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摘 要:針對原始簡陋和低效的電機控制保護方式常見的因短路、過載、堵轉(zhuǎn)、缺相等原因造成的電動機運行事故，提出基于DCS分布式控制系統(tǒng)融電機監(jiān)測、保護、控制為一體的智能解決方案。通過實際案例介紹,可為不同設備的數(shù)據(jù)采集和通訊提供友好交換、開放透明的交互平臺；具有實時采集記錄功能和在線分析、判斷和預測電動機設備故障的能力，實現(xiàn)對電動機實施主動性智能分析和診斷的監(jiān)控保護，保障系統(tǒng)高效安全運行的目的。
關鍵詞  節(jié)能；智能控制；DCS分布控制系統(tǒng)；MPE智能電機保護器

0    引言
電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，在現(xiàn)代自動化控制領域中占有難以替代的位置。目前，許多企業(yè)仍在繼續(xù)沿用傳統(tǒng)電動機保護和控制方式。早在上世紀末，國務院就已經(jīng)批準明令禁止生產(chǎn)使用JR0-16系列熱繼電器，但部分企業(yè)多種原因不顧安全要求仍在繼續(xù)使用。每年因短路、過載、堵轉(zhuǎn)、缺相等電動機運行故障導致的事故損失屢見不鮮，給企業(yè)造成重大經(jīng)濟損失，成為制約企業(yè)不斷優(yōu)化自動化控制能力，提高生產(chǎn)力和市場競爭力的瓶頸。
傳統(tǒng)的電動機控制柜多由電壓互感器、電流互感器，電壓表、電流表、有功功率表等指針式模擬電氣儀表和測量轉(zhuǎn)換開關構成測量單元；采用斷路器、交流接觸器和控制按鈕或轉(zhuǎn)換開關構成控制單元；通過熱繼電器、中間繼電器、電氣聯(lián)鎖和機械連鎖構成保護單元。
現(xiàn)代工業(yè)自動化產(chǎn)品涵蓋了工業(yè)傳感器、控制器、檢測器、調(diào)速系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線和組態(tài)軟件等等。能夠為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供智能化監(jiān)測和控制的全面解決方案。

1    應用案例
日前某中央空調(diào)制冷站節(jié)能改造項目摒棄了傳統(tǒng)落后的電動機控制方式，采用基于現(xiàn)代工業(yè)自動化產(chǎn)品基礎上的智能化監(jiān)測、保護和控制全面解決方案。
該項目屬中外合資企業(yè)，中央制冷站配置有：YORK螺桿式制冷機組1920kW（電功率337 kW）×4臺，冷凍水泵55 kW×5臺（4用1備），冷卻水泵37×5臺（4用1備），冷卻塔風機15 kW×4臺，主要用于工藝性用冷，年耗電量約為350萬kWh，年度電費約為184萬元。經(jīng)過HVAC（暖通空調(diào)）智能節(jié)能控制管理系統(tǒng)改造后，取得年節(jié)電率約32％好成績。

2    DCS分布式控制系統(tǒng)
該智能節(jié)能控制管理系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）。引入了計算機技術、自動控制技術和現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊技術構成各種功能模塊，實現(xiàn)對包括電動機運行參數(shù)在內(nèi)的諸多生產(chǎn)過程參數(shù)的在線保護、監(jiān)測、分析、統(tǒng)計和控制。其特點是現(xiàn)場由可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）、變頻器（INV，inverter）和智能電機保護器（MPE，Motor Protection Equipment）等具有微處理器功能的控制器實施分散控制，實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡Modbus數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)娇刂乒芾韺?，實現(xiàn)分散控制，集中監(jiān)控管理的目的。系統(tǒng)由監(jiān)控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場控制層三部分構成，其網(wǎng)絡架構圖見圖1。

 

  圖1 分布式中央空調(diào)節(jié)能控制管理系統(tǒng) 3.1.監(jiān)控管理層 由系統(tǒng)組態(tài)軟件和計算機、打印機、USP不間斷電源等共同組成了監(jiān)控管理層（管理中心主站），俗稱上位機。實現(xiàn)對遠程采集的現(xiàn)場設備運行參數(shù)實施數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計和計算處理，并以數(shù)字、圖形、報表和聲光等方式為系統(tǒng)運行操作管理人員提供人機交互的控制界面。 主站系統(tǒng)第一層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、HVAC（Heating, Ventilation and Air Conditioning暖通空調(diào)）節(jié)能控制管理系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)采集和傳輸。 節(jié)能控制管理系統(tǒng)模型主要指HVAC系統(tǒng)設備對象化及網(wǎng)絡拓撲；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分為：運行數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫、標準數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫等，依托紫金橋組態(tài)軟件的屬性；遵循統(tǒng)一的通訊協(xié)議從不同的數(shù)據(jù)終端（如PLC、INV、MPE、傳感器和觸摸屏等）采集各種參量數(shù)據(jù)，但并不進行處理，再通過網(wǎng)絡傳輸和分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎應用層，將采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過各種處理，通過HMI（Human-Machine Interface）人機界面顯示給用戶。第四層為高級應用層，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供節(jié)能控制系統(tǒng)進一步管理和決策用。 系統(tǒng)將保護和監(jiān)控功能、負荷和危險分散化?？朔思惺娇刂葡到y(tǒng)可靠性較差，當上位機發(fā)生故障或者上位機與子系統(tǒng)通信中斷時，子系統(tǒng)的節(jié)能控制運行將停止，最多只能保持原狀態(tài)運行而無法進行實時跟蹤的節(jié)能系統(tǒng)運行的缺點。在上位機發(fā)生故障或者上位機與下位機之間通信中斷時，下位機仍能單兵作戰(zhàn)完成對電動機的保護以及信號采集、比較、控制運算和輸出控制量等過程，使節(jié)能控制系統(tǒng)的可靠性得到大幅度提高。同時，加快了各子系統(tǒng)電機保護和節(jié)能控制的響應速度，使之具有各子系統(tǒng)以多種組合方式運行的靈活性。 3.2.網(wǎng)絡通信層 通過RS-232/RS-485通訊接口將現(xiàn)場終端設備和監(jiān)控管理中心服務器互相聯(lián)系起來并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的結果，按照統(tǒng)一的Modbus-RTU

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