安科瑞 陳聰

摘要：介紹了電能管理系統在越南西寧水泥廠(chǎng)的應用配置與系統的功能特點(diǎn)，將智能的電能儀表通過(guò)總線(xiàn)通訊到DCS系統中，并經(jīng)其轉換到生產(chǎn)管理系統中，*實(shí)現了管理與控制的有機結合，將電能管理提高到一個(gè)新的階段。

關(guān)鍵詞：電能管理；總線(xiàn)橋；DCS；管理系統
0前言

水泥企業(yè)是用能大戶(hù)，以噸水泥電耗90kWh測算，電力成本占成品比例高達24%，降低電費成本對于經(jīng)濟生產(chǎn)和節能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠(chǎng)均已經(jīng)建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現代化的企業(yè)管理已十分滯后。

在越南西寧水泥廠(chǎng)根據EPC合同配置了電能管理系統，這套系統涉及自動(dòng)化控制的四個(gè)層次，即現場(chǎng)設備層、過(guò)程控制層、過(guò)程操作層和工廠(chǎng)管理層，提高了企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。
1電能管理系統的構成

1.1一次檢測儀表

選用智能型的具有通訊功能的電力監測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數等多種檢測功能，同時(shí)還具有MODBUS通訊數據遠傳通訊功能。電能儀表型號為PD194Z系列電量表。同時(shí)還將ABBREX521系列中壓綜合保護器接入系統，采集饋電與控制回路的電能電量和其他電能信息以及中壓真空斷路器的運行狀態(tài)等。通訊網(wǎng)絡(luò )為MODBUSRTU，介質(zhì)為RS485雙絞線(xiàn)，傳輸速率設定為9600bps（可更高）。節點(diǎn)平均數量為10~20個(gè)。節點(diǎn)為中壓柜的進(jìn)饋電回路以及重要的低壓進(jìn)饋電回路。

1.2現場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò )

現場(chǎng)儀表的通訊網(wǎng)絡(luò )為MOD-BUS，而DCS底層網(wǎng)絡(luò )為PROFIBUSDP，不能直接將電能信息讀入DCS系統。為了順利接收MODBUS總線(xiàn)的通訊數據，系統配置了總線(xiàn)橋，型號為PB-B-MODBUS。其在PROFI-BUSDP總線(xiàn)一側做PROFIBUS從站；在MODBUS一側既可做MOD-BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線(xiàn)數據，其在MODBUS一側設置為MODBUS主站。在MODBUS側可以連接多個(gè)子站，并讀取不同子站的不同地址。對于同一子站同時(shí)還可以配置不同的數據地址進(jìn)行多次讀取。接口通過(guò)PROFIBUS通信數據區和MOD-BUS數據區的數據映射實(shí)現PROFI-BUS和MODBUS的數據透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協(xié)議，波特率自適應，*波特率12M；輸入/輸出數量可自由設定，*PROFIBUS輸入/輸出為232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H號功能，能夠順利讀取現場(chǎng)的電能表計和中壓綜保的數據，并具有寫(xiě)入功能。

1.3數據采集與處理部分

這部分內嵌至DCS系統內部，利用DCS系統的強大功能，對現場(chǎng)儀表的通訊數據進(jìn)行處理。通過(guò)GSD文件將總線(xiàn)橋的驅動(dòng)導入DCS系統中，從而根據設備的不同地址讀取相應的電流、電量、功率、功率因數以及中壓斷路器的運行、保護狀態(tài)等等?，F場(chǎng)數據經(jīng)總線(xiàn)橋讀入DCS系統后，將相應的數據顯示在用戶(hù)界面上（HMI）。同時(shí)根據實(shí)時(shí)產(chǎn)量可計算出實(shí)時(shí)電耗，供操作員操作參考。

1.4上層通訊網(wǎng)絡(luò )

上層通訊網(wǎng)絡(luò )負責DCS系統與管理系統的通訊。將電能數據存儲于管理系統的數據庫，同時(shí)將生產(chǎn)數據也一并存儲于數據庫，以便進(jìn)行累積以及單位能耗的計算。DCS系統與管理系統通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網(wǎng)。

1.5管理系統與關(guān)系數據庫

由于DCS系統處理歷史數據的能力有限，電能管理系統的數據*終存儲于外部的數據庫中，以便長(cháng)期保存和比較與統計。關(guān)系數據庫采用微軟的SQLserver。同時(shí)根據系統情況配置的數據服務(wù)器.

1.6數據報表和HMI人機界面

成品數據以EXCEL格式和ASPWEB發(fā)布的形式提供給相關(guān)人員或部門(mén)，同時(shí)在DCS系統中也有相應的鏈接，使操作員也能夠查詢(xún)到電能信息，可以方便地進(jìn)行查詢(xún)和報表輸出，為生產(chǎn)決策提供依據（見(jiàn)圖1）。
2系統的主要功能
（1）根據需要實(shí)時(shí)讀取并記錄電力儀表的電流、電壓、功率、電量、功率因數等多種檢測數據。

（2）實(shí)時(shí)計算并顯示石灰石、生料、熟料、水泥等產(chǎn)品的單位電耗。

（3）計算各生產(chǎn)車(chē)間、工序的生產(chǎn)、消耗日、月等電量。

（4）圖形報表的生成和報表的定時(shí)輸出。

（5）歷史報表的調用。

3電能管理系統的特點(diǎn)

（1）*實(shí)現了電力儀表的自動(dòng)化管理。

（2）和傳統的電力系統電能管理比較，引入了生產(chǎn)產(chǎn)量，能夠實(shí)時(shí)計算生產(chǎn)電耗。

（3）與DCS系統融合，不再是孤立的后臺保護系統，充分利用了DCS系統的強大功能，減少了系統的硬件投資。

（4）總線(xiàn)技術(shù)的應用，使通訊和電氣接線(xiàn)更加便捷，也大大節約了安裝成本。

（5）可以輕松地實(shí)現數據對比，從而有效地進(jìn)行避峰節能，降低生產(chǎn)成本。

（6）OPC技術(shù)的應用實(shí)現了通用數據庫與DCS系統的雙向通訊系統，既可以讀取DCS生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數據，也可以將管理系統數據送入DCS系統。

4安科瑞電能管理系統

4.1概述

用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，*推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ罕碛?，智能樓宇、智能電器、增值服?wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升*提供準確的數據支撐。

4.2應用場(chǎng)所

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據*等）；

（6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

5系統結構

6系統功能

6.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

6.2電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

6.3詳細電參量查詢(xún)

在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

6.4運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、*時(shí)間或選擇查詢(xún)*近更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

6.5變壓器運行監視

系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.6實(shí)時(shí)報警

系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等*發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

6.7歷史事件查詢(xún)

系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

6.8電能質(zhì)量監測

系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。

6.9遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

6.10用戶(hù)權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同*別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.11通訊狀態(tài)圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

6.12視頻監控

視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

6.13用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

6.14APP支持

電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊，支持一次圖、需量、極值、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

7系統硬件配置

8結語(yǔ)

采用總線(xiàn)橋技術(shù)，將兩種不同的總線(xiàn)通訊連接到一起，將現場(chǎng)的多功能電力儀表接入DCS系統，通過(guò)DCS系統的強大處理功能進(jìn)行數據轉換和通訊處理，再通過(guò)OPC技術(shù)將電能數據預生產(chǎn)數據傳送到管理系統數據庫中，為生產(chǎn)管理提供了實(shí)時(shí)和準確的信息，是傳統的人工抄表和單一的電力后臺軟件不可比擬的。融合的電能管理系統勢必成為電能管理和DCS系統集合的新趨勢，為工廠(chǎng)的節能減排和綠色生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持.

參考文獻：

[1]PD194Z系列液晶多功能網(wǎng)絡(luò )電力儀表用戶(hù)手冊[K].江蘇:江陰長(cháng)江斯菲爾電力儀表有限公司.

[2]PB-B-MM_V3X產(chǎn)品手冊現場(chǎng)總線(xiàn)PRO-FIBUS（中國）技術(shù)資格*

[3]OPCDataAccessCustomInterfaceStandardVersion2.0

[4]鄒建.深入淺出SQLserver2000開(kāi)發(fā)、管理及應用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社，2011.

[5]艾軍.電能管理在水泥廠(chǎng)的應用

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.