周 健 曾幼松 梅 坤

（深圳市中電電力技術股份有限公司，廣東 深圳 518000）

LMCC（Local Motor Control Center）馬達控制中心是專為工業(yè)企業(yè)低壓電動機設計的一套智能化的就地電動機管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)對現(xiàn)場低壓電動機的集中監(jiān)測、控制與管理，便于用戶掌握電機運行特性，分析各類電動機電氣故障原因，管理電機起動、運行信息，遠程控制電機起停、正反轉(zhuǎn)操作等，最終實現(xiàn)對低壓電動機的綜合管理。主要應用于發(fā)電廠、石化、冶金、礦山、造紙、輕工等行業(yè)。

帶觸摸屏控制的 LMCC具有友好的中文 HMI人機交互界面，無需鼠標、鍵盤便可進行對低壓電動機電氣量與運行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測、控制與管理；可嵌入式安裝于就地低壓配電室的配電柜和屏柜上，具有較強的操控性，外觀新穎、功能獨特。

1 LMCC馬達控制中心的功能介紹

帶觸摸屏控制的LMCC馬達控制中心與傳統(tǒng)依靠硬接線與PLC（或遠程I/O子站）實現(xiàn)的基于PLC控制系統(tǒng)的CMCC不同，采用的現(xiàn)場總線通信技術是在電機智能化控制的IMCC系統(tǒng)網(wǎng)絡架構基礎上進行的技術性創(chuàng)新和功能性擴展，以智能馬達控制器取代熱繼電器和非智能控制器，極大地減少了施工、接線、調(diào)試、檢修、故障排查、程序升級等工作量，同時具有可擴展性和開放性。

由于依靠后臺服務器的IMCC監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍過大、綜合施工難度較大，設備調(diào)試、檢修、維護、控制管理、故障分析等方面缺乏實用性和便利性，同時長距離、大規(guī)模的通信可靠性低、與第三方系統(tǒng)的通信接口和協(xié)議也不靈活、通信速率低等，因此在工業(yè)企業(yè)低壓配電室內(nèi)設置帶觸摸屏控制的馬達監(jiān)控系統(tǒng)非常利于設備維護、檢修、調(diào)試等技術人員使用。

在就地配電室，LMCC用彩色觸摸屏對外進行功能的集中展示，主要實現(xiàn)以下功能，示意圖如圖3所示。

1）低壓配電室配電回路一次系統(tǒng)模擬量、開關量監(jiān)測，以實時動畫顯示各回路開關、接觸器、電機起停等狀態(tài)。

2）低壓馬達回路就地啟停、正反轉(zhuǎn)觸屏操作的控制功能，按操作權限加以限制。

3）低壓馬達的實時故障監(jiān)測及故障預警，發(fā)出聲光報警提示。

4）低壓馬達的每次起動過程電氣量的動態(tài)監(jiān)測記錄，分析電機特性與效能。

5）低壓馬達控制回路故障檢測與動作過程監(jiān)視。

6）馬達保護控制器的批量在線整定和管理，整定電機額定參數(shù)、保護定值、控制方式等。

7）可編程邏輯功能，配合馬達控制器滿足復雜電氣量保護功能和聯(lián)鎖控制功能的應用。

8）低壓馬達回路的保護動作與事件信息的毫秒級順序記錄和曲線展示，便于故障追憶及分析。

9）采用靈活多樣的通信接口和通信協(xié)議與DCS系統(tǒng)、ECMS系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)通信互聯(lián)。

2 LMCC馬達控制中心的配置及系統(tǒng)架構

LMCC馬達控制中心采用三層式系統(tǒng)網(wǎng)絡結構，即主控層、通信管理層、設備層，如圖1所示。

圖1 LMCC系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

2.1 設備層

設備層馬達控制器安裝于低壓配電室配電柜中，與各電動機回路對應，保護電動機不受超溫、過熱等故障損壞，同時可支持多種起動控制方式，也可與變頻器、軟起動器進行配合控制。設備之間通過現(xiàn)場總線方式與通信管理層設備進行通信電纜物理連接，支持常用的Modbus、Profibus、DeviceNet等通信協(xié)議。

馬達控制器集測量、計量、保護、控制、通信等于一體取代了常規(guī)熱繼電器、熱保護控制器、剩余電流保護控制器、防干轉(zhuǎn)保護控制器以及多種時間繼電器、中間繼電器、儀表、指示燈、按鈕、變送器（4～20mA）等元器件；其采用了高性能工業(yè)級微處理器和專用集成電路，直接采樣低壓電動機的三相交流電流、交流電壓、接地電流、熱電阻、漏電流等電氣量，對危及低壓電動機的過載、缺相、不平衡、堵轉(zhuǎn)、接地等故障進行準確地診斷和快速的切除，并記錄故障發(fā)生前后動作和事件相關信息。

馬達控制器的起動控制管理功能在實際項目使用中應用最廣，按鈕、轉(zhuǎn)換開關、輔助觸點等各類信號采用信號電纜、以開關量輸入方式接入設備信號回路，由控制器進行信號、數(shù)據(jù)的集中采集、分析、運算，執(zhí)行遠程命令、輸出邏輯運算結果，并通過控制電纜、以開關量輸出方式至電機控制回路，以實現(xiàn)對各種電機各類控制功能。支持直接起動、（星三角、自耦變壓器、電阻降壓等）降壓起動、雙向控制、雙速控制等多種電動機起動控制方式；此外，為了防止晃電的影響，還具有抗晃電、上電自起動等多種控制功能。

隨著低壓電動機的廣泛應用，低壓馬達控制器的產(chǎn)品選擇眾多，國外如施耐德公司Tesys-T、TeSys U、西門子公司3UF7、GE公司MM300等，國內(nèi)如深圳中電PMC-550系列、蘇州萬龍ST500系列、上海華建LM500等。其中PMC-550系列除默認通信電表外，還采用自定義配置通信點表功能，一幀報文上傳全部通信數(shù)據(jù)，通信速率大幅提高。

2.2 通信管理層

通信管理層設備采用智能通信管理機，是主控層和設備層中智能設備連接的樞紐管理中心，可接入Modbus、IEC103等常用智能設備，支持Modbus、IEC101、IEC104、IEC61850等規(guī)約通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，導軌方式安裝于低壓開關柜或屏柜內(nèi)。

智能通信管理機具有穩(wěn)定性強、可靠性高等特點，集成串口服務器可接入低壓配電柜內(nèi)數(shù)量較多的馬達控制器、配電儀表等設備，內(nèi)置存儲容量可對采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進行存儲，防止與主控層的通信故障和數(shù)據(jù)丟失，以提高通信可靠性；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)更為數(shù)據(jù)的交互和通信傳輸提供了實時性和穩(wěn)定性。

智能通信管理機在接入下行設備通信時主要起到擴展端口和通信方式轉(zhuǎn)換的作用，在與第三方系統(tǒng)的互聯(lián)如進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或接入時，智能通信管理機的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，為主控層分擔了較大的通信壓力。

在硬件設計上需采用無風扇、高效能設計，通常要求發(fā)熱量小可以高負荷穩(wěn)定和長期運行；通常具有 2/4/8/16個及以上的串口和兩個以上的以太網(wǎng)口，各通信通道更需有防雷和防靜電保護，適應于惡劣和嚴苛的工業(yè)環(huán)境。智能通信管理機如深圳中電公司PMC-13XX系列。

2.3 主控層

主控層采用工業(yè)級帶觸摸彩色液晶顯示屏，具有中文HMI界面，內(nèi)置 LMCC專業(yè)版軟件，支持WIFI無線通信，嵌入式安裝于就地低壓配電室低壓進線柜或屏柜內(nèi)。

LMMC專業(yè)版軟件集成數(shù)據(jù)的配置、采集、展示、分析等多功能，采用智能通信技術實現(xiàn)遙測、遙信、遙控以及電動機相關的起動控制管理等相關功能。LMCC專業(yè)版軟件貼近實際電機運行、調(diào)試和維護功能設計，人機交互畫面及數(shù)據(jù)展示清晰，曲線趨勢分析直觀，同時還具有自定義可編程邏輯、設備參數(shù)整定（在線、離線）和批量下載等優(yōu)勢功能，能靈活滿足實際應用。

以深圳中電LMCC馬達控制系統(tǒng)為例，截取主要畫面及內(nèi)容：

1）電氣故障診斷及事件追憶分析

提供低壓電動機電氣故障類型診斷分析和定時記錄曲線，用于綜合判斷故障特性和發(fā)生原因；電動機的定時記錄曲線用于分析電動機負荷電流特性，為進行電動機運行特性和故障診斷提供曲線等相關數(shù)據(jù)。電動機故障類型診斷如圖2所示。

圖2 電動機故障類型診斷

2）完善的電動機起動控制管理

電動機起動控制管理主要展示電動機一、二次系統(tǒng)，監(jiān)測各類開關、接觸器等狀態(tài)信號以及控制器 I/O動作狀態(tài)等，便于維修和調(diào)試人員在未獲得圖紙情況下通過此監(jiān)測畫面快速查找與電動機起動控制相關的故障和問題，大大提高檢修和調(diào)試效率。此外，電動機直接起動、正反轉(zhuǎn)起動等各類起動控制的 I/O配置可根據(jù)此圖完成控制功能配置，通過遠方控制功能也可實現(xiàn)對該電動機回路控制回路接線和原理的校驗。電動機起動控制管理如圖3所示。

圖3 電動機起動控制管理

3）靈活的自定義可編程邏輯

MCC上可通過PMCLOGIC FOR 550邏輯整定程序?qū)崿F(xiàn)復雜保護類型、聯(lián)鎖控制功能的邏輯編寫，用戶使用更加靈活?？删幊踢壿嫻δ艿膬r值。

（1）靈活邏輯滿足實際應用，根據(jù)現(xiàn)場設備實際運行和工藝要求實現(xiàn)較為復雜的保護、控制及聯(lián)鎖控制功能，應用靈活。

（2）減少施工材料和人工成本，通過自定義邏輯功能，節(jié)約了購買中間繼電器、保護繼電器等元器件，減少過多的控制電纜，提高了工作效率。

（3）減少程序二次開發(fā), 避免生產(chǎn)延誤。

圖4 可編程邏輯編輯畫面

3 實際應用案例

以下為通過LMCC及智能馬達控制器的可編程邏輯功能實現(xiàn)的復雜起動控制功能的案例，解決了雙速電機的應用需求，避免了程序二次開發(fā)帶來的生產(chǎn)延誤。

某油田項目大量采用雙速電機，為了實現(xiàn)電機節(jié)能，除了實現(xiàn)常規(guī)的保護功能外，對于低壓馬達保護控制器有著特殊的控制功能要求。

1）按下起動按鈕，首先起動15kW高功率繞組，15s之后切換到 11kW 低功率繞組，電動機切換到11kW低功率繞組運行之后，監(jiān)測負載的功率。

2）當功率大于9kW時，15s之后切換到15kW高功率繞組。

3）當功率小于 9kW 之后，立刻切換到 11kW低功率繞組。

此雙速電機在運行過程中，需要一直監(jiān)測功率變化，并進行雙速電機高低功率繞組的切換工作。LMCC只需編輯三條自定義邏輯，如圖5所示。

1）按下起動按鈕，首先起動15kW高功率繞組，15s之后切換到11kW低功率繞組。

圖5 自定義邏輯一

實現(xiàn)過程：當按下起動按鈕后，DO2高功率繞組起動出口自動閉合，電機高功率運行，經(jīng)延時15s后立即出口動作，起動低功率繞組以切換至低功率運行。

2）當功率大于9kW時，15s之后切換到15kW高功率繞組，如圖6所示。

圖6 自定義邏輯二

實現(xiàn)過程：可編程邏輯功能投入、電機運行經(jīng)延時 15s后開始邏輯判斷；若此時功率大于設置的9kW，則邏輯判斷元件置位，經(jīng)延時 15s后立即起動高功率出口，使電機在大于9kW時以高繞組運行。

3）當功率小于 9kW 之后，立刻切換到 11kW低功率繞組，如圖7所示。

圖7 自定義邏輯三

實現(xiàn)過程：可編程邏輯功能投入、電機運行經(jīng)延時 15s后開始邏輯判斷；若此時功率小于設置的9kW，則邏輯元件置1，經(jīng)延時（0s）后立即起動低功率出口，使電機在小于9kW時以低功率繞組運行。

通過主控層LMCC編輯自定義邏輯后下載至設備層中支持邏輯可編程功能的馬達控制器（如PMC-550），馬達控制器則執(zhí)行主控層邏輯命令，以此實現(xiàn)電機特殊的起動控制要求，后經(jīng)過實際帶電機測試進行驗證，完全滿足控制功能要求。

4 結論

帶觸摸屏控制的LMCC整體系統(tǒng)方案還需注意如下幾個方面問題：

1）整個系統(tǒng)依賴于三層式系統(tǒng)結構中各層設備的相互配合，各層之間需具備較好的程序兼容性和性能穩(wěn)定性，技術實現(xiàn)需更加成熟。

2）為了提高整體監(jiān)控方案的通信速率，通信管理層和設備層應優(yōu)化通信響應時間，設備層還應配置自定義通信點表，通信協(xié)議的選用以及綜合布線等方面也需重點注意。

圖8 廠級MCC與LMCC

3）主控層功能的實現(xiàn)也取決于設備層，馬達保護控制器的不斷創(chuàng)新會帶動LMCC系統(tǒng)功能更加強大。

此外，帶觸摸屏控制的LMCC主要應用于各就地的低壓配電室內(nèi)，為工業(yè)企業(yè)運行維護人員和技術管理人員提供了較為便利的就地控制系統(tǒng)，不僅如此，各就地LMCC作為獨立的監(jiān)控中心結合綜合網(wǎng)絡建立通信和互聯(lián)，還可形成更巨規(guī)模的廠級MCC馬達控制中心。

本文介紹了帶觸摸屏控制的LMCC馬達控制中心監(jiān)控方案的系統(tǒng)架構和功能應用案例，為電力、石化、冶金、鋼鐵、煤炭等工業(yè)領域提供一種更加貼近運行、檢修、維護的創(chuàng)新型電動機綜合管理中心，以提高自動化控制、監(jiān)控和電動機管理水平。