基于智能電機(jī)控制管理系統(tǒng)MCC 的功能

侯延軍，姜 輝

（中國(guó)石油吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林 132022）

0 引言

智能化電機(jī)控制管理系統(tǒng)（MCC，Motor Control Center）是采用國(guó)際先進(jìn)的分布式自動(dòng)化技術(shù)—基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由電機(jī)保護(hù)控制器、網(wǎng)絡(luò)通信控制設(shè)備、智能化管理系統(tǒng)等3 個(gè)部分所構(gòu)成的分層和分布式的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，擁有高度的分散性及可擴(kuò)展性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)設(shè)備信息實(shí)時(shí)采集、分析和處理，隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息化管理，使整個(gè)系統(tǒng)電機(jī)設(shè)備一直運(yùn)行在最優(yōu)節(jié)能狀態(tài)，在延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和節(jié)約能源的同時(shí)，也充分的提高了電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 智能電機(jī)控制管理系統(tǒng)（MCC）方案

1.1 智能電機(jī)保護(hù)控制器產(chǎn)品技術(shù)方案

智能電機(jī)控制器既是智能MCC 系統(tǒng)的控制端又是信息采集端，適用于控制各種三相交流電機(jī)設(shè)備，其集全面的監(jiān)視、測(cè)量、計(jì)量、控制、保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通信和綜合管理等多種自動(dòng)化功能于一體，將先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式智能技術(shù)融入電機(jī)控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和信息化管理。智能型電機(jī)保護(hù)控制器是一種應(yīng)用于低壓電機(jī)控制與保護(hù)裝置，根據(jù)設(shè)計(jì)方案形成產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)方案。

1.2 智能MCC 軟件系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)方案

PDM 智能MCC 軟件系統(tǒng)的平臺(tái)是需要解決電機(jī)智能化保護(hù)控制器和分層分布式網(wǎng)絡(luò)通信之間的速度及兼容性、故障預(yù)警、電機(jī)智能維護(hù)等一些關(guān)鍵性的技術(shù)。通過(guò)采用上述關(guān)鍵技術(shù)，從而可以保證本系統(tǒng)能夠與國(guó)內(nèi)外多種現(xiàn)場(chǎng)總線兼容，并能同時(shí)滿足除智能電機(jī)控制管理系統(tǒng)（MCC）之外的配電自動(dòng)化系統(tǒng)（Distribution Automation System，ECS）和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)（Industrial Automation System，DCS）的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需求。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1 所示。

1.3 方案設(shè)計(jì)

圖1 PDM 智能MCC 設(shè)備管理系統(tǒng)拓?fù)涫疽?/p>

設(shè)備管理創(chuàng)新性的安全預(yù)警軟件算法：軟件系統(tǒng)通過(guò)記錄的運(yùn)行參數(shù)（開(kāi)關(guān)合/分次數(shù)、合閘電流、負(fù)荷變化率、溫度）生成設(shè)備的安全熱曲線報(bào)表，超過(guò)安全運(yùn)行區(qū)計(jì)算機(jī)自動(dòng)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)維護(hù)，避免事故發(fā)生。系統(tǒng)故障智能分析功能：當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，軟件自動(dòng)生成故障分析報(bào)告，包括故障設(shè)備的電路名稱、故障原因、故障時(shí)間、故障動(dòng)作記錄值及故障解決方案。同時(shí)，聲光報(bào)警和圖像報(bào)警可以幫助運(yùn)行維護(hù)人員快速識(shí)別故障，盡快恢復(fù)供電運(yùn)行，減少停電時(shí)間損失和停電。系統(tǒng)節(jié)能綜合管理：系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)管理，如：控制電容器投切，提高系統(tǒng)功率因數(shù)；切斷諧波噪聲源；合理平衡和改善三相負(fù)荷特性；調(diào)整變壓器有載分接開(kāi)關(guān)，提高電壓合格率等，從而提高整個(gè)低壓配電系統(tǒng)的供電效率，降低能耗。準(zhǔn)同步交流采樣軟件算法及快速轉(zhuǎn)換技術(shù)：采用準(zhǔn)同步交流采樣軟件算法和快速傅立葉小波轉(zhuǎn)換技術(shù)，解決了以往算法測(cè)量精度較低和數(shù)字式繼電保護(hù)響應(yīng)速度較慢的問(wèn)題。電力品質(zhì)分析和諧波電能分析功能：具有基波電能和63 次諧波電能的計(jì)量功能，為用電單位“節(jié)能減排”提供科學(xué)依據(jù)。兼容多種現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)：解決目前常用國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線的兼容和同時(shí)使用的問(wèn)題；滿足PROFIBUS、DEVICENET、MODBUS 和以太網(wǎng)等多種總線。創(chuàng)新的數(shù)字式漏電（火災(zāi)）保護(hù)及消防聯(lián)控：具備漏電保護(hù)及消防聯(lián)控功能，防范電氣火災(zāi)和保障人身安全。

2 智能化MCC 設(shè)備管理系統(tǒng)的實(shí)施效果

（1）全面智能監(jiān)測(cè)電機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)，避免設(shè)備燒毀事故。MCC 系統(tǒng)所監(jiān)控的電機(jī)保護(hù)控制器具有的短路、堵轉(zhuǎn)、缺相、過(guò)負(fù)荷、接地、漏電、過(guò)熱、TE 時(shí)間保護(hù)、過(guò)/欠壓、欠功率、諧波過(guò)高、運(yùn)行失電、失壓再啟動(dòng)、啟動(dòng)超時(shí)等故障診斷功能從根本上解決傳統(tǒng)熱繼電器不能監(jiān)測(cè)、識(shí)別設(shè)備負(fù)荷過(guò)載的缺憾，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備保護(hù)靈敏度不夠的問(wèn)題，為設(shè)備的安全、可靠的運(yùn)行提供技術(shù)上的保障。

（2）預(yù)防電機(jī)事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)和故障診斷。MCC系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的日、周、月運(yùn)行參數(shù)記錄和對(duì)比，包括：電機(jī)啟動(dòng)電流、平均運(yùn)行電流、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)、熱容量系數(shù)自動(dòng)生成電機(jī)的安全熱曲線（申請(qǐng)發(fā)明專利），超過(guò)安全操作區(qū)域自動(dòng)報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)維護(hù)，避免事故發(fā)生，并提供上述電機(jī)智能維護(hù)報(bào)告。包括：電路名稱、故障原因、故障時(shí)間、故障電機(jī)的故障動(dòng)作記錄值以及故障的解決方法。同時(shí)，聲光報(bào)警和圖像報(bào)警可以幫助運(yùn)行維護(hù)人員快速識(shí)別電機(jī)故障原因，減少操作人員數(shù)量，提高工作效率。

（3）提高設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和效率，節(jié)能降耗。MCC 系統(tǒng)平臺(tái)提供預(yù)設(shè)功能模塊，使一些儲(chǔ)水型、儲(chǔ)料型等儲(chǔ)備型設(shè)備按儲(chǔ)備量及當(dāng)?shù)氐墓╇姺?、谷、平關(guān)系自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，這可使電機(jī)在最為合理的條件下開(kāi)啟，即減少電能的消耗又對(duì)供電緊張的電力系統(tǒng)進(jìn)行合理的調(diào)配。具有的綜合電力參數(shù)測(cè)量監(jiān)視功能（如：電流、電壓、功率、功率因數(shù)、周波、電能、不平衡度、負(fù)荷率、諧波等），通過(guò)對(duì)供電質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析，通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)或手動(dòng)動(dòng)態(tài)管理（如：控制電容器的開(kāi)/關(guān)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)；切斷諧波噪聲源；合理平衡和改善三相負(fù)荷特性；控制變壓器有載分接，提高電壓合格率等），提高整個(gè)低壓配電系統(tǒng)的供電效率，降低能耗。

（4）實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)備的智能化、遠(yuǎn)程化的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。傳統(tǒng)的電機(jī)控制方式主要是手動(dòng)直接操作，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地了解和記錄各電機(jī)回路的功率參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警和故障跳閘電路及時(shí)間。必須通過(guò)人工定期檢查、現(xiàn)場(chǎng)操作和現(xiàn)場(chǎng)抄表來(lái)實(shí)現(xiàn)。較復(fù)雜的控制邏輯很難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又存在維數(shù)多、保護(hù)量大、故障點(diǎn)多、實(shí)時(shí)性差、人工記錄誤差大、無(wú)法存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)，給現(xiàn)代運(yùn)行管理帶來(lái)很大困難，如安全保證、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷分析、峰谷填谷、經(jīng)濟(jì)核算、合理調(diào)度、及時(shí)排除電機(jī)功率故障等，甚至設(shè)備故障不明，甚至事故擴(kuò)大。

應(yīng)用系統(tǒng)后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)電機(jī)采集的信息量大大增加，硬件設(shè)備（包括電纜）和安裝調(diào)試相應(yīng)簡(jiǎn)化。實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)的就地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控（遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)等），為用戶的能源智能化管理應(yīng)用展示廣闊的前景，同時(shí)也為合理用電提供高效、科學(xué)的管理手段，通過(guò)歷史記錄的電力參數(shù)，及時(shí)掌握日負(fù)荷或季節(jié)負(fù)荷特點(diǎn)，充分實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班或少值班用電管理，節(jié)約人力資源的運(yùn)行和管理；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況，完善用戶內(nèi)部用電成本考核，制定臨時(shí)或定期設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

（5）推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。電機(jī)智能監(jiān)控保護(hù)管理系統(tǒng)（智能MCC 系統(tǒng)）技術(shù)的推廣，將促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)低壓電機(jī)控制管理系統(tǒng)從“傳統(tǒng)化”向“智能化”的全面轉(zhuǎn)變，不但可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)也降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而縮短該產(chǎn)業(yè)與國(guó)外同類產(chǎn)業(yè)的技術(shù)差距，提高民族產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)奠定基礎(chǔ)。

3 持續(xù)改進(jìn)措施

（1）智能電機(jī)控制器具有多種監(jiān)測(cè)和故障診斷功能，由于其所使用行業(yè)、環(huán)境及用戶的要求不同，在銷售給用戶前需要依據(jù)上述條件對(duì)智能電機(jī)控制器邏輯進(jìn)行調(diào)整，這對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)會(huì)造成生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的難度，公司正在研發(fā)的軟件編程技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)控制器控制比較復(fù)雜邏輯的功能，用戶可以通過(guò)自身需求靈活設(shè)置編程，根據(jù)本企業(yè)設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障診斷、保護(hù)需求進(jìn)行功能邏輯編寫(xiě)，方便用戶使用。

（2）設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)保護(hù)預(yù)警分析，為設(shè)備檢修提供數(shù)據(jù)分析報(bào)告。從未來(lái)電機(jī)智能監(jiān)控與保護(hù)管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，應(yīng)具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析功能，作為設(shè)備運(yùn)行性能故障預(yù)警功能，幫助用戶實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行效率。用戶可參考分析報(bào)告進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和維修，有利于提高生產(chǎn)效率，提高設(shè)備保護(hù)器的智能化。