1、概述

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人一個整體安裝的機殼內并且由一個公共的封閉母線供電。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，利于維護，廣泛應用于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、制藥、電力等需要過程控制的領域。電機控制中心的高端產品——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，廣泛應用于復雜的過程控制中。CMCC和IMCCG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。

智能MCC其特點是將傳統對單一的馬達進行保護延伸到對設備運行狀態進行監控。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，廣泛應用于復雜的過程控制中。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。

2、項目介紹

某氯化鉀項目，在原有年產30萬噸的基礎上擴大到年產100萬噸的規模。把西門子自動化系統產品的全方位應用到該氯化鉀項目中，實現了從110KV供電向下的全部控制功能，系統中使用了上百套安科瑞（Acrel）的電力監控儀表和ARD系列馬達保護器，以及西門子的變頻器和PLC（可編程序控制器），是西門子自動化產品在中國的最典型應用，并與無線網絡系統、GPS定位系統一起組成了一個先進的工廠自動化系統。

3、系統結構

氯化鉀生產工藝整個過程包括原礦的采集、原礦的輸送和由原礦加工成產品幾部分。原礦的采集是通過多條水采機組在鹽田中不斷的采掘，并將采掘到的礦料輸送到岸上的泵站；原礦的輸送就是將由水采機組采集到的原礦通過多級泵站輸送，經過數十公里輸送到加工廠；加工廠將源源不斷的原礦經過過濾、結晶、并加入化學藥劑，經過物理化學過程生產出成品氯化鉀。

3.1 水采機組系統

水采機組系統包括岸基站、六套水采船和六套活動加壓站系統。岸基站為水采機組控制系統的中心，包括一臺操作員站、一臺工程師站和一套由SLC5/05組成的可編程序控制器系統，負責對岸基站設備的控制；操作站、工程師站、可編程序控制器之間使用以太網并通過無線以太網電臺與六套水采船通信。

上位機包括二臺前操作員站、二臺后操作員站；下位機由S7-300組成的可編程序控制器系統，占用MCC柜體的1個單元，實現對整個水采船的控制；前后操作員站、可編程序控制器之間使用以太網并通過無線以太網電臺向上與岸基站通信，向下通過無線串行電臺與活動加壓站通信。

活動加壓站系統包括一個PanelView 550操作監控站和一套由S7-300組成的可編程序控制器系統，實現活動加壓站的控制。

3.2 加工廠系統

加工廠系統按照工藝過程分成十個子控制系統，包括加工廠1-6號系統、冷結晶1號系統、冷結晶2號系統、干燥車間系統和包裝車間系統。加工廠中心控制室中配備了6臺操作員站和1臺工程師站，在上一級采用了以太網網絡，在下一級采用PROFIBUS網絡。PROFIBUS，是一種國際化。開放式。不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。PROFIBUS是過程現場總線的縮寫，于1989年正式成為現場總線的國際標準。目前在多種自動化的領域中占據主導地位，全世界的設備節點數已經超過2000萬。它由三個兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）。PROFIBUS－PA（Process Automation ）。PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification ）。主要使用主-從方式，通常周期性地與傳動裝置進行數據交換。

4、智能MCC配置

電動機控制中心MCC（Motor Control Center）的水平也得到迅速發展。MCC指將接于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。每臺組件控制相應規格的一臺電動機，將此標準的單元組件裝成柜體實現多臺電動機的集中控制。智能MCC系統以通信的方式提供全面的管理診斷信息，使系統的電氣設備狀態數據透明化，實現自動采集和分析，并提供各類報表；可對能源消耗情況進行測量、統計、分析，為電能消耗和成本結構優化提供依據；可為電氣人員提供詳細、明確的電氣設備運行狀況，使電氣管理維護人員通過設備運行的數據進行有計劃的設備維護和檢修工作，大大地提高設備的有效運行率，提高維護人員的工作效率，節約備品備件及保養維護費用，降低備件庫存及資金占用。 本系統所設計的MCC主要包括以下幾個單元：

主進線單元

主進線單元分別為西門子斷路器，允許故障電流為50KA。配置電子脫扣單元。

計量單元

開關柜內配置安科瑞（Acrel）新型ACR系列多功能網絡儀表、諧波表，可以同時檢測電壓、電流、有功、無功、電能、以及諧波等電參數，通過內置PROFIBUS網絡接口， 可將以

上電氣參數通過現場總線PROFIBUS上傳至監控中心。

饋電單元

所有饋電單元均為西門子斷路器，允許故障電流為65KA。

電機起動單元

柜內所有起動單元通斷控制元件均采用西門子斷路器，根據實際負荷及電機滿載電流選型配置。熱繼電器為MCS-E3電子式智能脫扣保護等級，手動復位。該熱繼電器直接配裝在接觸器上，實現電機的控制和保護。E3過載繼電器有兩個4開關量輸入點，2個開關量輸出點，1個輸出觸點控制接觸器的控制線圈，由操作站通過內置的PROFIBUS通訊協議發出控制指令；E3過載繼電器還具有可編程保護功能（報警，跳閘，延時，禁止視窗），可以保護電機因過載、失相/相間不平衡、堵轉（起動/運行）、接地等而引起的故障。

變頻器單元

在活動加壓站內配置了1 臺132KW 西門子變頻器；1臺600KW 西門子變頻器，在水采機內配置了3 臺132KW 西門子變頻器；1臺西門子的450KW變頻器，進線均采用刀熔開關，配PROFIBUS通訊模件，柜門安裝人機操作面板。

PROFIBUS網絡

MCC柜內置PROFIBUS網絡，通過PROFIBUS網絡可以將所有控制參數反饋至操作站，并將控制指令下達給每個電機控制單元，使得整個MCC系統成為數字式控制MCC，減少了控制線的接線，對外除了動力電纜， 不需要任何常規控制電纜，從而大大提高了系統的可靠性與穩定性。

5、基于PROFIBUS協議智能MCC系統架構

基于PROFIBUS協議MCC系統架構圖

系統分為三層：現場設備層、PLC數據處理層以及運行監控層。現場控制層由現場智能設備、現場智能儀表、遠程I/O 和網絡設備構成。在現場設備層，通過PROFIBUS總線，集成具有通信功能的智能線路保護設備、電機驅動控制設備以及ET200S數據采集與控制裝置等。

PLC數據處理層位于現場設備層和運行監控中心層之間，主要完成上下層之間的網絡連接轉換和信息的處理交換。通過PROFIBUS現場總線，把采集的數據傳送到PLC數據處理層，對數據作規范化預處理，處理的數據與時標相對應，并可在數據緩沖區中儲存一周。PLC獲取和處理的數據有選擇性地上傳到控制中心，以便于集中監視現場工況信息；同時，下達來自于控制中心的遙控和遙調信息給現場設備層的各類智能設備及儀表。運行監控層由高速工業以太網以及連接在總線上的擔任監控任務的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。

本系統中通過應用智能MCC，實現了：

1）只將動力電纜和一根PROFIBUS網線引入MCC柜中，無需控制電纜進入MCC柜中，節省了大量PLC I/O模件；

2）MCC抽屜單元控制回路簡單標準，復雜的連鎖功能只需通過PLC編程實現；

3）改變MCC抽屜單元模數或位置非常方便，只需將新抽屜的PROFIBUS網線插入垂直線槽內PROFIBUS接口即可；

4）相同容量及運行方式MCC抽屜單元不存在特殊的控制回路，可以節省大量抽屜備件；

5）現場施工任務簡單化，減少了控制電纜敷設量及校對工作兩，大大降低了故障幾率。