1377441640813774416408
目前，大多數車間的用電數據都是通過車間配電室成套開關(guan) 櫃上的電力儀(yi) 表進行計量，往往一台開關(guan) 櫃所帶的用電設備很多，而電力儀(yi) 表所計量的是多台設備的總電能數據，計量並分析單台設備的用電數據成為(wei) 難題。本文提供了一種思路和方法，用於(yu) 對車間的用電設備進行低成本改造，僅(jin) 需在設備端增加電流互感器和多功能電力儀(yi) 表，與(yu) 中控室的上位機組態軟件組成電能管理係統，用於(yu) 對車間用電設備的用電檢測及耗電數據的記錄與(yu) 分析，以便及時發現耗電多的設備和異常狀態的設備，為(wei) 全廠的節電和管理者的決(jue) 策管理提供數據支撐。本文介紹兩(liang) 種方法組建車間設備電能管理係統。方法一：通過在設備端增加電力儀(yi) 表及互感器，通過多功能電力儀(yi) 表自帶的通訊口，一般為(wei) RS232或RS485接口，進行組網通訊，實現電力數據的采集，通過上位機軟件實現電力數據的顯示和存儲(chu) 。方法二:針對由PLC或其他可編程控製器控製的設備，利用控製器自帶的通訊接口與(yu) 多功能電力儀(yi) 表組網通訊，將電力儀(yi) 表的數據讀入控製器，由控製器將電力數據發送至上位機, 在上位機上進行顯示和存儲(chu) 。方法二的特點：一是便於(yu) 直接在控製器內(nei) 進行電力數據的換算計算;二是如果本地和遠程都有上位機，則可以實現本地與(yu) 遠程數據的顯示和存儲(chu) 。
圖1所示為(wei) 方法一對應的係統框圖。對每台設備增加電流互感器和多功能電力儀(yi) 表，通過多功能電力儀(yi) 表采集設備的電流電壓，多台多功能電力儀(yi) 表通過RS485總線連接，接至串口服務器（串口轉以太網服務器），將串口服務器通過以太網接至多網口交換機,再連接工控機。圖2為(wei) 單台多功能電力儀(yi) 表電氣原理圖,負載為(wei) 一台變頻器驅動的電機。三相電經空開接至變頻器輸入端，T1、T2、T3為(wei) 電流互感器 ，接至該電力儀(yi) 表的電流檢測輸入端。通過從(cong) 三相母線上取電結點，再經熔斷器接至該電力儀(yi) 表電壓檢測輸入端。電力儀(yi) 表的報警輸出立而口接中間繼電器KA1線圈，利用中間繼電器KA1的常開或常閉觸點實現過電壓過電流等實時報警功能。該電力儀(yi) 表的RS458接口通過通訊線纜與(yu) 其他多功能電力儀(yi) 表的RS485接口連通，共同組成RS485總線網絡，通過MODBUS RTU協議實現數據的遠程通訊功能。
完成硬件布置後，需對軟件進行設置。軟件設置包括對串口服務器進行設置，設置好串口服務器的虛擬串口號、IP地址、通訊方式等；在組態軟件中建立與(yu) 電力儀(yi) 表對應的多台通訊設備，並設置通訊方式、校驗方式、地址、波特率等,再建立相應寄存器變量，從(cong) 而獲取電力儀(yi) 表中的數據。在組態軟件界麵中可對獲取到的數據進行顯示並繪製成曲線、棒狀圖或餅狀圖等。電力儀(yi) 表電氣原理圖見圖2。
對於(yu) PLC控製的設備，利用PLC的通訊端口，與(yu) 多台多功能電力儀(yi) 表建立通訊，通過PLC讀取電力儀(yi) 表的電壓電流等數據，同時PLC分別與(yu) 現場觸摸屏和中控室的工控機建立通訊，可將電流電壓等數據進行本地觸摸屏的顯示和存儲(chu) 以及遠程工控機上的顯示和存儲(chu) 。圖3為(wei) 方法二對應的係統框圖。利用PLC的RS485接口與(yu) 多台電力儀(yi) 表組網 通訊,PLC的另一個(ge) RS485通訊口與(yu) 現場觸摸屏連通，通過PLC的以太網口和中控室工控機通訊。利用PLC的兩(liang) 個(ge) RS485口通訊，須注意其主從(cong) 關(guan) 係：PLC相對於(yu) 多功能電力儀(yi) 表，PLC為(wei) 主站，電力儀(yi) 表為(wei) 從(cong) 站;PLC相對於(yu) 觸摸屏, PLC為(wei) 從(cong) 站, 觸摸屏為(wei) 主站。
采用SMART 200 PLC編寫(xie) 梯形圖子程序[2],對兩(liang) 台多功能電力儀(yi) 表通過MODBUS RTU通訊協議實現電力數據的讀取，PLC作為(wei) MODBUS RTU的主站，兩(liang) 台電力儀(yi) 表作為(wei) 從(cong) 站。圖4為(wei) 程序段一，第一個(ge) 掃描周期先對各狀態位複位，然後調用MBUS_CTRL指令完成初始化，設置好通訊模式、波特率、校驗方式、端□號、超時時間等。
圖5程序段二首先對第一台電力儀(yi) 表調用MBUS_MSG指令啟動對從(cong) 站的請求並處理響應。設置好從(cong) 站的地址、讀寫(xie) 模式、需要讀取的寄存器起始地址、需要讀取的寄存器數量以及PLC內(nei) 部存儲(chu) 數據的V寄存器地址指針。每隔0.5s對兩(liang) 台電力儀(yi) 表進行一次數據讀取。
圖6 程序段三在對第一台電力儀(yi) 表數據完成讀取後 ，再對第二台電力儀(yi) 表進行數據讀取。同樣調用MBUS_MSG指令完成讀取。當子程序編與(yu) 完成後，在PLC的主程序中調用該子程序即可。
以上選用了較為(wei) 常用的SMART 200 PLC作為(wei) 主控製器，通過梯形圖編程實現與(yu) 兩(liang) 台多功能電力儀(yi) 表的通訊。不同品牌的PLC實現與(yu) 電力儀(yi) 表通訊所調用的指令不同，但原理相似，可參考本例實現其他品牌PLC對電力儀(yi) 表的數據讀取。
電力儀(yi) 表內(nei) 部會(hui) 對功率和電度數進行計算，可直接在電力儀(yi) 表上查看功率和電量, 或將該數據通訊至上位機查看。對於(yu) 有些感性負載，電力儀(yi) 表內(nei) 部算法依照的功率因數往往與(yu) 負載不匹配,其計算出的功率和電量也與(yu) 實際有較大誤差。針對此缺點，可以在上位機上根據電壓電流等數據通過軟件編程 ，計算出實時功率（有功功率）和累計電度數(有功電量），與(yu) 電力儀(yi) 表的內(nei) 部數據進行對比。觸摸屏和組態軟件一般都有循環執行策略(腳本），可根據公式(1)和公式(2), 利用上位機定時循環執行腳本程序，對功率和電量進行計算。
例如通過力控組態軟件對三相電爐的功率和電量進行計算，根據負載的類型、接線方法,選擇合適的功率因數，編寫(xie) 如下程序：
//有功功率計算(單位kW)
區域1單元1\PowerZ1.PV=區域1單元1\Z1_UaH.PV*區域1\單元1\Z1_laH.PV/1000+區域1\單元1\Z1_UbH.PV* 區域1單元1\Z1_lbH.PV/1000+區域1\單元1\Z1_UcH.PV*區域1單元1\Z1cH.PV/1000;
區域1單元1\PowerZ2.PV=區域1單元1\Z2_UaH.PV*區域1\單元1\Z2_laH.PV/1000+區域1\單元1\Z2_UbH.PV* 區域1單元 1\Z2_lbH.PV/1000+區域1\單元1\Z2_UcH.PV*區域1單元1\Z2_lcH.PV/1000;
//有功電量(單位KWh)
區域1\單元1\EnergyZ1.PV=區域1\單元1\Ener-gyZ1.PV+區域1\單元1\PowerZ1.PV/3600;
區域1\單元1\EnergyZ2.PV=區域1\單元1\Ener-gyZ2.PV+區域1\單元1\PowerZ2.PV/3600;
循環策略設置為(wei) ：每循環2s,進行一次實時功率計算；每循環3s,將計算出的實時功率除以
3600並進行累加得到電度數。因大多負載不是恒功率運行,如果需提高計算精度，可減小循環時間，即提高采樣次數。
在上位機可通過表格、曲線、棒狀圖、餅狀圖等形式對數據進行記錄和顯示。圖7為(wei) 利用力控組態軟件繪製的電力儀(yi) 表盤界麵，直觀地顯示了電力實時數據,並通過表格控件實現實時數據查看和曆史數據查詢的功能。圖8為(wei) 電力數據實時曲線和曆史曲線查詢界麵。圖9為(wei) 用電量餅圖和棒狀圖分析界麵。
在施工中,多功能電力儀(yi) 表的通訊線纜須使用屏蔽雙絞線,且屏蔽層單端可靠接地。盡量避免通訊線纜與(yu) 動力線纜在同一線槽或橋架敷設，可將通訊線纜穿KGB線管單獨敷設且將線管單端可靠接地。對於(yu) 某一區域的多台用電設備，將其分別對應的多台電力儀(yi) 表通過RS485總線進行菊花鏈拓撲結構連接,即手拉手連接方式，接至串口轉以太網服務器,然後由串口服務器通過以太網連接至中控室交換機。建議屏蔽雙絞線總長不易過長，如果總長超過30 m加一個(ge) 串口服務器，通過增加以太網總線的長度,減少RS485總線長度來保證數據傳(chuan) 輸的速度和穩定性。注意互感器和電力儀(yi) 表連線時勿在負載帶電運行的同時將電流互感器進行開路接線。多台電力儀(yi) 表通過RS485總線組網時注意網路終端的電力儀(yi) 表是否需要加終端電阻。
用戶端消耗著整個(ge) 電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、節約用電有十分重要的意義(yi) 。構建智能用電服務體(ti) 係，推廣用戶端智能儀(yi) 表、智能用電管理終端等設備用電管理解決(jue) 方案，實現電網與(yu) 用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決(jue) 的研究內(nei) 容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理係統、需求側(ce) 管理等課題。
Acrel-3000WEB電能管理解決(jue) 方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各分項用電的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約電能，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。
係統人機界麵友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、地刀等合、分狀態，以及有關(guan) 故障、告警等信號。
係統以豐(feng) 富的報表支撐計量體(ti) 係的完整性。係統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與(yu) 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，並在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體(ti) 係的正確性。
在配電一次圖中，當鼠標移動到每個(ge) 回路附近時，鼠標指針變為(wei) 手形，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、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，並可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
係統具有實時電力參數和曆史電力參數的存儲(chu) 和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界麵中能夠自定義(yi) 需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，並通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定製運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。
係統對配電係統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，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。
係統具有實時報警功能，係統能夠對配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、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、功率因數越限等事件進行實時監測，並根據事件等級發出告警。係統報警時自動彈出實時報警窗口，並發出聲音或語音提醒。
係統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。
係統可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的電能質量進行持續性的監測，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測功能的電力儀(yi) 表，不需要可刪除。
係統支持對斷路器、隔離開關(guan) 、接地刀等進行分、合遙控操作。係統具有嚴(yan) 格的密碼保護和操作權限管理功能，對於(yu) 每次遙控操作，係統自動生成操作記錄，記錄內(nei) 容包含操作人、操作時間、操作類型等。實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。
係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
係統支持實時監視接入係統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。從(cong) 而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證係統的穩定運行。
視頻監控展示了當前實時畫麵（視頻直播），選中某一個(ge) 變配電站，即可查看該變配電站內(nei) 視頻信息。
用戶報告頁麵主要用於(yu) 對選定的變配電站自動匯總一個(ge) 月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。
電力運維手機支持“監控係統"、“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、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、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。
本文結合工程實際提供了一種建立電能管理係統的思路和方法,可在車間用電設備的控製箱內(nei) 加裝電流互感器和多功能電力儀(yi) 表,通過現場敷設通訊線纜將車間的用電設備進行組網，結合上位機組態軟件建立電能管理係統。如果在電能管理係統的基礎上再添加用水、用氣等能耗數據則可組成車間能源管理係統,將獲得的電力數據上傳(chuan) 雲(yun) 端或與(yu) MES係統、ERP 係統對接。總之，電能管理係統是組建數字化工廠、智慧工廠的一部分。
當前位置：