浅谈智能马达控制中心MCC在冶金行业的应用

摘要：分析智能马达控制中心MCC的特点和构成，网络架构，智能器件以及软件。通过案例介绍了智能MCC在冶金行业转炉系统的应用。

关键词：马达控制中心；自动控制；智能器件；网络架构。

1 引言

电机控制中心(motor control center，MCC)产品在工业生产中发挥着重要的作用，可以集成各种电机控制和过程监控设备。在传统的MCC产品应用中，控制系统主要是通过硬接线来实现与MCC的信息的传输，接线非常复杂，同时传输的信息也有限。

随着网络技术和智能化器件的发展，诞生了将硬件、软件、网络三者紧密地集成在起的新型的智能马达控制中心(iMCC)。其特点为：(1)含有内置的通信网络；(2)各单元含有具有网络通信功能的智能化器件；(3)含有MCC专用的监控软件；(4)与控制系统通过网络，而不是硬接线传输信息。

2智能马达控制中心MCC

2.1 NetLinx技术

NetLinx(图1)是个开放的网络体系结构包括：

(1) DeviceNet适用于相对少量的数据通信的简单智能设备，减少硬接线，降低接线安装成本。

(2) ControlNet适用于中量的数据通信，较高的确定性和/或冗余。

(3) EtherNet用于工厂级管理信息通信，特点是信息量大，传输速率高。

图1 NetLinx三层网络结构

2.2内置DeviceNET电缆以下特性：

(1) 减少由于控制端子原因造成的故障。

(2) 减少PLC系统I/O量，包括开关量和模拟量。

(3) 减少控制电缆及相应施工材料和人力成本。

2.3智能马达控制元件

2.3.1 E3智能马达保护器

E3智能马达保护器提供下列主要功能：

(1)超越普通过载保护器的增强的保护功能。

(2)包括零序接地故障、PTC热电阻输入和过载、缺相、失速、堵转、欠载、电流不平衡保护等。所有保护均采用数字化设定，准确可靠，同时提供报警或/和脱扣功能。

(3)报警设定提供预先报警：提供预维护功能，提知道故障内容。

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

(5)提供4输入点2输出点开关量输入输出点：用于采集接触器和断路器状态及控制接触器动作。

(6)可设置保护报警功能：各种保护报警都可根据实际应用的需要设置或屏蔽。

(7)内部存储使用信息：E3提供对用户生产有用的预防性信息，包括脱扣预警时间、复位时间、热容利用百分比以及近期5次报警和脱扣原因记录等，另外还包括其他测量参数。

2.3.2 DeviceNet系统附件(DSA)

DSA主要用来控制普通马达起动器，并采集断路器、接触器和常规过载继电器状态。

(1) DSA提供4个辅助输入点，适合于监视触点状态、分断开关、过载脱扣和手动/自动切换状态。

(2) DSA提供2个辅助输出点，用来直接控制马达起动器线圈(NEMA规格5或者IEC标准下304A接触器)。

(3) (3)DSA提供DeviceNET设备接口，可以通过该网络实现对接触器的控制及相应状态的检测。

(4) DSA不能传输模拟量，所以般用于非关键设备的电机控制。还有带DeviceNet通信的变频器和软起动器。

2.4 MCC监视软件

智能MCC配置有专用软件，检测MCC的各种数据及状态。MCC软件减少了代价不菲的MCC监视画面软件的开发费用，提供了即插即用的解决方案，即便是计算机新手样能够应付自如。以下几点给出了典型的智能电机控制中心软件的基本特性。

(1)启动网络通信．配置和构建集成通信网络通常是非常耗时的事情。然而，理想情况下，MCC制造商将用户特定信息(自定义或标准图纸)，如节点地址和波特率下载到MCC产品，然后测试整个系统的功能和通信精度。

(2)显示预先组态的画面，提供常见的参数：智能MCC软件可提取用户定义的数据文件，显示相关画面，预定义软件画面非常有帮助。

(3)柜面布置图：提供MCC柜面的实际布置图，显示单元类型、状态及各种信息。

(4)D定回路的详细信息图：提供相应回路的各种信息。

(5)数据访问可以在任何级别的网络上进行，用户可以在任何级别的网络上F问MCC数

据，如设备网、控制网或以太网。

(6)包含所有和用户相关的文档：综合的文档库软件提供了完整的文档集，用以减少故障出现时找不到元件手册的情况。这些文档包括：①单元接线图；②MCC柜面布置图；③产品用户手册；④备品备件列表。

2.5成本估计

智能MCC采用了通信网络电缆来取代各种硬接线。但是MCC产品通常是工厂内预接线，而且线缆很短，批量又多，成本比较低。这种情况下DeviceNet的势很明显：①传统MCC传统的器件和硬接线；②DeviceNet MCC智能器件和通信电缆；③PLC系统分别为传统的I/O模块和通信模块；④两种情况下都要求开关控制，要求每个单元对1～4个输入点进行监测。

较之传统MCC，DeviceNet MCC成本基本与之持平。但是DeviceNet连接的方式给用户带来的好处却是显然的。单元的移动的灵活性增强，简化了系统接线和文档等。而且，采用新型智能元件如E3、交流变频器、软起动器等，付出不大的代价，却能够得到诸多高级控制和监视、诊断功能，给客户带来的经济效益更大。所以，智能MCC解决方案正越来越成为许多重要场合，如石化、冶金、水泥、造纸等行业应用的选。

2.6点分析

智能MCC以减少设计、安装和文档编制时间的形式实现了可观的成本节约。节省经费的原因是对电缆的需求大大减少，包括电缆支架和接口设备，例如终端箱、控制系统I/O模块和插入继电器。事实上，与传统的MCC安装相比，智能MCC用户报告的安装成本降低了15％。用户通过改进诊断实现额外的成本节约，这有助于更快地进行故障排除。

如果没有智能电机控制、预配置的MCC软件以及允许技术人员收集数据和配置设备的网络体系结构，工程N41"J将被迫使用反复试验的方法。有了所有这些特性，工程师们花了几分钟的时间来解决每个问题，而不是几个小时。

3案例分析

3.1项目背景

案例兴澄特钢的转炉系统，水处理系统，RH系统的主要机械设备和设施均从外进口，对相应的控制设备的要求也很高。合适的MCC成为项目成败的关键。

3.2智能MCC在兴澄特钢的应用

智能MCC在兴澄特钢的转炉系统，水处理系统，RH系统都到了应用。图2为智能MCC的网络拓扑图。系统特点：智能电机控制中心在柜体结构中内置设备网通信电缆，并贯穿整个电机控制中心组，每个柜体中预留6个设备网接口用于垂直槽。设备网通信电缆用于传输控制数据，有效减少了PLC I/O模块和硬接线的数量。

图2转炉系统MCC的网络系统

本系统中有两种智能MCC接口模块：DSA模块和E3 PLUS模块用于马达的直接起动。

(1)DSA模块主要用在不需要模拟量和报警信息传送的电机启动控制单元中。本系统的主要输入信号有：电机准备就绪、手动/自动转换、操作和故障等，输出信号为设备的启动和停止信号。具有DN通信接口，4DI/2DO。用于传输相关器件的开合状态。

(2)E3 PLUS是种电子智能电机保护器，用于电机控制单元，能够向上位控制系统提供模拟信号和及电机的各种状态信号。与DSA模块样，E3 PLUS模块具有内置的DN网络接口，提供4DI/2DO。同时，E3 PLUS具有过载、缺相、缺相、失速、闭锁、接地故障、PTC热电阻输人等可编程保护功能。该系统中较多地使用了E3 PLUS，使得软硬件及网络得以紧密结合，整合了MCC监控和厂级网络有效连接。智能电机控制中心的监控软件能获得较之于传统的电机控制中心更多的设备级诊断功能。它能够在内部看到和监控每个电机。如果电机跳闸，智能电机控制中心可以指示跳闸原因：缺相、失速、过载或接地故障，并可以方便地与控制层和网络层连接。

4.安科瑞智能电动机保护器介绍

4.1产品介绍

智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

4.2技术参数

4.2.1数字式电动机保护器

4.2.2模块式电动机保护器

4.3产品选型

说明：“√”表示具备，“■”表示可选。

5.结束语

随着智能设备的成本不断下降，智能MCC为控制系统提供了个利用技术中获益的好机会，包括改善诊断、提高系统可靠性、设计灵活性和简化布线。虽然稳定、可靠的设计对于帮助控制故障和减少停机时间至关重要，但同样重要的是当今智能MCC的设备级网络功能。智能MCC技术已经发展到既实用又经济地利用网络化智能电机控制设备的地步。这种技术为高级监视、控制和诊断提供了扩展的机会，为用户提供了重要的新信息，以防止或减少停机时间。

由于大多数信息可以远程获取，因此智能MCC可以通过减少启动和故障排除过程中暴露在危险电压下来帮助提高安全性。在这个注重减少开支的时代，成本是实施这项新技术的动力。

综合上述点，智能MCC将成为未来MCC项目的重要任务。

参考文献

[1] 郭宏，于凯平．电机控制中心综述[J]．电气传动，2006(03)：8-10+59．

[2] 张焱．智能MCC系统工程设计方法在造纸中的应用[D]．陕西：陕西科技大学，2014．

[3] 赵伟．智能马达控制中心MCC在冶金行业的应用

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版