CN105182951A - 基于智能型马达控制器的设备管理系统及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于智能型马达控制器的设备管理系统，包括上层监控系统和就地设备，就地设备包括n个马达控制器，其中n为正整数；上层监控系统包括集散控制系统、实时监控系统和设备管理系统；马达控制器分别通过PROFIBUS-DP总线和光缆连接集散控制系统和总服务器，总服务器通过光缆连接所述实时监控系统和设备管理系统，总服务器内部设置历史数据库和经验数据库。基于Profibus？DP现场总线技术，通过马达控制器与上层监控系统的对接，实现对该现场总线上的存储在智能型马达控制器内部的诊断与统计信息进行读取和传输，并将信息汇总到总服务器中，方便维护和检修人员及时地了解现场运行的马达控制器的运行状况。
Description
技术领域
本发明涉及马达控制器设备管理领域，尤其涉及一种基于智能型马达控制器的设备管理系统及其安装方法。
背景技术
设备是现代化生产活动的物质技术基诎，只有正确地操作使用设备，精心地维护保养设备，按计划进行设备检修，使设备处于良好的运行状态，才能保证生产过程的连续性，保证生产的正常秩序。设备是一个工厂的灵魂，是获得利润的源泉,工厂的一切制度和运作方式都以设备的正常运行为中心，而设备的管理方式是确保设备正常高效运行的关键。
随着计算机技术、网络通信技术、自动控制技术等的发展，现场总线在工业控制领域得到了广泛的应用，而基于线程总线的设备管理技术也同时得到了发展。
目前我国火力（或核电等）发电厂、石油化工及钢铁等产业均配置有较多数量的马达（电机）。如何实现对该现场总线上的存储在智能型马达控制器内部的诊断与统计信息进行读取和传输，并将信息汇总到设备管理系统中，方便维护和检修人员及时地了解现场运行的马达控制器的运行状况，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于智能型马达控制器的设备管理系统，基于ProfibusDP现场总线技术，研究一种技术手段，实现对该现场总线上的存储在智能型马达控制器内部的诊断与统计信息进行读取和传输，并将信息汇总到设备管理系统中，再进一步对这些信息进行实时分析、优化、状态评估、故障诊断、检修指导等，方便维护和检修人员及时地了解现场运行的马达控制器的运行状况。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种基于智能型马达控制器的设备管理系统，所述设备管理系统包括上层监控系统和就地设备，所述就地设备包括n个马达控制器，其中n为正整数；所述上层监控系统包括集散控制系统、实时监控系统和设备管理系统；所述马达控制器分别通过PROFIBUS-DP总线和光缆连接所述集散控制系统和总服务器，所述总服务器通过光缆连接所述实时监控系统和设备管理系统，所述总服务器内部设置历史数据库和经验数据库。
优选方案中，所述PROFIBUS-DP总线和光缆之间设置光电转换器，所述光缆和集散控制系统之间设置光电转换器，所述光缆和总服务器之间设置光电转换器。设备管理系统还可以包括机柜，光电转换器放置于机柜内部，避免外部环境灰尘等因素的影响，安放位置合适，便于插拔维护、检查光缆转换设备的运行状态。
优选方案中，所述光缆的敷设布线时选用层绞式绝缘光缆，所述光缆的整盘长度为2km或4km；所述管道光缆接头处每侧预留长度为6-8m；布设光缆的牵引力小于等于所述光缆允许张力的80%，瞬时最大牵引力小于等于所述光缆允许张力的100%。
层绞式绝缘光缆光缆密度大、性能稳定且价格便宜，因而选用。由于制造的光缆整盘长度通常都比较长，制造长度为2或4km时抗拉力和抗侧压力性能较好。管道光缆接头处预留长度不可过多也不可过少，预留长度的过多或过少均能影响日后的维护，给应急抢修工作带来不必要的麻烦。布放光缆的牵引力应不超过光缆允许张力的80%，一般为100-300kg，直埋光缆为600-800kg。瞬时最大牵引力不得大于光缆允许张力100%。主要牵引力应加在光缆的加强构件上，光缆不应直接承受拉力，以避免光缆受损伤而导致接续损耗增大。
优选方案中，所述现场总线电缆的连接采用增安型接线箱，所述总线电缆穿入接线箱时采用防爆电缆密封接头。
本发明同时提供一种上述基于智能型马达控制器的设备管理系统的安装方法，包括光缆的敷设布线、光缆的续接以及现场设备的总线电缆连接。
优选方案中，光缆的续接包括如下步骤：
（1）在待接续光缆上套上对接续部位补强的热缩保护管；
（2）剥除光缆端部40～60mm长的一次涂覆和二次涂覆层，用干净的酒精棉将光缆擦拭干净；
（3）用端面切割刀对光缆进行切割，切割好的端面要求平整且无毛刺无缺损，并与轴线垂直；
（4）将两根按上述步骤切割后的光缆放入光缆熔接机自动接续；
（5）用光时域反射仪进行对熔接后光缆的接续性能测试，与熔接机估算接续损耗相比较，符合接续指标后将光缆拿出，把热缩保护管置于熔接部位上，加强芯的中心应正对熔接点，然后放入热熔灶将热缩保护管热熔对光缆接头进行保护；
（6）当全部光缆接续完后，收入收容盘内，并用光时域反射仪复测，直至全部合格后进行接头盒的封闭工作。
光缆开剥前应先检查光缆端头外部是否完好，切除损坏的部分，一般切除1m。其次应清洁光缆外护套距端头1.2m。
优选方案中，所述接续性能测试采用双向侧试法，其平均值为光缆接头的实际损耗。光时域反射仪对光缆的测试效果与测试方向有关，不同的测试方向可能会造成测试结果大不相同，所以应采用双向侧试法，其平均值为光缆接头的实际损耗。
优选方案中，布放光缆时光缆盘转动速度与光缆步入速度同步，所述光缆出盘处的弯曲半径大于等于所述光缆外径的20倍，所述光缆的一次牵引长度小于等于1km。
优选方案中，现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线剪断，并用绝缘带包好，避免与表壳接地螺丝连接；各段总线电缆的屏蔽线在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只在机柜侧的端子接地，中间部分对地绝缘。
现场总线网段对绝缘要求很高，为了防止总线回路受潮，应用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时要用防爆电缆密封接头。采用总线专用的端子块与各总线设备连接,总线端子块具有短路保护功能，短路时指示灯亮，确保一个支路短路时不影响其它支路的正常工作。在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(Marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以防止静电感应和低频(50Hz)的干扰。
优选方案中，不同种类的电缆相互之间必须保持一定距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，避免任意长度的平行排列；所述电缆放置于金属管道或金属桥架内。在可能有较大压力的区域内（比如经常性的人员踩踏或汽车经过路线），应将Profibus电缆放置在高强度金属管道或金属桥架内。如果压力较小，则可使用硬PVC管道。
PROFIBUS总线上的数据传输是完全基于数字信号实现的，这样可以大幅提高信号传输过程中的抗干扰能力；采用PROFIBUS总线直接连接现场智能设备，可以减少大量接线点，减少了由于接线不牢或接线不规范引起的故障；PROFIBUS连接智能设备，减少了A/D转换的环节，提高了自动化系统的采集精度；PROFIBUS-DP总线的传输速率可达12M，具有很高的实时性。
集散控制系统（DCS）是一类主站，主要采集周期性数据、诊断信息等；实时监控系统（SIS）和设备管理系统（MIS）是二类主站，用于采集非周期性数据，两套系统互相补充。实时监控系统侧重于该设备所采集的信息，并对这些信息加以处理，及时的反映出来。如：电流电压是否越限、保护是否动作、开关是否正常分合等，并通过画面把这些信息加以显示。而设备管理软件则侧重于对该设备自身信息的收集和处理，并把这些信息进行统计归纳处理，然后再加以显示、告警等。它有一个对数据进行统计归纳的过程，并结合当前数据和历史的数据进行统一判断的过程。这些数据的分析前提是要有一个历史数据库来保存数据，并且从这些历史数据中归纳提取出经验数据，形成经验数据库加以推广和应用。
本发明的有益效果为：基于ProfibusDP现场总线技术，通过马达控制器与上层监控系统的对接，实现对该现场总线上的存储在智能型马达控制器内部的诊断与统计信息进行读取和传输，并将信息汇总到设备管理系统中，再进一步对这些信息进行实时分析、优化、状态评估、故障诊断、检修指导等，方便维护和检修人员及时地了解现场运行的马达控制器的运行状况。
附图说明
图1为本发明设备管理系统的整体架构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参见图1，本发明涉及一种基于智能型马达控制器的设备管理系统，包括上层监控系统和就地设备，所述就地设备包括n个马达控制器，其中n为正整数。上层监控系统包括集散控制系统DCS、实时监控系统SIS和设备管理系统MIS。马达控制器分别通过PROFIBUS-DP总线和光缆连接集散控制系统和总服务器，总服务器通过光缆连接所述实时监控系统和设备管理系统，总服务器内部设置历史数据库和经验数据库。
PROFIBUS-DP总线和光缆之间设置光电转换器，所述光缆和集散控制系统之间设置光电转换器，所述光缆和总服务器之间设置光电转换器。设备管理系统还可以包括机柜，光电转换器放置于机柜内部，避免外部环境灰尘等因素的影响，安放位置合适，便于插拔维护、检查光缆转换设备的运行状态。集散控制系统（DCS）是一类主站，主要采集周期性数据、诊断信息等；实时监控系统（SIS）和设备管理系统（MIS）是二类主站，用于采集非周期性数据，两套系统互相补充。
实时监控系统侧重于该设备所采集的信息，并对这些信息加以处理，及时的反映出来。如：电流电压是否越限、保护是否动作、开关是否正常分合等，并通过画面把这些信息加以显示。
而设备管理系统则侧重于对该设备自身信息的收集和处理，并把这些信息进行统计归纳处理，然后再加以显示、告警等。它有一个对数据进行统计归纳的过程，并结合当前数据和历史的数据进行统一判断的过程。
如：针对某个设备在一段时间内的告警次数进行统计，来分析判断该设备与生产的关系。设备运行是否正常、配置是否合理。该电机是需要维修、换新，还是需要更换其它型号的电机，从而使生产的效率最高，不影响生产也不浪费。同时还可以验证对该设备告警次数上限的设定是否正确，并把这一数据推广到同型号、相似工作环境的所有设备上。
这些数据经智能马达控制器采集之后，通过PROFIBUS-DP总线传至光电转换器，转换为光纤信号进行传输，然后经光电传感器转换为电信号进入总服务器，总服务器的历史数据库对数据进行储存统计，经实时监控系统和设备管理系统进行分析、处理和判断，然后反馈至总服务器的经验数据库，形成经验数据，并且将分析后的表格及画面在总服务器上进行显示。
管理系统的安装方法包括光缆的敷设布线、光缆的续接以及现场设备的总线电缆连接。
目前的光缆种类有层绞式，骨架式、束管式等，其中层绞式以其光缆密度大、性能稳定且价格便宜的优点广泛被人采用。选择光缆的指标主要有绝缘性、抗拉力和抗侧压力。由于制造的光缆整盘长度通常都比较长，一般标准制造长度为2或4km，特殊要求时，制造的更长。一般靠机械或人力进行敷设，如其抗拉弧度不够，就容易使光缆在施工过程中被拉长，造成光缆长期处于受力状态，缩短了使用寿命。在保证光缆安全的情况下，应尽量选择直线路径，少选弯曲路径。
管道光缆接头位置要避免灰尘大、温度变化大等环境较恶劣或易受人为影响的地方，以保证光缆接头的长期和稳定工作。同时为利于施工和维护，接头处每侧预留长度为6-8m，预留长度的过多或过少均能影响日后的维护，给应急抢修工作带来不必要的麻烦。
光缆敷设时，要求布放光缆的牵引力应不超过光缆允许张力的80%，一般为100-300kg，直埋光缆为600-800kg。瞬时最大牵引力不得大于光缆允许张力100%。主要牵引力应加在光缆的加强构件上，光缆不应直接承受拉力，以避免光缆受损伤而导致接续损耗增大。
布放光缆时，光缆盘转动速度应与光缆布入速度同步。要求牵引人工一般速度为5-15m/分钟为宜，机械牵引速度应控制在20m/分钟，并保持恒定，光缆出盘处要保持松弛的弧度（弯曲半径不应小于光缆外径的20倍），并留有缓冲的余量，严禁硬拉猛拽，应保持光缆外护套不受损伤。同时光缆一次牵引长度一般不应大于1000m，超长距离时，应将光缆采取盘∞字分段牵引或中间适当地点增加辅助牵引，以减少光缆张力和提高施工效率。
目前光缆的接续以电弧熔接法为主。电弧熔接法的原理是利用光缆高温时的熔融性能和高压尖端放电时产生的高温电弧使光缆熔接起来的。具体步骤如下：
（1）在待接续光缆上套上对接续部位补强的热缩保护管；
（2）剥除光缆端部40～60mm长的一次涂覆和二次涂覆层，用干净的酒精棉将光缆擦拭干净；
（3）用端面切割刀对光缆进行切割，切割好的端面要求平整且无毛刺无缺损，并与轴线垂直；
（4）将两根按上述步骤切割后的光缆放入光缆熔接机自动接续；
（5）用光时域反射仪进行对熔接后光缆的接续性能测试，与熔接机估算接续损耗相比较，符合接续指标后将光缆拿出，把热缩保护管置于熔接部位上，加强芯的中心应正对熔接点，然后放入热熔灶将热缩保护管热熔对光缆接头进行保护；
（6）当全部光缆接续完后，收入收容盘内，并用光时域反射仪复测，直至全部合格后进行接头盒的封闭工作。
OTDR对光缆的测试效果与测试方向有关，不同的测试方向可能会造成测试结果大不相同，所以应采用双向侧试法，其平均值为光缆接头的实际损耗。
现场总线网段对绝缘要求很高，为了防止总线回路受潮，应用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时要用防爆电缆密封接头。采用总线专用的端子块与各总线设备连接,总线端子块具有短路保护功能，短路时指示灯亮，确保一个支路短路时不影响其它支路的正常工作。
在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(Marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，防止静电感应和低频(50Hz)的干扰。如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏线不应在接线箱内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。电缆桥架要每隔一段距离接地。
屏蔽对于Profibus铜电缆来说非常重要。它将数据电缆进行屏蔽，从而避免了干扰。为了使屏蔽有效，必须将其与等电势连接系统相连，未接地的屏蔽没有任何作用。Profibus铜电缆屏蔽必须在各点与等电势连接系统相连。ProfibusDP电缆屏蔽层与DP设备屏蔽夹（或端子）可靠连接，在每个站将Profibus电缆屏蔽层与等电势连接系统相连。现场总线电缆在机柜入口应将屏蔽与等电势系统相连。连接面积应足够大，为此，机柜入口处应安装有接地条。
同一类型的电缆可以放在一起，同方向地安置在同一个电缆槽中。不同种类的电缆相互之间必须保持一定的距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，不能有任何平行（即便是很短的距离）排列。不同类型的电缆相互之间必须保持的最小距离。
以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于智能型马达控制器的设备管理系统，其特征在于：所述设备管理系统包括上层监控系统和就地设备，所述就地设备包括n个马达控制器，其中n为正整数；所述上层监控系统包括集散控制系统、实时监控系统和设备管理系统；所述马达控制器分别通过PROFIBUS-DP总线和光缆连接所述集散控制系统和总服务器，所述总服务器通过光缆连接所述实时监控系统和设备管理系统，所述总服务器内部设置历史数据库和经验数据库。
2.如权利要求1所述的基于智能型马达控制器的设备管理系统，其特征在于：所述PROFIBUS-DP总线和光缆之间设置光电转换器，所述光缆和集散控制系统之间设置光电转换器，所述光缆和总服务器之间设置光电转换器。
3.如权利要求1所述的基于智能型马达控制器的设备管理系统，其特征在于：所述光缆的敷设布线时选用层绞式绝缘光缆，所述光缆的整盘长度为2km或4km；所述管道光缆接头处每侧预留长度为6-8m；布设光缆的牵引力小于等于所述光缆允许张力的80%，瞬时最大牵引力小于等于所述光缆允许张力的100%。
4.如权利要求3所述的基于智能型马达控制器的设备管理系统，其特征在于：所述现场总线电缆的连接采用增安型接线箱，所述总线电缆穿入接线箱时采用防爆电缆密封接头。
5.一种安装权利要求1至4任一项所述的基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于：所述管理系统的安装方法包括光缆的敷设布线、光缆的续接以及现场设备的总线电缆连接。
6.如权利要求5所述的安装基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于，所述光缆的续接包括如下步骤：
在待接续光缆上套上对接续部位补强的热缩保护管；
剥除光缆端部40～60mm长的一次涂覆和二次涂覆层，用干净的酒精棉将光缆擦拭干净；
用端面切割刀对光缆进行切割，切割好的端面要求平整且无毛刺无缺损，并与轴线垂直；
将两根按上述步骤切割后的光缆放入光缆熔接机自动接续；
用光时域反射仪进行对熔接后光缆的接续性能测试，与熔接机估算接续损耗相比较，符合接续指标后将光缆拿出，把热缩保护管置于熔接部位上，加强芯的中心应正对熔接点，然后放入热熔灶将热缩保护管热熔对光缆接头进行保护；
当全部光缆接续完后，收入收容盘内，并用光时域反射仪复测，直至全部合格后进行接头盒的封闭工作。
7.如权利要求6所述的安装基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于：所述接续性能测试采用双向侧试法，其平均值为光缆接头的实际损耗。
8.如权利要求7所述的安装基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于：布放光缆时光缆盘转动速度与光缆步入速度同步，所述光缆出盘处的弯曲半径大于等于所述光缆外径的20倍，所述光缆的一次牵引长度小于等于1km。
9.如权利要求8所述的安装基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于：现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线剪断，并用绝缘带包好，避免与表壳接地螺丝连接；各段总线电缆的屏蔽线在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只在机柜侧的端子接地，中间部分对地绝缘。
10.如权利要求9所述的安装基于智能型马达控制器的设备管理系统的方法，其特征在于：不同种类的电缆相互之间保持一定距离，当它们相互交叉时必须正交交叉，避免任意长度的平行排列。
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