淺談配電能效管理系統(tǒng)在水泥工廠的應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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

關鍵詞：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(jié)能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經(jīng)建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現(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)涉及自動化控制的四個層次，即現(xiàn)場設備層、過程控制層、過程操作層和工廠管理層，提高了企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。
1電能管理系統(tǒng)的構(gòu)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(jiān)測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測功能，同時還具有MODBUS通訊數(shù)據(jù)遠傳通訊功能。電能儀表型號為PD194Z系列電量表。同時還將ABBREX521系列中壓綜合保護器接入系統(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行狀態(tài)等。通訊網(wǎng)絡為MODBUSRTU，介質(zhì)為RS485雙絞線，傳輸速率設定為9600bps（可更高）。節(jié)點平均數(shù)量為10~20個。節(jié)點為中壓柜的進饋電回路以及重要的低壓進饋電回路。

1.2現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡

現(xiàn)場儀表的通訊網(wǎng)絡為MOD-BUS，而DCS底層網(wǎng)絡為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)設置為MODBUS主站。在MODBUS側(cè)可以連接多個子站，并讀取不同子站的不同地址。對于同一子站同時還可以配置不同的數(shù)據(jù)地址進行多次讀取。接口通過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，*波特率12M；輸入/輸出數(shù)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(xiàn)場的電能表計和中壓綜保的數(shù)據(jù)，并具有寫入功能。

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)的強大功能，對現(xiàn)場儀表的通訊數(shù)據(jù)進行處理。通過GSD文件將總線橋的驅(qū)動導入DCS系統(tǒng)中，從而根據(jù)設備的不同地址讀取相應的電流、電量、功率、功率因數(shù)以及中壓斷路器的運行、保護狀態(tài)等等。現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)總線橋讀入DCS系統(tǒng)后，將相應的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面上（HMI）。同時根據(jù)實時產(chǎn)量可計算出實時電耗，供操作員操作參考。

1.4上層通訊網(wǎng)絡

上層通訊網(wǎng)絡負責DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的通訊。將電能數(shù)據(jù)存儲于管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時將生產(chǎn)數(shù)據(jù)也一并存儲于數(shù)據(jù)庫，以便進行累積以及單位能耗的計算。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)與關系數(shù)據(jù)庫

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)*終存儲于外部的數(shù)據(jù)庫中，以便長期保存和比較與統(tǒng)計。關系數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQLserver。同時根據(jù)系統(tǒng)情況配置的數(shù)據(jù)服務器.

1.6數(shù)據(jù)報表和HMI人機界面

成品數(shù)據(jù)以EXCEL格式和ASPWEB發(fā)布的形式提供給相關人員或部門，同時在DCS系統(tǒng)中也有相應的鏈接，使操作員也能夠查詢到電能信息，可以方便地進行查詢和報表輸出，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)（見圖1）。
2系統(tǒng)的主要功能
（1）根據(jù)需要實時讀取并記錄電力儀表的電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測數(shù)據(jù)。

（2）實時計算并顯示石灰石、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輸出。

（5）歷史報表的調(diào)用。

3電能管理系統(tǒng)的特點

（1）*實現(xiàn)了電力儀表的自動化管理。

（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計算生產(chǎn)電耗。

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

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

（5）可以輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)對比，從而有效地進行避峰節(jié)能，降低生產(chǎn)成本。

（6）OPC技術的應用實現(xiàn)了通用數(shù)據(jù)庫與DCS系統(tǒng)的雙向通訊系統(tǒng)，既可以讀取DCS生產(chǎn)的實時數(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

用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務體系，*推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、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對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，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用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升*提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（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）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6系統(tǒng)功能

6.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

6.2電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)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可分析追溯，維護計量體系的正確性。

6.3詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，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、三相有功功率、無功功率、功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

6.4運行報表

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

6.5變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、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掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.6實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等*發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

6.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.8電能質(zhì)量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

6.9遙控操作

系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

6.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(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）。可以定義不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)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(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動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時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

6.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

6.13用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

6.14APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“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、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、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

采用總線橋技術，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現(xiàn)場的多功能電力儀表接入DCS系統(tǒng)，通過DCS系統(tǒng)的強大處理功能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊處理，再通過OPC技術將電能數(shù)據(jù)預生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為生產(chǎn)管理提供了實時和準確的信息，是傳統(tǒng)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(tǒng)勢必成為電能管理和DCS系統(tǒng)集合的新趨勢，為工廠的節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)提供有力的技術支持.

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