测控技术与仪器专业毕业设计文献综述.doc

1前言在国民经济的各领域中，如电力、石油、化工、冶金、矿山、造纸、轻工、汽车、船舶工业、交通运输、市政建设、食品饮料、水处理、垃圾处理、制药等，电动机得到越来越广泛的应用。为了使电动机正常运行和可靠工作，需要对单台电动机和一条生产线的电动机进行统一的控制和保护。因此，电动机控制中心MCC（MotorControlCenter）的水平也得到迅速发展。MCC指将接于交流低压回路的电动机全套控制和保护设备，按一定规格系统装配成标准化的单元组件每台组件控制相应规格的一台电动机，将此标准的单元组件装成柜体实现多台电动机的集中控制。智能MCC系统以通信的方式提共全面的管理诊断信息，使系统的电气设备状态数据透明化，实现自动采集和分析，并提供各类报表；可对能源消耗情况进行测量、统计、分析，为电能消耗和成本结构优化提供依据；可为电气人员提供详细、明确的电气设备运行工况，使电气管理维护人员通过设备运行的数据进行有计划的设备维护和检修工作，大大地提高设备的有效运行率，提高维护人员的工作效率，节约备品备件及保养维护费用，降低备件库存及资金占用。随着科学技术的不断进步,工业领域对自动化制水平的要求不断提高,由智能MCC构成的控制统因其网络化、系统化、开放式的特点,及网络结简单、可靠等特性,具有广泛的应用前景。21概述智能MCC是智能电动机控制中心的简称,是一种将设备网(即DeviceNet网)技术、通讯技术、控制网技术溶入到传统的电动机控制中心,将MCC中各回路单元通过网络与控制单元进行数据通讯,从而将传统的MCC升级为智能MCC,使之成为一个设备网层面的自动控制系统。这种基于设备网层面的控制系统具有传统电动机控制系统不可比拟的优越性。智能MCC自动化控制系统中溶入的设备网网络具有网络化、系统化、可扩展、开放式的特点,是一种简单的网络解决方案。智能电动机保护器、智能电动机控制器、拖动装置、PLC可编程序控制器、FLEXI/OEMBEDEquation.3(柔性I/O)及许多不同公司的产品均可接驳在设备网上进入系统。在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时,允许用户通过单根电缆连接和控制100个以上产品,可节省大量的控制电缆,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。设备网网络的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。它具有“看到内部”和监控每台电动机的能力,如果电动机脱扣,则智能MCC指示脱扣的原因:缺相、失速、过载或接地故障,并且能够很方便的与控制层或管理层网络实现连接。此外,智能MCC柜体结构合理,体积小,占地面积小于一般开关柜。柜体采用正面安装,可靠墙安装,也可背靠背双面安装,操作维护方便。控制系统配置见图1。图1智能MCC自动控制系统配置32智能MCC的配置2.1智能MCC配电系统的确定智能MCC的配电系统主回路配置与常规MCC的配置方式基本一致,在确定选用智能MCC产品后,可按照厂家资料提供的功能单元方案来配置。智能MCC配电系统主回路的方案较常规MCC可配置种类较多的电子器件,例如:数字式测量保护模块、软启动器、变频器、设备网通信接口模块等,见图1。智能MCC配电系统控制回路的方案可参照图2进行配置。图2智能MCC控制回路配置方案图2中选用的DSA(DeviceNetStarterAuxiliary)模件是智能MCC的一个核心元件,它是一种低成本的DeviceNet节点模件,用于控制电动机运行或通常I/O点通讯。它可以输入最多4点开关量信号,如接触器和断路器附点信号、光电开关信号等,可以输出2点开关量信号,用于控制接触器合闸等。图2中选用的“-EOR”为DeviceNet电子保护器。在实际工程中,DeviceNet电子保护器可根据工程的实际要求、工程投资等方面因素综合考虑确定是否选用。DeviceNet电子保护器其功能完全可替代常规电动机保护用热继电器,其在电动机保护功能上具有更大的优越性:如将过载、缺相、4接地故障、失速、堵转、欠载电流、马达超温、电流不平衡等多种保护功能集中到一个设备中,并通过设备网网络采集加工处理并传输重要的电动机运行参数,而且能够实时获得这些重要的现场参数。2.2现场操作界面的配置智能MCC控制系统的现场操作界面(机旁控制箱)配置有两种方式:采用按钮、信号灯、选择开关配置的现场操作界面,需要配置具有设备网通讯接口的I/O模块；另一种是采用带有显示屏的数字式操作界面,采用数字式操作界面的优越性在于可获得更多的设备、系统信息。但智能MCC控制系统也应遵循国家现行的有关规范要求,对有机旁、远方两地控制要求的电动机,现场操作界面应设置有解除远方控制的措施。2.3设备的连接、网络介质、工作站及配套软件现场设备的连接要根据车间内设备分布的情况,尽量将网络电缆敷设路径缩短,可适当增加设备网数量,减少网络电缆的折返,提高通讯速率。网络介质主要包括网络电缆、分支器、终端电阻等,这些材料可根据产品样本选择。工作站一般选用工控机,以适应环境要求。另在显示器的选择上可根据现场环境是否有强磁场存在,选用LCD显示器。配套软件包括操作系统软件、编程组态软件、监控软件,这些软件由系统集成商成套供货。对软件的主要要求有:可对软件进行参数设定、状态修改可对系统进行备份,具有软件安全设置功能。对监控软件要求能够实时监控设备情况,显示设备的各种运行参数,如电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等参数。在完成上述工作后,智能MCC控制系统配置基本完成。3传统MCC工作原理及存在问题传统的MCC通过硬接线的方式，用控制电缆和信号电缆与安放MCC室的DCS系统的远程的连接，DCS的控制命令和MCC的反馈信息均由电缆传输，每一个多根电缆(如下图l所示)。传统的MCC控制存在以下问题：控制和信号电缆数量巨大；现场需要远程I，o柜；5接线工作量大，安装、调试周期长；接线点多，因此故障点多，事故原因不易查找；在增加设备回路时，须重新敷设控制和信号电缆，不易扩展：用于生产运行的管理、诊断信息少，对电气设备的运行维护差；备件数量多，不易统一，占用资金大。图3传统MCC工作原理4.智能MCC系统的工作原理及特点智能MCC系统是信息技术、传感技术、计算机数据处理技术相结合的新型电气自动化控制系统，其核心元件是带通信功能的电机智能保护器，DCS的控制指令和电动机的相关运行信息均通过总线通信的方式进行，现场总线如Lonwbrks、PROFIBUS、Etllemet、TCP，可以根据需要配置备用通信接口(图4)。其特点如下：无需DcS现场的柜，通常每根通信总线最多可控制100个电机回路线路接点少，抗干扰能力强，故障原因明确，便于查找排除；采用总线通信方式，安装、调试周期短；在增加设备回路时，如系统允许，仅需在软件中设置，扩展方便、灵活；运行管理信息丰富，可提供详细的设备维护信息，可做到设备的预防性维护，最大限度6地减少设备意外故障停机时间：具有备件管理功能，备件数量少，可减少资金占用。图4智能MCC系统的工作原理5.智能与传统MCC的比较51保护功能比较传统的MCC通常采用热继电器对电机进行保护，主要包括过载、断相和负荷不衡保护。由于热继电器是通过调整双金属热元件的间隙调整保护范围的，因此功能单一，灵敏度低，误差大，稳定性差，保护可靠性差。智能开关柜的核心元件是电子智能式马达保护器。智能马达保护器是一种电动机起动新概念产品，是一种基于微处理器的装置，它集控制、监视、保护和通信功能于_身，能满足工业应用领域的各种要求，具有控制软起动、限流起动、全压起动、双斜坡软起动、泵控制、预置低速运行、智能电动机制动、带制动的低速运行、软停止、准确停车、节能运行、相平衡等控制和故障诊断功能。智能与传统MCC的保护功能比较见表1。52管理、维护功能比较传统的MCC通过控制电缆和信号电缆这种硬接线方式与过程自动化控制系统DCS连接，因此只能提供有限的管理和诊断信息，并且受继电器回路7接点数量和电缆的限制。智能MCC系统以通信的方式提共全面的管理诊断信息，使系统的电气设备状态数据透明化，实现自动采集和分析，并提供各类报表；可对能源消耗情况进行测量、统计、分析，为电能消耗和成本结构优化提供依据；可为电气人员提供详细、明确的电气设备运行工况，使电气管理维护人员通过设备运行的数据进行有计划的设备维护和检修工作，大大地提高设备的有效运行率，提高维护人员的工作效率，节约备品备件及保养维护费用，降低备件库存及资金占用。同时，管理系统的友好界面使新入厂的工作人员在接受简单的培训后，在最短的时间内就可以掌握全厂电气设备的运行状况，并在故障时迅速得知故障原因，及时进行故障排除，确保生产运行正常。而传统MCC则对维护人员的要求较高，需对设备运行有经验的电气维护人员进行维护，并且人员的培训成熟期长，要做到迅速判断故障原因并能及时排除需要几年的时间。智能与传统MCC的管理、维护功能比较见表2。53投资比较根据国内外相关工程估算，采用智能MCC比采用传统MCC总投资节约10，安装调试时间缩短l2。由于其保护功能齐全，能提供详细的维护