丹东华通测控有限公司
成果主要创造人：刘永胜刘海波
成果参与创造人：曲海东苑智伟李凤丹胡予滨吴东波沈洁姜涛
一、实行智能化电动机控制管理系统(MCC)的背景
1、创新意义和必要性
电动机是我国工业生产中应用最为广泛的动力设备，在国民经济的生产中有着不可替代的重要地位和作用。据统计：目前全国运行在1KW-320KW的低压交流电动机数量约6000万台，其能耗占我国电网总用电量的50%以上，全国每年烧毁电动机数量约300万台，容量为5亿千瓦，每年仅在烧毁过程中就耗电为数亿万度，修理费高达上百亿元，造成停工停产损失更是无法估量。因此在满足生产工艺流程的前提下，如何保障电动机连续可靠的运行，预防和避免电动机的烧毁，并有效的降低电动机的能耗，是国内外企业在设备管理方面力求在技术上有所突破和创新一个非常重要的课题，目前国际和国内业内普遍认可的解决方案是：采用电动机智能控制器与软件系统管理平台相结合的智能电动机控制管理系统（MCC）。 传统的电动机保护控制系统采用热继电器、变送器、中间继电器、指针仪表等多器件电动机控制和保护功能，接线复杂，维护不便，在保护方面仅能实现电动机的过载保护，保护功能单一、保护特性差，在电机设备故障诊断及异常运行时不能及时有效的采取保护措施，设备管理自动化、信息化程度较低。 智能化电动机控制管理系统（MCC）是采用国际先进的分布式自动化技术--基于现场总线技术，由电动机保护控制器、网络通讯控制设备、智能化管理系统等三个部分构成的分层分布式系统网络结构，具有高度分散性和可扩展性，可实现对现场电动机监测、保护设备信息实时采集、分析和处理，随时诊断设备的运行状态，优化现场设备的控制，实现系统设备网络信息化管理，使整个系统电动机设备一直运行在最优节能状态，在延长设备的使用寿命和节约能源的同时，也充分的提高了电动机等设备的运行效率。
案例对比
●传统的电动机保护与控制系统
QF：断路器；KM：交流接触器；KT：热继电器；KA：电流变送器
●智能电动机控制管理系统
QF：断路器；KM：交流接触器；PDM：电动机保护控制器
2、相关领域国内外技术现状和发展趋势
2.1 国外技术现状及发展趋势
智能电动机控制管理系统技术在国际始于90年代初期，从国外技术发展的趋势看，电动机控制管理系统向智能化、集中平台管理发展的速度相当快。国外各大跨国公司如SIEMENS、Rockwell、SCHNEIDER等都已经开发并使用了基于各种现场总线的智能电动机控制管理系统，现场总线技术已经融入电器设备，以适应电动机控制管理系统的智能化监控和保护。
SIEMENS公司推出的电动机控制系统采用PROFIBUS-DP协议现场总线，元器件基本都采用自己公司的产品。系统由总线器件、智能低压元器件和WinCC系统软件组成。在系统的配置中，除了低压配电系统中的进出线回路、马达控制回路外，还包含了一些传动设备的控制等。
Rockwell Automation的CENTERLINE电动机控制中心采用DeviceNet连接产品包括智能型配电监控器、智能电动机控制器、传动装置等。其完整的自动化方案为IntelliCENTER，软件可以完成DeviceNet /ControlNet系统配置、控制、监视、诊断等功能。
SCHNEIDER公司的智能电动机控制管理中主要有DIGIPACT电气设备管理系统以及相关的SMS电网
系统管理软件。系统还可以通过网关直接连接到以太网TCP/IP，在局域网和广域网上实现对电力系统的监控，了解供电质量信息。
2.2 国内技术现状及发展趋势
在国内，智能型电动机保护控制器及智能电动机控制管理系统平台的研发和应用方面开始于2002年，落后于国外发达国家十多年，为了缩小与国外同类产品的差距，目前国内主要同类产品生产厂家有：丹东华通测控有限公司、上海华建电力有限公司、北京爱博精电有限公司等。
丹东华通测控有限公司自成立以来，致力于智能电动机控制管理系统（MCC）、智能电动机保护控制器等多项智能产品及软件的开发、研制。获得了国家多项专利，具有自主知识产权，开发和生产的设备智能化MCC管理系统软件平台、智能电力监控仪表、智能网络通讯控制器在国内均处于领先地位。
我公司研发的智能电动机控制管理系统（MCC），是基于先进的分层分布式网络结构，集监视、测量、计量、控制保护、网络通讯和综合管理等多种自动化功能与一体。是开放式、智能化、网络化、单元化、组态化的综合自动化系统。该系统综合了计算机、微电子、电力自动化、网络通讯、抗干扰等诸多高新技术，实现基于工业以太网技术的低压配电各回路的遥测、遥控、遥信、遥调等测控功能以及通过INTERNET网直接“全透明”的访问现场监控仪表，对国内低压配电从人工监控、集中控制、分散控制到实现开放式的分布式智能系统具有革命性和历史性的推动作用。
二、智能电动机控制管理系统（MCC）方案
1、智能电动机保护控制器产品技术方案
1.1产品概述
智能电动机控制器既是智能MCC系统的控制端又是信息采集端，适用于控制各种三相交流电动机设备，其集全面的监视、测量、计量、控制、保护、网络通讯和综合管理等多种自动化功能于一体，将先进的网络通讯技术和分布式智能技术溶入电动机控制系统中，从而实现工业生产过程设备的智能化、网络化、数字化和信息化管理。
1.2 产品特点
◇全面保障工业生产线电动机连续、安全运行，避免烧毁事故。
◇可预防电动机事故发生，实现智能化维护和检修。
◇对电动机故障智能分析，快速故障定位减少停电时间
◇实现电动机智能化、远程化的实时监控和管理
◇实现电动机自启动控制及再启动控制的系统化管理
◇通过系统实现电动机节能定时、定量控制管理。
1.3 方案设计
智能型电动机保护控制器是一种应用于低压电动机控制与保护装置，根据设计方案形成产品的整体设计方案，具体功能如下：
1.3.1产品功能设计方案：
◇具有短路、堵转、过负荷、接地、缺相/不平衡、欠载、TE曲线、欠/过压、失压再起动、起动超时、起动前加速跳闸、运行失电、外部故障、漏电、RTC温度保护等多种保护功能；
测量三相电流、零序电流、三相电流不平衡度、三相电压、零序电压、三相电压不平衡度、有功/无功功率、功率因数、频率、有功/无功电能计量等电量，实现对电动机的综合保护，并具有保护时间的记录功能；
◇可设定四种保护控制输出方式
①. 直接起动方式②. 保护跳闸方式
③. 星/角起动方式④. 断路器控制方式
装置电源采用宽范围的交直流通用电源AC/DC110～250V；
◇1路485通讯接口，Modbus RTU通讯协议；可选一路
Profibus-DP接口或DeviceNET通讯接口实现两个主站同时进
行数据交换；
◇11路开关量输入：其中7路具有启动/停止/急停/通讯/显示
控制功能；
◇通过网络通讯控制方式实行电动机分批分段停车功能。
1.3.2结构与硬件设计方案
产品设计采用分体模块设计，装置本体与显示模块分体式，装置本体采用导轨安装方式，显示模块采用小模块盘面安装方式；
产品功能模块化设计，各个功能模块相对独立，任何一部分的损坏都不会影响装置的正常工作。
1.3.3生产工艺设计
采用SMT自动贴装和再流焊等自动化生产工艺，贴装后的线路板表面进行“三防漆”处理工艺。
2、智能MCC软件系统平台技术方案
2.1 关键技术
PDM智能MCC软件系统平台需重点解决的电动机的智能化保护控制器与分层分布式网络通讯的速度和兼容性、电动机智能维护、故障预警等关键技术如下：
●控制软件系统拟采用的关键技术：
①准同步交流采样软件算法及数据快速转换技术;
②电动机故障智能预警技术;
③电动机故障智能分析技术;
④数字式漏电(火灾)保护及消防联控技术;
⑤系统化的节能管理技术;
⑥电力品质分析及能耗专家分析技术。
●在网络通讯的速度和兼容性方面，拟采用下列关键技术：
①分层分布式网络;
②多种FF现场总线兼容;
③基于Zigbee无线网络的数据采集；
④满足单网、双网、环网及网络冗余;
⑤备用网络数据实时监听等关键技术，
通过采用上述关键技术，从而可以保证本系统能够与国内外多种现场总线兼容，并能同时满足除智能电动机控制管理系统（MCC）之外的配电自动化系统(ECS)和工业自动化系统(DCS)的高速实时数据需求。如图所示。
PDM智能MCC设备管理系统拓扑示意图
2.2方案设计
◇设备管理创新性的安全预警软件算法：软件系统通过记录的运行参数（开关合/分次数、合闸电流、负荷变化率、温度）生成设备的安全热曲线报表，超过安全运行区计算机自动报警，提醒运行人员及时维护，避免事故发生。
◇系统化的故障智能分析功能：当设备出现故障后，软件将自动生成故障分析报告，包括：故障设备回路名称、故障原因、故障时间、故障动作记录值及针对该故障的解决方案，同时声光、图像报警，可帮助运行维护人员迅速判明故障、尽快恢复供电运行，减少停电时间和停电损失。
◇系统化的节能综合管理：系统软件对供电质量实时监测、分析，实现了对负荷的动态管理；如：控制电容器投/切以提高系统的功率因数；切断谐波噪声源；合理平衡和改善三相负荷特性；调节变压器有载分接头升/降以提高电压合格率等，以提高整个低压配电系统的供电效率，降低能耗。
◇准同步交流采样软件算法及快速转换技术：采用准同步交流采样软件算法和快速傅立叶小波转换技术，解决
了以往算法测量精度较低和数字式继电保护响应速度较慢的问题。
◇电力品质分析和谐波电能分析功能：具有基波电能和63次谐波电能的计量功能，为用电单位“节能减排”提供了科学依据。
◇兼容多种现场总线的网络化技术：解决了目前常用国际现场总线的兼容和同时使用的问题；满足PROFIBUS、DEVICENET、MODBUS和以太网等多种总线。
◇创新的数字式漏电（火灾）保护及消防联控：具备漏电保护及消防联控功能，防范电气火灾和保障人身安全。
三、智能化MCC设备管理系统的实施
1.智能化MCC设备管理系统设计及网络搭建
智能化MCC设备管理系统按结构可分为三级：现场级、控制级和管理级。现场级包括：智能断路器、各种智能电力监控仪表、智能电动机保护控制器及相关控制设备。控制级包括：网络通讯控制器、相关网络线缆及附件；管理级包括：监控计算机、打印机、串口服务器等管理设备，
1.2现场级：
所有高压保护测控装置（测控仪表）和低压智能电力监控仪表及测控模块按一次设备对应分布式配置，就地安装在高、低压开关柜内，所内通讯介质采用屏蔽双绞线，各装置、仪表和模块相对独立，完成保护、测量、控制、监测、通讯等功能，同时具有动态实时显示电气设备工作状态、运行参数、故障信息和事件记录、保护定值等功能，保护测控装置及低压智能电力监控仪表模块与开关柜溶为一
体，构成智能化开关柜，所有装置和仪表通过RS485通讯口接入相应的底层RS485子网，将有关信息输送至控制级的通讯控制器，同时各装置的功能可完全不依赖于网络而独立完成对电气设备的保护监控。
1.2控制级：
完成现场级和管理级层之间的网络连接，实现间隔层和站控层之间通讯数据的上行和下达；该层的核心设备是网络通讯控制器（2000R+），其可不依赖于站控层监控计算机系统独立运行，具有通讯数据采集、协议转换、数据二次组态、总线转换、同时与多主站（包括双网）进行数据交换，如其他上级调度系统、MIS管理系统，智能楼宇、消防系统等，达到信息资源共享。
1.3管理级层：
通过监控计算机可实现整个配电系统高、低压电气设备的遥信、遥控、遥测、遥调“四遥”功能，并且与上级系统通讯，达到实现变电所的无人值班的设计要求。系统选用PDM2000专业组态监控软件，对配电系统电气设备的运行状态进行实时监控、电气参数实时监测、事故异常报警、事件记录和打印、电能管理和负荷控制、电力品质分析、统计报表自动生成和打印、事故异常报警等综合功能，高速顺序事件记录、各种图表的汇总、分类、输送或上报，并具有打印、存盘和光盘刻录存储功能，系统还具备与智能模拟显示屏、变压器智能控制单元、智能直流电源等其它智能设备和自动化系统的通信接
口。
系统管理软件基于多进程、多任务Windows 2000中文操作系统，SQL Server 2000商用高速数据库；用户界面友好、丰富、方便，所有窗口和操作均为全中文汉字化，便于运行维护人员掌握，可免维护使用。
2.智能化MCC设备管理系统创新成果
2.1.通讯预设定分批停车：
管理系统具有网络通讯广播命令实行电动机分段停车功能，采用预设停车广播命令功能码，通过网络通讯控制系统对电动机保护控制器下发指定广播命令，电动机保护器可设定几段停车命令，电动机保护器接收到已设定的广播命令自动停车控制输出，实现通过网络通讯控制方式实行电动机分批分段停车功能，通过这项技术提高企业生产工艺控制手段，改变企业生产控制复杂性，此项技术达到国内外先进水平。
2.2.卡槽式双路通讯总线接口：
管理系统采用两路现场总线接口，采用模块化卡槽式安装设计，方便用户直接更换不同的标准的现场总线协议，并且可以和两个主站同时进行数据交换。这项技术打破了现有电动机保护装置无法与不同
系统进行互联的弊端，此项技术已达到国际领先水平。
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