周 健 曾幼松 梅 坤

（深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518000）

LMCC（Local Motor Control Center）馬達(dá)控制中心是專(zhuān)為工業(yè)企業(yè)低壓電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一套智能化的就地電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低壓電動(dòng)機(jī)的集中監(jiān)測(cè)、控制與管理，便于用戶(hù)掌握電機(jī)運(yùn)行特性，分析各類(lèi)電動(dòng)機(jī)電氣故障原因，管理電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行信息，遠(yuǎn)程控制電機(jī)起停、正反轉(zhuǎn)操作等，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的綜合管理。主要應(yīng)用于發(fā)電廠(chǎng)、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(jī)交互界面，無(wú)需鼠標(biāo)、鍵盤(pán)便可進(jìn)行對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)電氣量與運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、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(qiáng)的操控性，外觀(guān)新穎、功能獨(dú)特。

1 LMCC馬達(dá)控制中心的功能介紹

帶觸摸屏控制的LMCC馬達(dá)控制中心與傳統(tǒng)依靠硬接線(xiàn)與PLC（或遠(yuǎn)程I/O子站）實(shí)現(xiàn)的基于PLC控制系統(tǒng)的CMCC不同，采用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)是在電機(jī)智能化控制的IMCC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)性創(chuàng)新和功能性擴(kuò)展，以智能馬達(dá)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(xiàn)、調(diào)試、檢修、故障排查、程序升級(jí)等工作量，同時(shí)具有可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。

由于依靠后臺(tái)服務(wù)器的IMCC監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍過(guò)大、綜合施工難度較大，設(shè)備調(diào)試、檢修、維護(hù)、控制管理、故障分析等方面缺乏實(shí)用性和便利性，同時(shí)長(zhǎng)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(shè)置帶觸摸屏控制的馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)非常利于設(shè)備維護(hù)、檢修、調(diào)試等技術(shù)人員使用。

在就地配電室，LMCC用彩色觸摸屏對(duì)外進(jìn)行功能的集中展示，主要實(shí)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(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)，以實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)顯示各回路開(kāi)關(guān)、接觸器、電機(jī)起停等狀態(tài)。

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

3）低壓馬達(dá)的實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警，發(fā)出聲光報(bào)警提示。

4）低壓馬達(dá)的每次起動(dòng)過(guò)程電氣量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄，分析電機(jī)特性與效能。

5）低壓馬達(dá)控制回路故障檢測(cè)與動(dòng)作過(guò)程監(jiān)視。

6）馬達(dá)保護(hù)控制器的批量在線(xiàn)整定和管理，整定電機(jī)額定參數(shù)、保護(hù)定值、控制方式等。

7）可編程邏輯功能，配合馬達(dá)控制器滿(mǎn)足復(fù)雜電氣量保護(hù)功能和聯(lián)鎖控制功能的應(yīng)用。

8）低壓馬達(dá)回路的保護(hù)動(dòng)作與事件信息的毫秒級(jí)順序記錄和曲線(xiàn)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(dá)控制中心的配置及系統(tǒng)架構(gòu)

LMCC馬達(dá)控制中心采用三層式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即主控層、通信管理層、設(shè)備層，如圖1所示。

圖1 LMCC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)備層

設(shè)備層馬達(dá)控制器安裝于低壓配電室配電柜中，與各電動(dòng)機(jī)回路對(duì)應(yīng)，保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受超溫、過(guò)熱等故障損壞，同時(shí)可支持多種起動(dòng)控制方式，也可與變頻器、軟起動(dòng)器進(jìn)行配合控制。設(shè)備之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式與通信管理層設(shè)備進(jìn)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(dá)控制器集測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)、控制、通信等于一體取代了常規(guī)熱繼電器、熱保護(hù)控制器、剩余電流保護(hù)控制器、防干轉(zhuǎn)保護(hù)控制器以及多種時(shí)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(jí)微處理器和專(zhuān)用集成電路，直接采樣低壓電動(dòng)機(jī)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(duì)危及低壓電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、缺相、不平衡、堵轉(zhuǎn)、接地等故障進(jìn)行準(zhǔn)確地診斷和快速的切除，并記錄故障發(fā)生前后動(dòng)作和事件相關(guān)信息。

馬達(dá)控制器的起動(dòng)控制管理功能在實(shí)際項(xiàng)目使用中應(yīng)用最廣，按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、輔助觸點(diǎn)等各類(lèi)信號(hào)采用信號(hào)電纜、以開(kāi)關(guān)量輸入方式接入設(shè)備信號(hào)回路，由控制器進(jìn)行信號(hào)、數(shù)據(jù)的集中采集、分析、運(yùn)算，執(zhí)行遠(yuǎn)程命令、輸出邏輯運(yùn)算結(jié)果，并通過(guò)控制電纜、以開(kāi)關(guān)量輸出方式至電機(jī)控制回路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電機(jī)各類(lèi)控制功能。支持直接起動(dòng)、（星三角、自耦變壓器、電阻降壓等）降壓起動(dòng)、雙向控制、雙速控制等多種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(dòng)等多種控制功能。

隨著低壓電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，低壓馬達(dá)控制器的產(chǎn)品選擇眾多，國(guó)外如施耐德公司Tesys-T、TeSys U、西門(mén)子公司3UF7、GE公司MM300等，國(guó)內(nèi)如深圳中電PMC-550系列、蘇州萬(wàn)龍ST500系列、上海華建LM500等。其中PMC-550系列除默認(rèn)通信電表外，還采用自定義配置通信點(diǎn)表功能，一幀報(bào)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(shè)備采用智能通信管理機(jī)，是主控層和設(shè)備層中智能設(shè)備連接的樞紐管理中心，可接入Modbus、IEC103等常用智能設(shè)備，支持Modbus、IEC101、IEC104、IEC61850等規(guī)約通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)軌方式安裝于低壓開(kāi)關(guān)柜或屏柜內(nèi)。

智能通信管理機(jī)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，集成串口服務(wù)器可接入低壓配電柜內(nèi)數(shù)量較多的馬達(dá)控制器、配電儀表等設(shè)備，內(nèi)置存儲(chǔ)容量可對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，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(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

智能通信管理機(jī)在接入下行設(shè)備通信時(shí)主要起到擴(kuò)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(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或接入時(shí)，智能通信管理機(jī)的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)，為主控層分擔(dān)了較大的通信壓力。

在硬件設(shè)計(jì)上需采用無(wú)風(fēng)扇、高效能設(shè)計(jì)，通常要求發(fā)熱量小可以高負(fù)荷穩(wěn)定和長(zhǎng)期運(yùn)行；通常具有 2/4/8/16個(gè)及以上的串口和兩個(gè)以上的以太網(wǎng)口，各通信通道更需有防雷和防靜電保護(hù)，適應(yīng)于惡劣和嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境。智能通信管理機(jī)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(jí)帶觸摸彩色液晶顯示屏，具有中文HMI界面，內(nèi)置 LMCC專(zhuān)業(yè)版軟件，支持WIFI無(wú)線(xiàn)通信，嵌入式安裝于就地低壓配電室低壓進(jìn)線(xiàn)柜或屏柜內(nèi)。

LMMC專(zhuān)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(shù)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控以及電動(dòng)機(jī)相關(guān)的起動(dòng)控制管理等相關(guān)功能。LMCC專(zhuān)業(yè)版軟件貼近實(shí)際電機(jī)運(yùn)行、調(diào)試和維護(hù)功能設(shè)計(jì)，人機(jī)交互畫(huà)面及數(shù)據(jù)展示清晰，曲線(xiàn)趨勢(shì)分析直觀(guān)，同時(shí)還具有自定義可編程邏輯、設(shè)備參數(shù)整定（在線(xiàn)、離線(xiàn)）和批量下載等優(yōu)勢(shì)功能，能靈活滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用。

以深圳中電LMCC馬達(dá)控制系統(tǒng)為例，截取主要畫(huà)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(dòng)機(jī)電氣故障類(lèi)型診斷分析和定時(shí)記錄曲線(xiàn)，用于綜合判斷故障特性和發(fā)生原因；電動(dòng)機(jī)的定時(shí)記錄曲線(xiàn)用于分析電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流特性，為進(jìn)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性和故障診斷提供曲線(xiàn)等相關(guān)數(shù)據(jù)。電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型診斷如圖2所示。

圖2 電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型診斷

2）完善的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制管理

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制管理主要展示電動(dòng)機(jī)一、二次系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)各類(lèi)開(kāi)關(guān)、接觸器等狀態(tài)信號(hào)以及控制器 I/O動(dòng)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(guò)此監(jiān)測(cè)畫(huà)面快速查找與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制相關(guān)的故障和問(wèn)題，大大提高檢修和調(diào)試效率。此外，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)起動(dòng)等各類(lèi)起動(dòng)控制的 I/O配置可根據(jù)此圖完成控制功能配置，通過(guò)遠(yuǎn)方控制功能也可實(shí)現(xiàn)對(duì)該電動(dòng)機(jī)回路控制回路接線(xiàn)和原理的校驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制管理如圖3所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制管理

3）靈活的自定義可編程邏輯

MCC上可通過(guò)PMCLOGIC FOR 550邏輯整定程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜保護(hù)類(lèi)型、聯(lián)鎖控制功能的邏輯編寫(xiě)，用戶(hù)使用更加靈活?？删幊踢壿嫻δ艿膬r(jià)值。

（1）靈活邏輯滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行和工藝要求實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的保護(hù)、控制及聯(lián)鎖控制功能，應(yīng)用靈活。

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

（3）減少程序二次開(kāi)發(fā), 避免生產(chǎn)延誤。

圖4 可編程邏輯編輯畫(huà)面

3 實(shí)際應(yīng)用案例

以下為通過(guò)LMCC及智能馬達(dá)控制器的可編程邏輯功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜起動(dòng)控制功能的案例，解決了雙速電機(jī)的應(yīng)用需求，避免了程序二次開(kāi)發(fā)帶來(lái)的生產(chǎn)延誤。

某油田項(xiàng)目大量采用雙速電機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能，除了實(shí)現(xiàn)常規(guī)的保護(hù)功能外，對(duì)于低壓馬達(dá)保護(hù)控制器有著特殊的控制功能要求。

1）按下起動(dòng)按鈕，首先起動(dòng)15kW高功率繞組，15s之后切換到 11kW 低功率繞組，電動(dòng)機(jī)切換到11kW低功率繞組運(yùn)行之后，監(jiān)測(cè)負(fù)載的功率。

2）當(dāng)功率大于9kW時(shí)，15s之后切換到15kW高功率繞組。

3）當(dāng)功率小于 9kW 之后，立刻切換到 11kW低功率繞組。

此雙速電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，需要一直監(jiān)測(cè)功率變化，并進(jìn)行雙速電機(jī)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(dòng)按鈕，首先起動(dòng)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(shí)現(xiàn)過(guò)程：當(dāng)按下起動(dòng)按鈕后，DO2高功率繞組起動(dòng)出口自動(dòng)閉合，電機(jī)高功率運(yùn)行，經(jīng)延時(shí)15s后立即出口動(dòng)作，起動(dòng)低功率繞組以切換至低功率運(yùn)行。

2）當(dāng)功率大于9kW時(shí)，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(shí)現(xiàn)過(guò)程：可編程邏輯功能投入、電機(jī)運(yùn)行經(jīng)延時(shí) 15s后開(kāi)始邏輯判斷；若此時(shí)功率大于設(shè)置的9kW，則邏輯判斷元件置位，經(jīng)延時(shí) 15s后立即起動(dòng)高功率出口，使電機(jī)在大于9kW時(shí)以高繞組運(yùn)行。

3）當(dāng)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(shí)現(xiàn)過(guò)程：可編程邏輯功能投入、電機(jī)運(yùn)行經(jīng)延時(shí) 15s后開(kāi)始邏輯判斷；若此時(shí)功率小于設(shè)置的9kW，則邏輯元件置1，經(jīng)延時(shí)（0s）后立即起動(dòng)低功率出口，使電機(jī)在小于9kW時(shí)以低功率繞組運(yùn)行。

通過(guò)主控層LMCC編輯自定義邏輯后下載至設(shè)備層中支持邏輯可編程功能的馬達(dá)控制器（如PMC-550），馬達(dá)控制器則執(zhí)行主控層邏輯命令，以此實(shí)現(xiàn)電機(jī)特殊的起動(dòng)控制要求，后經(jīng)過(guò)實(shí)際帶電機(jī)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證，完全滿(mǎn)足控制功能要求。

4 結(jié)論

帶觸摸屏控制的LMCC整體系統(tǒng)方案還需注意如下幾個(gè)方面問(wèn)題：

1）整個(gè)系統(tǒng)依賴(lài)于三層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各層設(shè)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(shù)實(shí)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(shè)備層應(yīng)優(yōu)化通信響應(yīng)時(shí)間，設(shè)備層還應(yīng)配置自定義通信點(diǎn)表，通信協(xié)議的選用以及綜合布線(xiàn)等方面也需重點(diǎn)注意。

圖8 廠(chǎng)級(jí)MCC與LMCC

3）主控層功能的實(shí)現(xiàn)也取決于設(shè)備層，馬達(dá)保護(hù)控制器的不斷創(chuàng)新會(huì)帶動(dòng)LMCC系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大。

此外，帶觸摸屏控制的LMCC主要應(yīng)用于各就地的低壓配電室內(nèi)，為工業(yè)企業(yè)運(yùn)行維護(hù)人員和技術(shù)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(dú)立的監(jiān)控中心結(jié)合綜合網(wǎng)絡(luò)建立通信和互聯(lián)，還可形成更巨規(guī)模的廠(chǎng)級(jí)MCC馬達(dá)控制中心。

本文介紹了帶觸摸屏控制的LMCC馬達(dá)控制中心監(jiān)控方案的系統(tǒng)架構(gòu)和功能應(yīng)用案例，為電力、石化、冶金、鋼鐵、煤炭等工業(yè)領(lǐng)域提供一種更加貼近運(yùn)行、檢修、維護(hù)的創(chuàng)新型電動(dòng)機(jī)綜合管理中心，以提高自動(dòng)化控制、監(jiān)控和電動(dòng)機(jī)管理水平。