发电厂中智能马达控制器的应用方式及常见故障处理方法探讨

发电厂中智能马达控制器的应用方式及常见故障处理方法探讨

毛龙

毛龙（大唐国际张家口发电厂河北张家口075000）

中图分类号：Ｇ71文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2014）01-045-02

一．智能马达控制器的简单介绍

1.智能马达控制器现已在多个行业广泛应用，属成熟电气产品，主要应用于电动机的智能控制。取消了传统的熔断器、熔断器、隔离开关、接触器、传统电流互感器、各种仪表、指示灯及过热保护元件等，可提供电气控制、保护（过载、过流、欠流、三相不平衡、漏电、过压、欠压、起动超时等）、监视、测量与DCS通讯于一体的多个功能。

2.国内外主要生产厂家

国外生产厂家有ABB、SIEMENS、ALSTOM、西门子、AB等；国内苏州智能电器有限公司（ST500系列）、丹东华通、保定优耐特等。

二.智能马达控制器及综合保护测控装置安装、通讯方式及特点

1.操作面板安装与电气MCC柜抽屉面板上，主体安装于抽屉内。

2.智能保护控制设备可与第三方（如DCS系统）实现通讯，也可与本系统自设的监控计算机通讯，实现远程监控。

3.智能控制器特点：具有多重保护监测功能，具有通讯接口，可实现对电气设备的遥测、遥信、遥调、遥控功能；既可采用硬接线也可采用总线方式实现设备监控。

4.具有手动/自动切换功能，当通讯故障时，可自动切换到手动模式，可在接地设备控制面板或就地控制站操作。

三.应用智能控制器的系统构成

有的工程电气主要设备纳入DCS系统管理，即将重要的测量、保护动作等信息通过硬接线进入DCS，监视信息通过通讯方式上传。

有的工程电气专业设立独立的电气监控管理系统（FECS）的工作站，电气主要设备纳入此系统管理，通过此系统监视和操作；在FECS与DCS系统之间设置通讯接口，对于电气部分的操作和监视，运行人员既可在FECS系统LCD画面上进行，也可在DCS系统LCD画面上进行。视工程具体情况和要求决定。

智能马达控制器的通信网络可接入电气监控管理系统（FECS），也可集成到DCS系统(若不设电气监控系统)，根据宝安二期工程具体情况，可采用电气保护、控制、测量信号直接集成到DCS的做法。电气监控系统典型的系统构成为：主控层（站控层）、中间层（通讯层）、现场层（间隔层）。

1.主控层（站控层）：包括后台监控设备工作站等。

若接入DCS系统即指操作员站、工程师站、打印机、服务器等。是系统的控制核心，可实现对整个系统数据的搜集、整理、处理、监视功能。站控层与通讯层一般以100M以太网连接。

2.中间层（通讯层）：是系统网络构成的纽带，完成主控层和现场层之间的实时信息的交换，完成自动化装置的接入，实现通信接口规约的转换、接入。3.现场层（间隔层）：完成测量保护控制操作监控等功能，由低压智能保护控制器综合保护测控仪表等智能设备组成。智能设备具有通讯功能，通过通讯层将装置测量、保护动作、报警等信息传输给主控层，实现远程监控。

四.智能马达控制器与DCS系统的连接方式

1.硬接线方式。

马达控制器的控制和反馈以硬接线方式实现。一般的智能马达控制器可4继电器输入，3继电器输出，可输出1路4-20mA模拟量信号（如电机电流）。可以输入输出电机的远方起、停、工艺连锁、已合闸、分闸、事故、控制回路失电、DCS在控制位等开关量信号；另外可加扩展模块，输入输出更多接点。

2.硬接线+通讯方式

站控层设备为全厂共用一套设备，包括电气操作员站、服务器、网关及打印机等设备。站控层网络采用全厂共用一套以太网/PROFIBUS-DP或其它总线方式的双网冗余形式，全厂400V智能设备单网或双网配置，400V公用系统信息为全厂共享。智能设备数据通过屏蔽双绞线连接至现场设通信管理机，再通过各自的通信管理机的网口分别与站控层和DCS系统进行通讯。该系统结构简单，一般适用于只监测，控制仍保留I/O硬接线，可靠性高，即以"硬接线+通讯"方式接入DCS系统。

3.全通讯方式

站控层设备全厂共用一套设备，包括电气操作员站、服务器、网关及打印机等设备。站控层网络采用全厂共用一套以太网/PROFIBUS总线或其它总线方式的双网冗余形式，通信协议采用TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS等适合本工程网络要求的通信协议，站控层以太网或总线与DCS系统的以太网设有以太网接口，实现与DCS以太网的集成。

现场层400V智能马达控制系统及400V智能框架断路器及机组400V公用系统为保证可靠性需为双网冗余配置，双网无缝对接，防备数据中断。现场层现在为保证传输速率，一般不用RS-485或MODBUS总线，而较多采用目前速率最快的PROFIBUS-DP总线，智能设备数据通过屏蔽双绞线连接至现场设通信管理机，其作用为接受现场数据，可把存放于数据库中参与不同工艺过程连锁的重要信息通过各自的通信管理机把实时数据实时地传送到DCS的DPU,完成遥测、遥信、遥控功能；由于重要信息直接通过以太网/总线交换机接入各自对应的DPU，满足了工艺连锁的实时性要求，实现重要信息的优先快速处理。另外能与站控层通信，在工程师站可以直观看到整个电气系统运行工况，并可接受命令完成控制调节。

后台双网冗余同时运行，无切换时间，提高了通信的可靠性。该系统通信速率快、可靠性较高，更适用于完全依赖系统网络进行监控，即"全通讯"方式接入DCS系统，完全取消硬接线方式。以上为一般情况的网络连接，对于智能设备与DCS系统具体的通信接口和采用何种网络，需根据DCS系统网络配置等情况具体确定，以保证数据交换速度计可靠性等指标符合本工程整体的设计要求及DCS控制策略更好地实现等，需设计院、DCS厂家、智能控制器厂家等相关方共同配合完成；。

选择通信协议方式一般有两种，一是跟着DCS走，二是使用设计方熟悉的协议，但不论哪种协议，要选比较成熟，且支持的供应商较多的协议。

五．应用三种与主控连接方式原因及特点

目前，智能马达控制器与主控连接以硬接线和硬接线+通讯方式较多，以通讯方式接入的较少。

1.硬接线方式：在现场总线技术不成熟期，智能马达控制器等接入DCS系统采用全部硬接线方式。此方式安全可靠，现场保护齐全，可记录并在就地面板显示各种参数，几乎不受现场发用电设备的电磁干扰，具有上下行数据、指令的实时性。弱点为电缆较多，I/O模件使用多，施工费用（如控制信号电缆敷设及接线）相对大。

2.硬接线+通讯方式近年较多，采用I/O信息只监测（送DCS数据库用于显示及记录，不参与DCS的连锁的控制），控制及反馈仍保留I/O硬接线。保留I/O硬接线主要是考虑以下两点：

（1）由于低压元器件数量较多，需通过现场总线上传的信息量较大，事故情况下会发生短时通信中断或信号延时上传下行的情况。

（2）智能设备安装于生产现场，变频器等干扰源较多，电磁环境恶劣，所以设备的可靠性及抗干扰能力是一个关键问题。

此方式可节约一部分电缆，信息可远传至主控，提高了运行水平，发生通讯中断时不影响控制和重要的监视。

3.全通讯方式：用通讯电缆代替控制及信号电缆，可节约大量电缆投资，施工费用降低很多；国内少量电厂采用，可靠性处于观察阶段，调试难度大，还未被广泛接受。

六．应用智能设备的可行性1.技术方面

（1）技术成熟，应用广泛。作为硬件基础的智能化电器产品发展很快，已经很成熟，在发电厂及其他行业应用广泛。国外如ABB、SIEMENS(SIMOCODE3UF503UF7)、ALSTOM(GEMSTARTS)、埃森耐尔公司（MOTORMANAGERII）、日本三菱等均有相关产品；国内如苏州智能电气自动化公司（ST500）、保定尤耐特（MMI）、深圳中电(PMC-550A)、深圳亚特尔(M60)等都有产品。（2）智能马达控制器可以监视所有电气设备运行的重要数据，如电机电流、运行时间、启动次数、各种波形、有功、无功功率、功率因数等；可实现现有的各种保护，如起动超时、短路、堵转、过载、反相、欠压、过压、漏电、接地等；可通过联锁接点实现工艺联锁保护；可实现通讯功能，其接口一般默认为MODBUS协议或RS485协议，可选PROFIBUS协议。智能马达控制器可支持双网通讯。

2.检修维护方面：维护方便，简单。

3.投资方面：国产每台智能马达控制器价格在2300.00--3900.00人民币之间，根据型号及要求的功能而不同。另需配套通信管理机、屏蔽双绞线、光缆、通讯卡件等。应用智能设备会比以前增加一些投资。

七．应用智能马达控制器等智能电器的目的及建议

1.DCS系统主要用于工艺系统自动化控制，工艺系统自动化水平越来越高，而电气监控系统相对自动化水平较低，应用智能马达控制器等智能电器可以一定程度上提高电气设备自动化水平，同时运行及检修水平可以上一个台阶；

2.若采用全通讯取消硬接线方式可节省大量电缆及施工费用，但由于总线方式通讯有中断或延迟的可能，存在风险，国内还处于观望阶段。本工程可以考虑采用硬接线+通讯方式，保留控制及重要反馈的硬接线。由于通讯的信息（如电机运行电流、电压有功、无功功率、频率、谐波情况、接触器操作次数和状态、电机累计运行时间、一定时间段起停记录等）都是监视信息，所以不会影响正常运行，可靠性高，提升设备档次及运行安全性，为检修提供第一手数据参考。

3.建议安全等级高的设备（参与不同工艺联锁）的重要的控制、监视信息采用硬接线+通讯方式接入DCS系统，如凝结水泵、射水泵、交流润滑油泵等负荷，具体由设计院根据工艺特点及要求通盘考虑；其它不参与工艺联锁设备的控制、监视信息采用全通讯方式接入DCS系统进行控制及监视。