上海夏普電器低壓配電網(wǎng)絡(luò)的改造及電能管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

概述
上海夏普電器是由上海廣電(集團(tuán))公司、上海廣電信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司、日本夏普株式會(huì)社、日本三菱商式株式會(huì)社、日本夏普電子技術(shù)公司(美銷售公司)共同投資1.5598億美元組建的綜合家用電器合資企業(yè)。公司成立于九九二年六月，地處上海浦東新區(qū)金橋出口加工區(qū)，是*家入駐浦東的大型家電合資企業(yè)。
上海夏普電器現(xiàn)在分為兩個(gè)廠區(qū)，新廠主要生產(chǎn)洗衣機(jī)和冰箱等電器，老廠主要生產(chǎn)空調(diào)設(shè)備。原先廠區(qū)的配電室內(nèi)安裝的電力儀表主要為指針式，且多為電流和電壓表，工廠對(duì)于所生產(chǎn)產(chǎn)品的耗能情況只是在總量上有個(gè)統(tǒng)計(jì)，而對(duì)于每個(gè)回路設(shè)備的耗能情況沒有做到詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，這對(duì)于工廠下步推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗工作帶來(lái)了諸多不便。通過這次對(duì)上海夏普電器公司各配電室內(nèi)老式電力儀表的更新改造，拆除原先指針式電流電壓表，安裝安科瑞電氣股份有限公司的ACR120EFL多功能電力儀表，使得工廠能夠?qū)θ珡S的產(chǎn)品耗能情況做到更加精細(xì)化的預(yù)算和管理，為企業(yè)的推進(jìn)節(jié)能降耗打下基礎(chǔ)。
1 系統(tǒng)分析
系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進(jìn)行劃分，模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場(chǎng)層、中間層、主控層。
現(xiàn)場(chǎng)層主要任務(wù)是將現(xiàn)場(chǎng)的各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和測(cè)量，并將采集和測(cè)量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。中間層位于現(xiàn)場(chǎng)層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)交換上傳到主控層，是主控層與現(xiàn)場(chǎng)層的橋梁。主控層主要設(shè)置工業(yè)計(jì)算機(jī)，是人機(jī)交互層。
主要功能為：次主接線圖界面顯示；事件記錄，系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測(cè)；故障報(bào)警及操作記錄；電能報(bào)表查詢與打??；系統(tǒng)負(fù)荷、用戶權(quán)限管理等主要功能；當(dāng)月用電計(jì)劃設(shè)定，超計(jì)劃報(bào)警；功率越限報(bào)警。
整個(gè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機(jī)位于辦公樓二樓的環(huán)境品質(zhì)檢測(cè)部，數(shù)據(jù)采集主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)區(qū)，洗衣機(jī)生產(chǎn)回路設(shè)備、冰箱生產(chǎn)回路設(shè)備和老廠空調(diào)生產(chǎn)回路設(shè)備。電力儀表的通訊為485總線結(jié)構(gòu)，將信號(hào)通過屏蔽雙絞線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連入廠區(qū)的局域網(wǎng)中。
2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔層主要的設(shè)備為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶，同時(shí)用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，般都采用二根連線，接線簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。
3 Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件解決方案
Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的軟件，zui大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式"而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)"，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用（例如趨勢(shì)曲線、報(bào)警等）對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地?cái)?shù)據(jù)*相同，通過“組態(tài)"的方式可以縮短自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)間，提高集成效率。
該系統(tǒng)實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了各類用電設(shè)備的次系統(tǒng)圖顯示、各回路實(shí)時(shí)電參量遙測(cè)、重要回路電能報(bào)表、以及進(jìn)線回路的負(fù)荷用電趨勢(shì)、重要回路的分合閘報(bào)警、使用權(quán)限管理等功能，軟件運(yùn)行界面見下圖。
系統(tǒng)頁(yè)如圖所示：為動(dòng)力房BT1、AT1變壓器室低壓次系統(tǒng)圖

上圖為動(dòng)力房BT1、AT1變壓器室低壓次配電示意圖，功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：三相線電壓，電流，功率，電能等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警；斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒使用者及時(shí)處理故障。
圖上各個(gè)斷路器圖形，如果是紅色說明此分支斷路器合閘母線有電，如果是綠色說明斷路器分閘母線無(wú)電。

通過詳細(xì)電參量界面，可查看各回路設(shè)備的實(shí)時(shí)詳細(xì)電參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等，使用戶在監(jiān)控值班室內(nèi)就可實(shí)時(shí)觀察到每個(gè)用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。如上圖所示。

在電流功率趨勢(shì)曲線界面，可以查看某具體用電設(shè)備的電流趨勢(shì)曲線和功率趨勢(shì)曲線，通過電流趨勢(shì)曲線用戶可以查看到某段時(shí)間內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行zui大電流以及該峰值電流的發(fā)生時(shí)刻，還可查看到該段時(shí)刻內(nèi)三相電流的平均值，為設(shè)備的維護(hù)和制定合理的用電計(jì)劃提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。運(yùn)行界面如下圖所示。

通過匯總圖表分析功能，用戶可以查看設(shè)定時(shí)間段內(nèi)分類匯總的空調(diào)、冰箱和洗衣機(jī)的匯總用電量，并以柱狀圖或者餅圖的方式直觀顯示出來(lái)。也可以更進(jìn)步的查看各分類用電設(shè)備中每臺(tái)設(shè)備的任意時(shí)段用電量，并以柱狀圖顯示，確定高耗能設(shè)備。
本軟件還根據(jù)客戶的要求和使用習(xí)慣設(shè)計(jì)了計(jì)劃用電功能。在計(jì)劃用電界面顯示了各個(gè)回路當(dāng)月實(shí)時(shí)用電量，用戶可以對(duì)本月各個(gè)設(shè)備制定計(jì)劃用電量，如超出設(shè)定的計(jì)劃值就會(huì)彈出報(bào)警窗口提示。進(jìn)度條顯示了本月實(shí)時(shí)用電數(shù)達(dá)到計(jì)劃用電數(shù)的百分比，讓用戶能隨時(shí)掌握每臺(tái)設(shè)備的用電情況。通過該界面還可以對(duì)每個(gè)回路的功率上限進(jìn)行設(shè)定，超過這個(gè)設(shè)定值會(huì)彈出報(bào)警窗口提示，通過報(bào)警查詢功能可以查看歷史報(bào)警記錄。界面如下圖。

 
系統(tǒng)特點(diǎn)
畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，同時(shí)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，用戶不需復(fù)雜的配置即可使用，系統(tǒng)功能模塊豐富，各種功能可根據(jù)用戶的需求靈活配置，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)快捷方便，能夠滿足以后的系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容。
4 結(jié)束語(yǔ)
電能管理系統(tǒng)和安科瑞網(wǎng)絡(luò)電力儀表的綜合應(yīng)用，具有實(shí)施簡(jiǎn)明，投資少等顯著點(diǎn)，可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)管理，免去工作人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄的繁瑣工作，系統(tǒng)對(duì)各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少工作人員，提率。同時(shí)，根據(jù)建立的電能計(jì)量體系，可以了解、分析工廠生產(chǎn)總體能耗，提出降耗計(jì)劃，采取節(jié)能降耗措施，逐步提高用電效率。