電力監(jiān)控系統(tǒng)在廠房電力工程中的應(yīng)用

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)可以提高對(duì)供電系統(tǒng)的管理和控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制， 同時(shí)也是工業(yè)以太網(wǎng)的典型應(yīng)用。 該系統(tǒng)自調(diào)試完成開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)， 兼容性和可擴(kuò)展性強(qiáng)， 通信速度快， 成為廠房電力管理中的重要工具。

　　在某些大型生產(chǎn)企業(yè)里， 廠房對(duì)供電系的安全性、 可靠性及連續(xù)性要求越來(lái)越高， 尤其是對(duì)廠房電力系統(tǒng)的管理已進(jìn)入了一個(gè)管理集中化、信息化的時(shí)代。 根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的重要性與管理要求， 廠房供電系統(tǒng)安裝電力監(jiān)控系統(tǒng)成為必然。本文以東莞某大型廠房工程為例， 說(shuō)明電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及工作原理。

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)依靠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表采集電力回路數(shù)據(jù)， 配電柜的電氣性能和分布對(duì)方案設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的。 廠房的電力系統(tǒng)按照電房的平面分布而劃為高壓配電線路、 低壓配電線路和 UPS 系統(tǒng)。 高低壓配電柜作為整個(gè)廠房的電力系統(tǒng)核心， 帶有生產(chǎn)設(shè)備和廠房設(shè)施重要負(fù)荷， 這些回路成為監(jiān)控的主要對(duì)象。 確定了需監(jiān)控的重要回路和采樣方式，統(tǒng)計(jì)出廠房供電系統(tǒng)所有回路需安裝智能儀表的數(shù)量及做出初步可選型號(hào)比較和分析， 再按照配電屏的組成及位置進(jìn)行分組， 最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表的性能和監(jiān)控要求，確定監(jiān)控系統(tǒng)的組成和通信方案，系統(tǒng)圖如圖 1 所示。

　　系統(tǒng)分為上位機(jī)管理層， 通信接口層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層。 管理層通過(guò)通信接口網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表雙向數(shù)據(jù)通信， 在管理層的監(jiān)控電腦屏幕可以監(jiān)視并且記錄處理電力系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息集中管理。

　　硬件配置

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)集成硬件資源， 由監(jiān)控中心硬件、 通信設(shè)備及管線材料、 信號(hào)采集及測(cè)量設(shè)備三大部分組成。

　　1. 監(jiān)控中心硬件

　　監(jiān)控中心的操作臺(tái)配置 DELL 工業(yè)級(jí)主機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)19 in顯示器一臺(tái)， 主機(jī)連接打印機(jī)。

　　2. 通信設(shè)備及管線材料部分

　　通信接口層主要由交換機(jī)和通信管理機(jī)組成。由于即時(shí)傳輸?shù)男畔⒘勘容^大， 選用快速以太網(wǎng)工業(yè)交換機(jī) 3C16470( 10/100 M) 。 該型號(hào)交換機(jī)支持全雙工/半雙工， 采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，背板帶寬為3.2 Gbit/s，支持多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，具有16個(gè)固定端口。 通信管理機(jī)Moxa NPort5630又稱為串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器， 機(jī)架提供 16 個(gè) RS232/422/485 的RJ45接口輸入， 串口速率為50 bit/s～ 921.6 Kbit/s，并且支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議( ICMP、 IP、 TCP及Real Com等)， 具有自動(dòng)重啟觸發(fā)機(jī)制。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備與通信機(jī)的連線采用優(yōu)質(zhì) 4 芯屏蔽雙絞線( RVVP4 * 0.5)作為收發(fā)數(shù)據(jù)的通信線， 其中屏蔽線需接地。 通信管理機(jī)和交換機(jī)放置在具有防潮和隔離灰塵的通信機(jī)柜里， 由一臺(tái)小型 UPS 供電以滿足停電期間的監(jiān)控要求。

　　3. 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集及測(cè)量設(shè)備部分

　　配電柜面板安裝可視監(jiān)控儀表， 方便值班人員日常巡查和記錄。 低壓配電柜監(jiān)控采用低壓智能電力儀表 PM810(施耐德公司生產(chǎn)) 與電力儀表輸入輸出模塊 P M 8 M 2 6 組合。 P M 8 1 0 是應(yīng)用廣泛的高性能電力監(jiān)控儀表， 具有真實(shí)測(cè)量有效值， 直接測(cè)量電壓達(dá) 600 V， 防反光屏幕， RS485 通信接口。 電壓信號(hào)采樣信號(hào)回路無(wú)需安裝電壓互感器便可直接從配電柜內(nèi)的電壓表測(cè)量回路測(cè)得電壓值。 由于 PM810 本身不具有直接獲得萬(wàn)能斷路器工作狀態(tài)(斷開(kāi)或閉合) 信號(hào)的功能， 因此要求安裝擴(kuò)展模塊(本系統(tǒng)采用 P M 8 M 2 6 輸入輸出模塊)。 高壓配電柜、 直流屏以及 UPS 主機(jī)數(shù)據(jù)采樣方法是利用其設(shè)備內(nèi)部的集成通信設(shè)備。 高壓配電柜內(nèi)置的綜合繼電保護(hù)裝置 AGE MPM800 配置R S 4 8 5 通信接口， 通信協(xié)議為 M O D B U S - R T U ，同時(shí)具備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制功能。 直流屏和 U P S 主機(jī)則需要與其內(nèi)置的專用通信卡建立連接。 某些設(shè)備如果配置的是 RS232 通信接口， 還需要安裝轉(zhuǎn)換模塊( RS232 轉(zhuǎn) RS485)， 因此， 電力監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和調(diào)試階段都需要有關(guān)單位的技術(shù)人員共同參與， 以便雙方及時(shí)了解通信協(xié)議和接口類型。

　　通信原理和功能

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)通信基層網(wǎng)絡(luò)是基于目前成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)， 采用功能強(qiáng)大的系統(tǒng)硬件設(shè)備使得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議得以在以太網(wǎng)和串口設(shè)備之間雙向傳送， 屬于總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 按照電力系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)， 把系統(tǒng)主要回路電氣設(shè)備作為監(jiān)控組別， 一個(gè)組別的電氣設(shè)備(如 1# 變壓器二次配電柜) 的所有智能儀表用通信線把 RS485 接口以菊花鏈?zhǔn)降倪M(jìn)行連接。 本系統(tǒng)采用Moxa NPort5630串口通信管理機(jī)， 其具有串口設(shè)備與以太網(wǎng)的連接功能( 10～ 100 M 自適應(yīng)以太網(wǎng)絡(luò))， 實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備和以太網(wǎng)界面之間數(shù)據(jù)雙向傳送。 安裝驅(qū)動(dòng)程序后， 會(huì)被 Windows 操作系統(tǒng)識(shí)別為 Real Com 端口。 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， 通信管理機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)儀表之間以 Modbus- RTU 協(xié)議進(jìn)行通信。 串口服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)來(lái)自管理層上位機(jī)的指令， 上位機(jī)監(jiān)控軟件向串口服務(wù)器發(fā)送　　含有某一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)串口儀表通信地址的數(shù)據(jù)， 對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表根據(jù)系統(tǒng)的請(qǐng)求地址來(lái)發(fā)出響應(yīng)， 向串口服務(wù)器返回系統(tǒng)所需要的信息。 Modbus 通信特點(diǎn)要求被監(jiān)控對(duì)象設(shè)備通信程序采用一致的通信協(xié)議才能被監(jiān)控系統(tǒng)識(shí)別并正確采集和顯示現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)和狀態(tài)， 智能儀表接通電源后將其通信協(xié)議設(shè)置為 Modbus 通信協(xié)議， 避免產(chǎn)生錯(cuò)誤信息返回上位機(jī)。這種通信方式特點(diǎn)是會(huì)在總線形成大量的數(shù)據(jù)，線路發(fā)生故障時(shí)會(huì)造成部分儀表無(wú)法與通信管理機(jī)通信， 優(yōu)點(diǎn)是可以減少繁多的通信線并且方便線路安裝和維護(hù)。 當(dāng)某一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表發(fā)生故障，不會(huì)影響同一菊花鏈的其他儀表。 一般情況下， 串口通信管理機(jī)可以設(shè)置在“流轉(zhuǎn)發(fā)模式”， 在這種模式下，　　收到數(shù)據(jù)后立即將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)， 中間不做任何等待及緩沖， 其速度快， 效率高。 NPort5630在硬件上為未來(lái)監(jiān)控范圍擴(kuò)大預(yù)留了足夠的接入點(diǎn)。理論上說(shuō)，RS485接口的傳輸距離為2 400 m ( 9 600 bit/s)，可在菊花鏈上連接負(fù)載儀表多達(dá) 32 個(gè)， 本系統(tǒng)所涉及的監(jiān)控對(duì)象分布相對(duì)比較集中， 滿足了上述要求，達(dá)到良好的傳輸速率， 無(wú)需中繼。 3 C O M 以太網(wǎng)交換機(jī)作為通信機(jī)和多臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的一個(gè)多端口的網(wǎng)橋， 為將來(lái)管理層的監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)共享現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)提供了硬件基礎(chǔ)。

　　監(jiān)控軟件特點(diǎn)

　　變電站監(jiān)控軟件 I N T O U C H 提供比較完善的安全和用戶管理功能， 通過(guò)對(duì)用戶權(quán)限的配置， 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的安全管理， 如圖 2 所示。 通過(guò)使用 INTOUCH該監(jiān)控系統(tǒng)不僅在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上非常簡(jiǎn)單， 而且在功能上也十分強(qiáng)大， 同時(shí)還具有較高的性能和穩(wěn)定性。 軟件界面的上條和下條導(dǎo)航功能可以直接進(jìn)入用戶所需的界面， 一目了然， 方便快捷地查詢各個(gè)回路的實(shí)時(shí)電流、 電壓、 功率因數(shù)、 有功功率、 無(wú)功功率和電能計(jì)量等參數(shù)。 該系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖功能、 歷史趨勢(shì)曲線圖查詢、 報(bào)表功能和打印功能， 直觀地向用戶反映當(dāng)前的運(yùn)行情況， 作為用戶分析的根據(jù)。 其中的報(bào)表功能更是大大減少了監(jiān)控值班人員抄表的工作量，監(jiān)控系統(tǒng)中的電流、電壓、 功率因數(shù)、 功率、 電能及溫度等參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)， 可以以曲線、 日?qǐng)?bào)表、 月報(bào)表或年報(bào)表的形式顯示， 用戶可以自由選擇時(shí)間段、 設(shè)備或監(jiān)測(cè)點(diǎn)等查詢條件。 其他功能如事件報(bào)警功能、 歷史事件查詢功能對(duì)于廠房電力系統(tǒng)的有效管理與值班人員對(duì)故障的快速反應(yīng)起到了十分重要的作用。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)集成是由電子技術(shù)、 通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合并且不斷發(fā)展的產(chǎn)物。串口通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使得不同廠家的設(shè)備得以聯(lián)網(wǎng)。監(jiān)控軟件和中間服務(wù)器的性能技術(shù)已經(jīng)比較成熟，著重要解決的是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表是否能直接對(duì)電力回路進(jìn)行采樣; 其次， 評(píng)估某些廠商生產(chǎn)的配電柜，柜內(nèi)配置的通信模塊或者儀表是否能正確地被監(jiān)控系統(tǒng)識(shí)別并且進(jìn)行通信。本系統(tǒng)可以提高對(duì)供電系統(tǒng)的管理和控制， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)也是工業(yè)以太網(wǎng)的典型應(yīng)用。 該系統(tǒng)運(yùn)行表明，兼容性和可擴(kuò)展性強(qiáng)， 通信速度快， 成為廠房電力管理中的重要工具。