[科普中国]-MCC马达控制中心

马达控制中心又称电机控制中心或电动机控制中心，英文名称为MOTOR CONTROL CENTER，简称MCC。电机控制中心统一管理配电和仪器设备，将各种电机控制单元、馈电线接头单元、配电变压器、照明配电盘、联锁继电器以及计量设备装入一个整体安装的机壳内并且由一个公共的封闭母线供电。

定义马达控制中心又称电机控制中心或电动机控制中心，英文名称为MOTOR CONTROL CENTER，简称MCC。电机控制中心统一管理配电和仪器设备，将各种电机控制单元、馈电线接头单元、配电变压器、照明配电盘、联锁继电器以及计量设备装入一个整体安装的机壳内并且由一个公共的封闭母线供电。

在国民经济的各领域中，如电力、石油、化工、冶金、矿山、造纸、轻工、汽车、船舶工业、交通运输、市政建设、食品饮料、水处理、垃圾处理、制药等，电动机得到越来越广泛的应用。为了使电动机正常运行和可靠工作，需要对单台电动机和一条生产线的电动机进行统一的控制和保护。

因此，电动机控制中心MCC的水平也得到迅速发展。MCC指将接于交流低压回路的电动机全套控制和保护设备，按一定规格系统装配成标准化的单元组件每台组件控制相应规格的一台电动机，将此标准的单元组件装成柜体实现多台电动机的集中控制。1

MCC的发展状况MCC(马达控制中心）在工程中应用非常广泛。常规的MCC只包括机电元件，而且所有连接都是通过硬接线实现。直到今天，这些机电元件仍然是MCC产品的主要构成部分。即便在发达国家，MCC产品中，超过半数的单元仍然是纯粹的机电设备。近年来，随着科学技术的发展，智能MCC发展并逐步应用起来。智能型MCC采用新型的智能元件和现场总线技术，逐步向自动化集成型发展，将硬件、软件和网络技术紧密地联系在一起。

传统电机控制中心(CMCC)

传统电机控制中心(CMCC)可以实现电机的起、停控制和简单的故障检测，性能可靠，利于维护，广泛应用于国民经济的各个领域，尤其是石油化工、冶金、造纸、建材、纺织、食品加工、制药、电力等需要过程控制的领域。

智能电机控制中心(IMCC)

智能电机控制中心(IMCC)功能强大，可以提供电机位置和速度伺服控制功能，多种电机故障检测和诊断功能，广泛应用于复杂的过程控制中。

CMCC和IMCC既可以单独使用完成电机控制．又可以作为分散控制系统DCS或者可编程逻辑控制器PLC的现场执行器，与之共同完成控制任务，是工厂自动化的关键设备。1

工作原理传统MCC工作原理及存在问题

传统的MCC通过硬接线的方式，用控制电缆和信号电缆与安放MCC室的DCS系统的远程的连接，DCS的控制命令和MCC的反馈信息均由电缆传输，每一个多根电缆(如下图l所示)。传统的MCC控制存在以下问题：

（1）控制和信号电缆数量巨大；

（2）接线工作量大，安装、调试周期长；

（3）接线点多，因此故障点多，事故原因不易查找；

（4）在增加设备回路时，须重新敷设控制和信号电缆，不易扩展；

（5）用于生产运行的管理、诊断信息少，对电气设备的运行维护差；

（6）备件数量多，不易统一，占用资金大。

智能MCC系统的工作原理及特点

智能MCC系统是信息技术、传感技术、计算机数据处理技术相结合的新型电气自动化控制系统，其核心元件是带通信功能的电机智能保护器，DCS的控制指令和电动机的相关运行信息均通过总线通信的方式进行，现场总线如Lonwbrks、PROFIBUS、Etllemet、TCP，可以根据需要配置备用通信接口。其特点如下：

①无需DcS现场的柜，通常每根通信总线最多可控制100个电机回路；

②线路接点少，抗干扰能力强，故障原因明确，便于查找排除；

③采用总线通信方式，安装、调试周期短；

④在增加设备回路时，如系统允许，仅需在软件中设置，扩展方便、灵活；

⑤运行管理信息丰富，可提供详细的设备维护信息，可做到设备的预防性维护，最大限度地减少设备意外故障停机时间；

⑥具有备件管理功能，备件数量少，可减少资金占用。1

智能MCC与传统MCC的对比分析1）从硬件上看，智能MCC连接简单快捷。

传统MCC与基础自动化的连接主要方式有2种，一是通过在MCC柜旁设一远程I/0柜，MCC的监控控制信号经控制电缆与之连接，再由远程I/0站经现场总线与PLC进行通讯。另一种则是MCC的监控控制信号经控制电缆直接与PLC的本地I/O柜相连。而点到点的控制信号连接决定了电缆数量多，施工量大。

智能MCC在这方面表现了卓越的性能，在与现场设备连接后，只需通过1根DEVICENET现场总线，即可实现MCC与基础自动化的信息互道，由于省去了控制电缆和I/0柜这些中间环节，使连接变的简单，通讯更为快捷。

2）由于DEVICENET现场总线的引入，省去了控制电缆和大量I/O，PLC槽架数量也得到减少，控制系统集成的成本得到减低。抵消了智能MCC较传统MCC成本略高的劣势。

3）系统现场调试时，对系统进行打点，大大减少了调试时间；且不需要PLC I/O端子柜及中间继电器柜，使系统的故障点大大减少。

4）从维护上看，中间环节的减少使得维护更加简单。单从PLC的状态监视信息即可判断现场设备的运行状况和故障情况。

5）智能MCC控制系统具有开放性和可扩展性，这也是传统MCC所无法比拟的。现场总线和组态软件技术在污水处理项目的应用。2

马达控制中心管理方案MCC（Motor Control Center）马达控制中心就是专门针对于低压电动机群（主要是恒速电机）设计的一整套专业化智能管理方案，是应用于大规模工业生产中自动化控制系统中的一个重要组成部分。运用这套方案采用马达智能控制保护器（以下简称智能保护器），取代现行的控制及传输技术（如4～20mA，交直流信号传输）就能使更多的信息在智能保护器装置与更高一级上位机之间进行双向传送，从而实现对现场电机的集中保护、控制、监视与测量等功能。

MCC是将马达过载、缺相、接地故障、失速、堵转、欠载电流、马达超温、电流不平衡等故障通过内置PROFIBUS网络传输到控制中心(PLC)、监控中心(PC机)，并获得简化的故障排除方法。智能化MCC已被广泛用于冶金、纺织、轻工、石化、电力等厂矿企业以及交通运输和市政建设等行业。

针对MCC（Motor Control Center）马达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护器产品，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。这里以Acrel公司的ARD系列智能电动机保护器产品为例，具体介绍一下其主要功能及特性：

ARD系列智能电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。产品有ARD2简易型系列和ARD3高级型系列两大类。ARD保护器可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

结构精巧、安装便捷

智能电动机保护器体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。

显示直观、易学易用

高清晰的液晶显示界面直观反映测量参数及电动机运行状态。所有测量数据可通过按键轻松翻阅，参数设置可以通过仪表面板进行，也可由通讯口输入。液晶显示界面有背光支持，以方便在光线差的环境下使用。

符合标准GB/T14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则。

GB14048.4-2003低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电动机起动器。

GB14048.5-2001低压开关设备和控制设备 控制电路电器和开关元件，第1部分：机电式控制电路电器。

GB/T17626.4-2006电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。

GB/T17626.5-2006浪涌（冲击）抗扰度试验。

JB/T 10736-2007 低压电动机保护器。

适用环境工作温度：-10℃~+55℃。

贮存温度：-20℃~+65℃。

相对湿度：5%~95%不结霜。

海拔：≤2500m。

污染等级：2级。

防护等级：IP20。

安装类别：III级。

运用场合：煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。

主要功能1）模块式设计，分为主体模块、测量模块、开关量模块、模拟量模块、温度模块、通讯模块、液晶模块等7个模块。

2）DI/DO全部支持自由编程。DI支持无源节点（弱电）或有源节点（强电）输入，有源节点可选交流或直流供电。

3）通讯标配2路RS-485 Modbus-RTU，1路PrifiBus-DP可选。

4）过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、PTC保护、外部故障等全面的电动机综合保护功能。

5）标配保护模块，直接启动、星三角起动、自藕降压起动、双向起动、单绕组双速起动、双绕组双速起动等多种起动方式，起动方式可现场设定。

6）故障记录、运行管理信息，方便查询故障原因、电机维护管理。

7）自起动功能，可通过附加抗晃电模块实现抗晃电、失压重起功能。

8）可通过添加模拟量模块实现2路4～20mA输入测量和2路4～20mA变送输出。4～20mA变送输出对应参数可自由设定。

9）可通过添加温度模块实现3路温度测量保护，可外接传感器类型有：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC。

性能特点（1）辅助电源支持 AC220/380V 、DC220V/110V。

（2）测量功能分为基本测量（电流、频率）和增选测量（电压（功率、功率因数、相序）、剩余电流（漏电流）、电能）。

（3）具有过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、剩余电流（接地/漏电）、温度、外部故障、相序、过压、欠压、欠功率、tE时间等全面的电动机综合保护功能。

（4）8路DI支持干结点输入，可实现远程主站对电动机运行状态的遥信监视。

（5）4路DO输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，软起动等多种起动方式，通过通讯总线可实现远程主站对电动机进行实时遥控“起/停”操作。

（6）抗晃电确保电动机运行不间断，重起动功能在短时欠压、失压时用于电动机分批重起。

（7）具有标准的 RS-485通讯接口，采用 Modbus-RTU通讯协议，保证了上位机通讯的快速可靠。

（8）具有 DC4-20mA模拟量输出接口，直接与 DCS系统相接，可实现对现场设备的监控。

（9）具有系统时钟和 8次故障记录功能，系统时钟记录当前时间（年、月、日、小时、分钟、秒）；故障记录功能记录电动机发生故障的时间，总的运行时间，故障原因，发生故障时电动机的各种参数值（如三相电流、三相电压、剩余电流、功率因数、热容比、电机状态等）。

（10）显示部分为分体90L，是全中文高清晰的液晶显示。

（11）可以替代各种电量表、信号灯、热继电器、电量变送器等常规元件，减少了柜内电缆连接及现场施工量，可靠性和综合性价比远高于传统方案。

保护功能**（1）过载保护**

当电动机在过负载情况下，长时间超过其额定电流运行时，会导致电动机过热，绝缘降低而烧毁，保护器根据电动机的发热特性，计算电动机的热容量，模拟电动机发热特性对电动机进行保护。

（2）断相/不平衡保护

断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大，当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电动机的安全运行。

（3）堵转保护

电动机在起动过程中，由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护，当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

（4）欠载（欠流）保护

当电动机所带负载为泵式负载时，电动机空载或欠载运转会产生危害，保护器提供欠载保护，三相的平均电流与额定电流的百分比低于欠载设定值时，保护器应在动作（延时）设定时间内动作或报警。

（5）外部故障保护

当保护器检测到外部故障出现，外部故障开关量有故障信号输入时，保护器按照设定的要求保护，确保电动机设备安全。

（6）阻塞保护

阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。当电流达到动作设定电流时，保护器及时在动作（延时）设定时间内动作或报警，避免电机烧毁。

（7）起动超时保护

电动机起动时间到后，若保护器检测到电动机回路电流仍未下降到110%Ie以下，启动该保护。针对增安电机，起动时间整定不得超过 1.7倍tE 时间。

（8）剩余电流保护（接地/漏电）

保护器同时具备接地保护和漏电保护功能，二者只能选一种。接地保护自动计算剩余电流不需要外接互感器，用于保护相线对电动机金属外壳的短路保护。漏电保护电流是通过增加漏电互感器，检测出30mA-900mA的故障电流，主要用于非直接接地的保护，以保证人身安全。

（9）相序保护

当保护器检测到电动机的电压相序错误时，闭锁电动机起动，保护电动机安全。

（10）欠压保护

电压过低会引起电动机转速降低，甚至停止运行，当主回路电压低于设定的欠电压保护值时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警，以避免重要的生产工艺造成混乱，严重影响生产。

（11）过压保护

电压过高引起电动机绝缘程度损伤，当主回路电压超过设定的保护电压时，保护器按设定的要求进行保护，在动作设定时间内动作或在报警，以保证电动机设备安全。

（12）欠功率保护

电动机由于传动装置损坏，失去机械输出能力，欠载运行，电动机功率因数较低，但电动机电流很大，大量消耗系统的无功，当负载功率与额定功率的百分比低于设定动作值时，保护器在动作设定时间内动作或报警。

（13）温度保护

保护器通过检测预埋在电动机绕组上的 PTC热敏电阻的阻值变化，来实现温度保护功能。

温度保护用于低压（380V）小容量的电动机上，作为长时间过负荷、变负荷和反复短时运行过负荷、断相、三相不平衡、电源频率变化、通风不良、环境温度过高等引起的电机温度过高的保护。

（14）欠/失电重起（抗晃电）

“晃电”指的是由于雷击、短路或其它原因造成的电网短时电压波动或短时断电现象。当现场电动机因晃电而停机时，如电网电压在允许的时间内恢复正常（回到设定的恢复电压以上），保护器再起动被晃停的电机，如电网电压在允许的时间内没能恢复正常，则保护器将闭锁程序，不再起动电动机。

（15）Te 时间保护（适用于增安型电动机）

对于增安型电动机，交流绕组在最高环境温度下达到额定运行稳定温度后，从开始通过堵转电流时记起，直至上升到极限温度所需的时间即为tE 时间。增安型电机的tE 时间通常由电机制造商提供，用户可以在电机铭牌上找到该数据。2

马达控制中心的优越性采用MCC（Motor Control Center）马达控制中心专业化智能管理方案，除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子排（箱）、I/0卡件、模拟量变送器等。而且智能设备就地安装，与上位机通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。这种分布式控制系统与集中化管理相结合的模式，其功能更强，具有更高的安全性，是当前冶金钢铁行业电气自动化控制的主要潮流。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学