸出信號為設備的啟動和停止信號。具有DN通信接口，4DI/2DO。用于傳輸相關器件的開合狀態。

(2)E3 PLUS是種電子智能電機保護器，用于電機控制單元，能夠向上位控制系統提供模擬信號和及電機的各種狀態信號。與DSA模塊樣，E3 PLUS模塊具有內置的DN網絡接口，提供4DI/2DO。同時，E3 PLUS具有過載、缺相、缺相、失速、閉鎖、接地故障、PTC熱電阻輸人等可編程保護功能。該系統中較多地使用了E3 PLUS，使得軟硬件及網絡得以緊密結合，整合了MCC監控和廠級網絡有效連接。智能電機控制中心的監控軟件能獲得較之于傳統的電機控制中心更多的設備級診斷功能。它能夠在內部看到和監控每個電機。如果電機跳閘，智能電機控制中心可以指示跳閘原因：缺相、失速、過載或接地故障，并可以方便地與控制層和網絡層連接。

4.安科瑞智能電動機保護器介紹

4.1產品介紹

智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。

4.2技術參數

4.2.1數字式電動機保護器

4.2.2模塊式電動機保護器

4.3產品選型

說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

5.結束語

隨著智能設備的成本不斷下降，智能MCC為控制系統提供了個利用技術中獲益的好機會，包括改善診斷、提高系統可靠性、設計靈活性和簡化布線。雖然穩定、可靠的設計對于幫助控制故障和減少停機時間至關重要，但同樣重要的是當今智能MCC的設備級網絡功能。智能MCC技術已經發展到既實用又經濟地利用網絡化智能電機控制設備的地步。這種技術為高級監視、控制和診斷提供了擴展的機會，為用戶提供了重要的新信息，以防止或減少停機時間。

由于大多數信息可以遠程獲取，因此智能MCC可以通過減少啟動和故障排除過程中暴露在危險電壓下來幫助提高安全性。在這個注重減少開支的時代，成本是實施這項新技術的動力。

綜合上述點，智能MCC將成為未來MCC項目的重要任務。

參考文獻

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[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版