淺談配電能效管理系統(tǒng)在水泥工廠的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：介紹了電能管理系統(tǒng)在越南西寧水泥廠的應(yīng)用配置與系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，將智能的電能儀表通過(guò)總線通訊到DCS系統(tǒng)中，并經(jīng)其轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，*實(shí)現(xiàn)了管理與控制的有機(jī)結(jié)合，將電能管理提高到一個(gè)新的階段。

關(guān)鍵詞：電能管理；總線橋；DCS；管理系統(tǒng)
0前言

水泥企業(yè)是用能大戶，以噸水泥電耗90kWh測(cè)算，電力成本占成品比例高達(dá)24%，降低電費(fèi)成本對(duì)于經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和節(jié)能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經(jīng)建立了能源管理機(jī)制，但電能的計(jì)量還是以人工抄表為主，對(duì)于現(xiàn)代化的企業(yè)管理已十分滯后。

在越南西寧水泥廠根據(jù)EPC合同配置了電能管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)涉及自動(dòng)化控制的四個(gè)層次，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、過(guò)程控制層、過(guò)程操作層和工廠管理層，提高了企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。
1電能管理系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1一次檢測(cè)儀表

選用智能型的具有通訊功能的電力監(jiān)測(cè)儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測(cè)功能，同時(shí)還具有MODBUS通訊數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊功能。電能儀表型號(hào)為PD194Z系列電量表。同時(shí)還將ABBREX521系列中壓綜合保護(hù)器接入系統(tǒng)，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(yùn)行狀態(tài)等。通訊網(wǎng)絡(luò)為MODBUSRTU，介質(zhì)為RS485雙絞線，傳輸速率設(shè)定為9600bps（可更高）。節(jié)點(diǎn)平均數(shù)量為10~20個(gè)。節(jié)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(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)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(tǒng)。為了順利接收MODBUS總線的通訊數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置了總線橋，型號(hào)為PB-B-MODBUS。其在PROFI-BUSDP總線一側(cè)做PROFIBUS從站；在MODBUS一側(cè)既可做MOD-BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線數(shù)據(jù)，其在MODBUS一側(cè)設(shè)置為MODBUS主站。在MODBUS側(cè)可以連接多個(gè)子站，并讀取不同子站的不同地址。對(duì)于同一子站同時(shí)還可以配置不同的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行多次讀取。接口通過(guò)PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和MOD-BUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)映射實(shí)現(xiàn)PROFI-BUS和MODBUS的數(shù)據(jù)透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協(xié)議，波特率自適應(yīng)，*波特率12M；輸入/輸出數(shù)量可自由設(shè)定，*PROFIBUS輸入/輸出為232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H號(hào)功能，能夠順利讀取現(xiàn)場(chǎng)的電能表計(jì)和中壓綜保的數(shù)據(jù)，并具有寫(xiě)入功能。

1.3數(shù)據(jù)采集與處理部分

這部分內(nèi)嵌至DCS系統(tǒng)內(nèi)部，利用DCS系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過(guò)GSD文件將總線橋的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)入DCS系統(tǒng)中，從而根據(jù)設(shè)備的不同地址讀取相應(yīng)的電流、電量、功率、功率因數(shù)以及中壓斷路器的運(yùn)行、保護(hù)狀態(tài)等等。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)總線橋讀入DCS系統(tǒng)后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面上（HMI）。同時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)量可計(jì)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(fù)責(zé)DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的通訊。將電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)也一并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，以便進(jìn)行累積以及單位能耗的計(jì)算。DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網(wǎng)。

1.5管理系統(tǒng)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

由于DCS系統(tǒng)處理歷史數(shù)據(jù)的能力有限，電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)*終存儲(chǔ)于外部的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便長(zhǎng)期保存和比較與統(tǒng)計(jì)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟的SQLserver。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)情況配置的數(shù)據(jù)服務(wù)器.

1.6數(shù)據(jù)報(bào)表和HMI人機(jī)界面

成品數(shù)據(jù)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(tǒng)中也有相應(yīng)的鏈接，使操作員也能夠查詢到電能信息，可以方便地進(jìn)行查詢和報(bào)表輸出，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)（見(jiàn)圖1）。
2系統(tǒng)的主要功能
（1）根據(jù)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(shù)等多種檢測(cè)數(shù)據(jù)。

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

（3）計(jì)算各生產(chǎn)車間、工序的生產(chǎn)、消耗日、月等電量。

（4）圖形報(bào)表的生成和報(bào)表的定時(shí)輸出。

（5）歷史報(bào)表的調(diào)用。

3電能管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）*實(shí)現(xiàn)了電力儀表的自動(dòng)化管理。

（2）和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電能管理比較，引入了生產(chǎn)產(chǎn)量，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算生產(chǎn)電耗。

（3）與DCS系統(tǒng)融合，不再是孤立的后臺(tái)保護(hù)系統(tǒng)，充分利用了DCS系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，減少了系統(tǒng)的硬件投資。

（4）總線技術(shù)的應(yīng)用，使通訊和電氣接線更加便捷，也大大節(jié)約了安裝成本。

（5）可以輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，從而有效地進(jìn)行避峰節(jié)能，降低生產(chǎn)成本。

（6）OPC技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了通用數(shù)據(jù)庫(kù)與DCS系統(tǒng)的雙向通訊系統(tǒng)，既可以讀取DCS生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以將管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)送入DCS系統(tǒng)。

4安科瑞電能管理系統(tǒng)

4.1概述

用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，*推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)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(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升*提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應(yīng)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(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)*等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6系統(tǒng)功能

6.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)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(hào)。

6.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)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(hù)計(jì)量體系的正確性。

6.3詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

6.4運(yùn)行報(bào)表

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、*時(shí)間或選擇查詢*近更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

6.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.6實(shí)時(shí)報(bào)警

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等*發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

6.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

6.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、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(yīng)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(jiān)測(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。

6.9遙控操作

系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

6.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

6.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)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(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)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(nèi)視頻信息。

6.13用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

6.14APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“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、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

7系統(tǒng)硬件配置

8結(jié)語(yǔ)

采用總線橋技術(shù)，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現(xiàn)場(chǎng)的多功能電力儀表接入DCS系統(tǒng)，通過(guò)DCS系統(tǒng)的強(qiáng)大處理功能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊處理，再通過(guò)OPC技術(shù)將電能數(shù)據(jù)預(yù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，為生產(chǎn)管理提供了實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的信息，是傳統(tǒng)的人工抄表和單一的電力后臺(tái)軟件不可比擬的。融合的電能管理系統(tǒng)勢(shì)必成為電能管理和DCS系統(tǒng)集合的新趨勢(shì)，為工廠的節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持.

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