MCC馬達控制中心

馬達控制中心又稱電機控制中心或電動機控制中心，英文名稱為MOTOR CONTROL CENTER，簡稱MCC。電機控制中心統一管理配電和儀器設備，將各種電機控制單元、饋電線接頭單元、配電變壓器、照明配電盤、聯鎖繼電器以及計量設備裝入一個整體安裝的機殼內並且由一個公共的封閉母線供電。

在國民經濟的各領域中，如電力、石油、化工、冶金、礦山、造紙、輕工、汽車、船舶工業、交通運輸、市政建設、食品飲料、水處理、垃圾處理、製藥等，電動機得到越來越廣泛的應用。為了使電動機正常運行和可靠工作，需要對單台電動機和一條生產線的電動機進行統一的控制和保護。

因此，電動機控制中心MCC的水平也得到迅速發展。MCC指將接於交流低壓回路的電動機全套控制和保護設備，按一定規格系統裝配成標準化的單元組件每台組件控制相應規格的一台電動機，將此標準的單元組件裝成櫃體實現多台電動機的集中控制。 ^[1] 

MCC（馬達控制中心）在工程中應用非常廣泛。常規的MCC只包括機電元件，而且所有連接都是通過硬接線實現。直到今天，這些機電元件仍然是MCC產品的主要構成部分。即便在發達國家，MCC產品中，超過半數的單元仍然是純粹的機電設備。近年來，隨着科學技術的發展，智能MCC發展並逐步應用起來。智能型MCC採用新型的智能元件和現場總線技術，逐步向自動化集成型發展，將硬件、軟件和網絡技術緊密地聯繫在一起。

傳統電機控制中心(CMCC)可以實現電機的起、停控制和簡單的故障檢測，性能可靠，利於維護，廣泛應用於國民經濟的各個領域，尤其是石油化工、冶金、造紙、建材、紡織、食品加工、製藥、電力等需要過程控制的領域。

智能電機控制中心(IMCC)功能強大，可以提供電機位置和速度伺服控制功能，多種電機故障檢測和診斷功能，廣泛應用於複雜的過程控制中。

CMCC和IMCC既可以單獨使用完成電機控制．又可以作為分散控制系統DCS或者可編程邏輯控制器PLC的現場執行器，與之共同完成控制任務，是工廠自動化的關鍵設備。 ^[1] 

傳統的MCC通過硬接線的方式，用控制電纜和信號電纜與安放MCC室的DCS系統的遠程的連接，DCS的控制命令和MCC的反饋信息均由電纜傳輸，每一個多根電纜。傳統的MCC控制存在以下問題：

（1）控制和信號電纜數量巨大；

（2）接線工作量大，安裝、調試周期長；

（3）接線點多，因此故障點多，事故原因不易查找；

（4）在增加設備迴路時，須重新敷設控制和信號電纜，不易擴展；

（5）用於生產運行的管理、診斷信息少，對電氣設備的運行維護差；

（6）備件數量多，不易統一，佔用資金大。

智能MCC系統是信息技術、傳感技術、計算機數據處理技術相結合的新型電氣自動化控制系統，其核心元件是帶通信功能的電機智能保護器，DCS的控制指令和電動機的相關運行信息均通過總線通信的方式進行，現場總線如Lonwbrks、PROFIBUS、Etllemet、TCP，可以根據需要配置備用通信接口。其特點如下：

①無需DcS現場的櫃，通常每根通信總線最多可控制100個電機迴路；

②線路接點少，抗干擾能力強，故障原因明確，便於查找排除；

③採用總線通信方式，安裝、調試周期短；

④在增加設備迴路時，如系統允許，僅需在軟件中設置，擴展方便、靈活；

⑤運行管理信息豐富，可提供詳細的設備維護信息，可做到設備的預防性維護，最大限度地減少設備意外故障停機時間；

⑥具有備件管理功能，備件數量少，可減少資金佔用。 ^[1] 

1）從硬件上看，智能MCC連接簡單快捷。

傳統MCC與基礎自動化的連接主要方式有2種，一是通過在MCC櫃旁設一遠程I/0櫃，MCC的監控控制信號經控制電纜與之連接，再由遠程I/0站經現場總線與PLC進行通訊。另一種則是MCC的監控控制信號經控制電纜直接與PLC的本地I/O櫃相連。而點到點的控制信號連接決定了電纜數量多，施工量大。

智能MCC在這方面表現了卓越的性能，在與現場設備連接後，只需通過1根DEVICENET現場總線，即可實現MCC與基礎自動化的信息互道，由於省去了控制電纜和I/0櫃這些中間環節，使連接變的簡單，通訊更為快捷。

2）由於DEVICENET現場總線的引入，省去了控制電纜和大量I/O，PLC槽架數量也得到減少，控制系統集成的成本得到減低。抵消了智能MCC較傳統MCC成本略高的劣勢。

3）系統現場調試時，對系統進行打點，大大減少了調試時間；且不需要PLC I/O端子櫃及中間繼電器櫃，使系統的故障點大大減少。

4）從維護上看，中間環節的減少使得維護更加簡單。單從PLC的狀態監視信息即可判斷現場設備的運行狀況和故障情況。

5）智能MCC控制系統具有開放性和可擴展性，這也是傳統MCC所無法比擬的。現場總線和組態軟件技術在污水處理項目的應用。 ^[2] 

MCC（Motor Control Center）馬達控制中心就是專門針對於低壓電動機羣（主要是恆速電機）設計的一整套專業化智能管理方案，是應用於大規模工業生產中自動化控制系統中的一個重要組成部分。運用這套方案採用馬達智能控制保護器（以下簡稱智能保護器），取代現行的控制及傳輸技術（如4～20mA，交直流信號傳輸）就能使更多的信息在智能保護器裝置與更高一級上位機之間進行雙向傳送，從而實現對現場電機的集中保護、控制、監視與測量等功能。

MCC是將馬達過載、缺相、接地故障、失速、堵轉、欠載電流、馬達超温、電流不平衡等故障通過內置PROFIBUS網絡傳輸到控制中心(PLC)、監控中心(PC機)，並獲得簡化的故障排除方法。智能化MCC已被廣泛用於冶金、紡織、輕工、石化、電力等廠礦企業以及交通運輸和市政建設等行業。

針對MCC（Motor Control Center）馬達控制中心智能管理方案，多家世界知名公司均推出了自己的智能保護器產品，例如ABB公司的M101/102系列、SIEMENS公司的SIMOCODE pro系列、Acrel公司的ARD系列等。這裏以Acrel公司的ARD系列智能電動機保護器產品為例，具體介紹一下其主要功能及特性：

ARD系列智能電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能。產品有ARD2簡易型系列和ARD3高級型系列兩大類。ARD保護器可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。可廣泛應用於煤礦、石化、冶煉、電力、建築等行業的配電領域。

智能電動機保護器體積小，結構緊湊，安裝方便，在低壓控制終端櫃和1/4模數及以上各種抽屜櫃中可直接安裝使用，提高了控制迴路的可靠性和自動化水平。

高清晰的液晶顯示界面直觀反映測量參數及電動機運行狀態。所有測量數據可通過按鍵輕鬆翻閲，參數設置可以通過儀表面板進行，也可由通訊口輸入。液晶顯示界面有背光支持，以方便在光線差的環境下使用。

GB/T14048.1-2000低壓開關設備和控制設備總則。

GB14048.4-2003低壓開關設備和控制設備 機電式接觸器和電動機起動器。

GB14048.5-2001低壓開關設備和控制設備 控制電路電器和開關元件，第1部分：機電式控制電路電器。

GB/T17626.4-2006電快速瞬變脈衝羣抗擾度試驗。

GB/T17626.5-2006浪湧（衝擊）抗擾度試驗。

JB/T 10736-2007 低壓電動機保護器。

工作温度：-10℃~+55℃。

貯存温度：-20℃~+65℃。

相對濕度：5%~95%不結霜。

海拔：≤2500m。

污染等級：2級。

防護等級：IP20。

安裝類別：III級。

運用場合：煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建築等領域。

1）模塊式設計，分為主體模塊、測量模塊、開關量模塊、模擬量模塊、温度模塊、通訊模塊、液晶模塊等7個模塊。

2）DI/DO全部支持自由編程。DI支持無源節點（弱電）或有源節點（強電）輸入，有源節點可選交流或直流供電。

3）通訊標配2路RS-485 Modbus-RTU，1路PrifiBus-DP可選。

4）過載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、不平衡、PTC保護、外部故障等全面的電動機綜合保護功能。

5）標配保護模塊，直接啓動、星三角起動、自藕降壓起動、雙向起動、單繞組雙速起動、雙繞組雙速起動等多種起動方式，起動方式可現場設定。

6）故障記錄、運行管理信息，方便查詢故障原因、電機維護管理。

7）自起動功能，可通過附加抗晃電模塊實現抗晃電、失壓重起功能。

8）可通過添加模擬量模塊實現2路4～20mA輸入測量和2路4～20mA變送輸出。4～20mA變送輸出對應參數可自由設定。

9）可通過添加温度模塊實現3路温度測量保護，可外接傳感器類型有：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC。

（1）輔助電源支持 AC220/380V 、DC220V/110V。

（2）測量功能分為基本測量（電流、頻率）和增選測量（電壓（功率、功率因數、相序）、剩餘電流（漏電流）、電能）。

（3）具有過載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩餘電流（接地/漏電）、温度、外部故障、相序、過壓、欠壓、欠功率、tE時間等全面的電動機綜合保護功能。

（4）8路DI支持乾結點輸入，可實現遠程主站對電動機運行狀態的遙信監視。

（5）4路DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，軟起動等多種起動方式，通過通訊總線可實現遠程主站對電動機進行實時遙控“起/停”操作。

（6）抗晃電確保電動機運行不間斷，重起動功能在短時欠壓、失壓時用於電動機分批重起。

（7）具有標準的 RS-485通訊接口，採用 Modbus-RTU通訊協議，保證了上位機通訊的快速可靠。

（8）具有 DC4-20mA模擬量輸出接口，直接與 DCS系統相接，可實現對現場設備的監控。

（9）具有系統時鐘和 8次故障記錄功能，系統時鐘記錄當前時間（年、月、日、小時、分鐘、秒）；故障記錄功能記錄電動機發生故障的時間，總的運行時間，故障原因，發生故障時電動機的各種參數值（如三相電流、三相電壓、剩餘電流、功率因數、熱容比、電機狀態等）。

（10）顯示部分為分體90L，是全中文高清晰的液晶顯示。

（11）可以替代各種電量表、信號燈、熱繼電器、電量變送器等常規元件，減少了櫃內電纜連接及現場施工量，可靠性和綜合性價比遠高於傳統方案。

當電動機在過負載情況下，長時間超過其額定電流運行時，會導致電動機過熱，絕緣降低而燒燬，保護器根據電動機的發熱特性，計算電動機的熱容量，模擬電動機發熱特性對電動機進行保護。

斷相/不平衡故障運行時對電動機的危害很大，當電動機發生斷相或三相電流嚴重不平衡時，如不平衡率達到保護設定值時，保護器按照設定的要求保護，發出停車或報警，確保電動機的安全運行。

電動機在起動過程中，由於負荷過大或自身機械原因，造成電動機軸被卡住，而未及時解除故障，將造成電機過熱，絕緣降低而燒燬電機，堵轉保護適用於電動機起動發生此類故障時進行保護，當電流達到動作設定電流時，保護器及時在動作（延時）設定時間內動作或報警，避免電機燒燬。

當電動機所帶負載為泵式負載時，電動機空載或欠載運轉會產生危害，保護器提供欠載保護，三相的平均電流與額定電流的百分比低於欠載設定值時，保護器應在動作（延時）設定時間內動作或報警。

當保護器檢測到外部故障出現，外部故障開關量有故障信號輸入時，保護器按照設定的要求保護，確保電動機設備安全。

阻塞保護適用於電動機運行過程中發生卡死。當電流達到動作設定電流時，保護器及時在動作（延時）設定時間內動作或報警，避免電機燒燬。

電動機起動時間到後，若保護器檢測到電動機迴路電流仍未下降到110%Ie以下，啓動該保護。針對增安電機，起動時間整定不得超過 1.7倍tE 時間。

保護器同時具備接地保護和漏電保護功能，二者只能選一種。接地保護自動計算剩餘電流不需要外接互感器，用於保護相線對電動機金屬外殼的短路保護。漏電保護電流是通過增加漏電互感器，檢測出30mA-900mA的故障電流，主要用於非直接接地的保護，以保證人身安全。

當保護器檢測到電動機的電壓相序錯誤時，閉鎖電動機起動，保護電動機安全。

電壓過低會引起電動機轉速降低，甚至停止運行，當主迴路電壓低於設定的欠電壓保護值時，保護器按設定的要求進行保護，在動作設定時間內動作或在報警，以避免重要的生產工藝造成混亂，嚴重影響生產。

電壓過高引起電動機絕緣程度損傷，當主迴路電壓超過設定的保護電壓時，保護器按設定的要求進行保護，在動作設定時間內動作或在報警，以保證電動機設備安全。

電動機由於傳動裝置損壞，失去機械輸出能力，欠載運行，電動機功率因數較低，但電動機電流很大，大量消耗系統的無功，當負載功率與額定功率的百分比低於設定動作值時，保護器在動作設定時間內動作或報警。

保護器通過檢測預埋在電動機繞組上的 PTC熱敏電阻的阻值變化，來實現温度保護功能。

温度保護用於低壓（380V）小容量的電動機上，作為長時間過負荷、變負荷和反覆短時運行過負荷、斷相、三相不平衡、電源頻率變化、通風不良、環境温度過高等引起的電機温度過高的保護。

“晃電”指的是由於雷擊、短路或其它原因造成的電網短時電壓波動或短時斷電現象。當現場電動機因晃電而停機時，如電網電壓在允許的時間內恢復正常（回到設定的恢復電壓以上），保護器再起動被晃停的電機，如電網電壓在允許的時間內沒能恢復正常，則保護器將閉鎖程序，不再起動電動機。

對於增安型電動機，交流繞組在最高環境温度下達到額定運行穩定温度後，從開始通過堵轉電流時記起，直至上升到極限温度所需的時間即為tE 時間。增安型電機的tE 時間通常由電機制造商提供，用户可以在電機銘牌上找到該數據。 ^[2] 

採用MCC（Motor Control Center）馬達控制中心專業化智能管理方案，除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子排（箱）、I/0卡件、模擬量變送器等。而且智能設備就地安裝，與上位機通過通信線連接，可以節省大量控制電纜，節約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網絡連接，網絡組態靈活，使整個系統的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統癱瘓。這種分佈式控制系統與集中化管理相結合的模式，其功能更強，具有更高的安全性，是當前冶金鋼鐵行業電氣自動化控制的主要潮流。 ^[2]