智能MCC系统设计原则及现状

智能MCC系统设计原则及现状

李世业

广州白云电器设备股份有限公司510000

摘要：当前，智能电动机控制中心（intelligentmotorcontrolcenter，IMCC）系统以其高度的集成化、模块化、低故障率和智能化大大提高了工业生产效率，提高了企业经济效益，获得了用户的一致认可。在造纸工业中，由于工艺流程复杂，电机传动点多，智能MCC系统更是得到了广泛的应用。然而，在进行智能MCC系统设计时，由于没有一套完整的设计规范以及详细说明，导致在系统的具体设计上存在诸多不确定性，很多都是按照已有的经验方法加以处理而未从理论角度给予详细论述。

关键词：智能MCC；设计原则；现状

1国内外研究现状

当前，MCC系统在运行可靠性、组成元器件以及结构设计方面取得了很大的发展。随着当代电力电子技术的进步、电子器件制作工艺的提高，总线技术、数据处理技术、测量技术、信息技术等在工业生产中的广泛应用，MCC系统具有了高度集成化、免维护、全工况的特征。加之计算机控制系统的不断成熟，自动控制的各个领域越来越多的应用了现场总线技术。电机保护和控制装置以及开放式的网络使MCC进入了智能化的时代。

①MCC系统中元器件的发展

主要是指智能电机保护器在MCC中的应用。它包括控制、监视、保护和通信功能，可以满足工业生产的要求。由于应用了含有微处理器的装置进行控制，从而简化了MCC的结构。电机的过载继电器和其他设备已经由微处理器所代替，从而产生一种新型的电机控制器取代传统的控制器件。传统硬件起的保护作用可以进行编程，以减少电机控制器的数量，有效增强系统可靠性。减少维护的频率，延长使用寿命，节省设计时间，减少投资。

②MCC系统拓扑结构的变化

上个世纪末，电机控制中心开始引入了总线技术。依靠网络技术替代硬件连线，智能MCC（IMCC）中已经发展到了装置级的网络。美国罗克韦尔公司的IMCC应用于电柜级路由拓扑的控制单元，主要依靠连接到凹槽中的主干和垂直线槽进行布线。引入线采用“菊花链”结构。每个电机控制单元上具有网络端口，通过“菊花链”与总线连接，克服了传统的设备更换困难的缺点。

智能电机控制中心（IMCC）具有诊断和保护功能；智能电动机控制和保护装置与软件和总线技术的应用，使IMCC获得非常丰富的信息。如文档、事件记录和备件信息等。因此IMCC的监控水平，故障检测能力，预维护能力都大为提高。其中，对一个MCC来说，预维护能力意义重大，它可以延长系统寿命，明显提高系统的正常运行时间，减少维护开支，保证设备的长期稳定运行，为用户带来很多经济效益。

2智能MCC的设计原则

2.1可靠性原则

（1）开关柜体的可靠性设计：柜体内前面安装电器元件、后面用作线缆进出，顶部铺设母线。各室之间隔离处放置绝缘板，以保证室与室之间的安全；

（2）各抽屉室的可靠性设计：抽屉室与各电气设备的操作手柄进行机械连锁，只有手柄处于分断位置时抽屉门才能开启；

（3）抽屉柜内部的各元器件的可靠性设计：比如考虑其耐压要求、各器件之间的安全绝缘距离、器件的排布、接插件的位置设计等等

2.2抗干扰性原则

智能MCC系统由于采用了大量智能设备以及运用总线技术进行通讯，在设计时除了需要考虑可靠性原则，同时还应注意到抗干扰性的原则。具体阐述如下。

（1）开关柜内的线路的布置

对于智能MCC系统来讲，由于采用了总线通信的技术，其在动作响应上来讲，有了很大提高。但是工业现场复杂的电磁环境容易对通讯造成干扰从而影响控制品质。在设计之前需要考虑这一因素，例如通讯总线在电气柜内没有进行合理的布置，与电机电源线放在同一处而引起干扰；如何确保通讯的可靠，进行合理的布线，以减少动力电缆对通信信号的干扰是需要考虑的问题。

（2）抽屉柜内各元件的EMC分析

对器件作EMC分析，参照相关标准，进行设备的选型。电机控制中心的性能、测试、等级应符合所有相关的IEC出版物的最新版本，以下列出的作为其最低要求。电机控制中心还应经过国际认可的试验机构进行完整的定性测试和鉴定。

相关标准如下所示：

IECpublication60439低压开关柜和控制柜组件

IECpublication60044电流互感器

IECpublication60186电压互感器

IECpublication60947低压断路器、开关柜和控制柜

2.3智能MCC系统的设计要求有以下五个方面。

①系统的电气数据和总体要求

a数据表和电气接线图中应包括的主要电气数据。如下所示：

1）电压及频率；

2）电流互感器数据；

3）控制、连锁和报警要求；

4）额定短路电流；

5）进线回路断路器容量与柜内断路器的额定电流；

6）接地系统的详细资料；

b数据表中所规定的短路冲击电流应该对系统中的机械构件不造成影响，其中对于馈电进线的端子还要求能承受2倍的对称短路电流。

c在MCC系统中，发热量定义为在额定短路电流1秒内产生的热量值。

d电机控制中心应具有相互独立、带电部分螺栓隐藏的结构。柜体采取垂直结构设计，防止电机起动器和馈出电缆在柜顶积聚热量，影响散热。

②安全要求

该项设计要求至关重要，能够最大程度的保障生产安全。系统中独立隔室和柜体之间防护设施均采用IP4X的等级标准。有条件时还可由国际认可的测试机构进行燃弧条件下的保护测试。该测试在进行时，不能打开固定的柜门、盖子等；同时注意避开进线柜主断路器。另外，柜体还采取了联锁装置，当电源回路主断路器处于闭合位置时，柜门不能打开；当柜门打开时，断路器的操作机构必须用挂锁锁上，防止陌生人误操作。

③断路器选用标准

对于电源进线柜中的断路器，应选用具有抽出机构的手动或电动合闸的空气断路器。同时，该断路器还应带有灭弧机构。该断路器的机械操作机构为弹簧控制储能型。所需要的驱动类型、额定工作电流和分断电流均应在数据表中详细列出。为安全起见，电动操作的断路器同时应配有手动紧急操作机构。当控制回路出现故障，机械断开按钮可分断电路。该机械装置应有机械自动跳闸和防脉动回路。断路器的额定电流应按照IEC规定的等级630-800-1000-1600-2000-2500-3150-4000A来选择。当考虑到扩容因素以及安全余量，可适当的选高一个电流等级的产品，防止进线端电源无故中断，对正常生产造成影响。在同一个MCC系统中，同样的额定值和控制原理的断路器还应能完全互换，体现了通用性。

④母排设计标准

考虑到载流量与机械强度，主母排通常采用铜排，安装于柜顶。在进行母排设计时，应充分考虑在规定的最小环境温度下所承受的额定电流。在不超过温升限值的前提下，能够承受故障电流的峰值。对母排做动稳定性分析。由此确定支撑母排的绝缘支柱安放距离。母排的绝缘支柱采用不吸潮、不易碎的材料，额定耐压为1000V。为了日后生产设备扩容，还应在开关柜两端留有余量，考虑增加母排的可能性。在三相四线制系统中，应按照GB7251-97标准选择中性母排。中性排应延伸至每个馈电电缆室。电流互感器应安装在柜体的固定部分，通常安装于电源柜的出线端。开关柜内的垂直母排安装时应注意绝缘，装设绝缘挡板。并在抽屉柜的电源侧与垂直母排处留有防弧间隔。垂直母排采用了自动操作的断路器保护，当开关柜的馈电模块抽出后，母排以下部分均不带电，以防止意外触电。

⑤抽屉柜设计标准

抽屉柜的旋转把手应严格使断路器保持在操作和实验/断开位置。当抽屉柜于合闸位置时，断路器的断开位置与断路器跳闸轴连锁，以防止从柜体中抽出，影响正常生产；而需要进行抽出检测时，由于抽屉的旋钮把手采取了机械连锁的结构，仅在断路器断开模式下方可旋转，确保了安全性。

3总结

智能MCC系统因为操作简便，工作效率高，维护容易，在现今的工业生产中获得了越来越多的应用。智能MCC系统由于规模庞大，包含设备复杂，组成元器件众多，互相之间影响关系复杂。在设计时要从整体上进行考虑，需要严格参照标准进行，这样才能保证系统在实际中正常工作。

参考文献：

[1]王磊．智能MCC自动控制系统及应用[J]．江西有色金属，2003，17（3）：14-18．

[2]ControlNetNetwork[J]系统概貌，2006，18（5）：37-41．

[3]李正军．现场总线及其应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005：68-88．

[4]新编电气工程师实用手册[M]北京：中国水利水电出版社，1997：88-100．

[5]NasenbenyRJ．MotorControlCenters[J]．2001，8（2）：40-43．

[6]张冠生.电器理论基础[M].北京：机械工业出版社，1997：88-90．