卷煙廠智能配電監控系統構建研究

陳 崗

（甘肅煙草工業有限責任公司天水卷煙廠，甘肅天水 741024）

0 引言

智能配電監控系統是運用現代控制技術、網絡技術、通訊技術，實現數據監控。智能配電監控系統結構比較靈魂，促使系統管理模式得到進一步升級。自動化水平不斷提高，已經成為煙草行業必不可少的控制技術。

1 現狀分析

1.1 煙廠智能配電系統應用動態

智能配電監控系統使用開放、分布式網絡結構，整個系統主要劃分為網絡通訊層、設備層，系統具有靈活的組態，展現出良好的可擴展性、維護性。智能配電監控系統結構比較靈活，促使系統管理模式得到進一步升級。自動化水平不斷提高，已經成為煙草行業必不可少的控制技術。

1.2 改造內容

甘肅煙草工業有限責任公司天水卷煙廠易地技術改造系統工程包含5 個變電所子站。分別為：10 kV 高壓變電所、動力中心變電所、制絲車間變電所、卷接包車間變電所、生產管理用房變電所，每個子站變電所現場設人機界面操作監控系統，在動力能管中心進行總監控，子站變電所現場實行無人值守。

1.3 改造目的

天水卷煙廠易地技改智能配電監控系統的總體實現的功能如下。

（1）滿足智能化電力監控的要求，實現各變電站的四遙功能（遙測、遙信、遙控、遙調），以及變壓器經濟運行、需量控制、無功綜合控制等高級功能。

（2）系統內部可以順利實現統一監控，能獲取系統內部各項參數；對于整個供配電系統實施智能化管理，可以實時監控系統所有電氣設備運行狀態，并設置故障追憶功能，確保可以對系統故障進行及時的報警。在能管中心設置電力監控主機及服務器，在每個變電所各設子站系統1 套。子站包括數據終端管理控制器及觸摸式本地監控站，同時配置PLC 控制系統，用于低壓開關的控制和信號采集。

（3）設置電氣火災報警系統，用于監視低壓配電系統中與電氣火災發生隱患相關的電氣參數，如果被保護線路內被探測參數大于報警設定值，可以及時發布報警信息，并指出相應的報警位置。

（4）智能配電系統將完成與高壓保護測控裝置、變壓器溫度、無功補償控制裝置、有源濾波系統、低壓智能儀表、直流屏和UPS（Uninterruptable Power Supply，不停電電源）設備的通訊接入并預留足夠的通訊接口，使之與智能配電系統實現統一的運行與管理。

（5）智能配電系統具備通訊接口，預留相應的工業以太網網絡接口，實現與上級能源管理系統的無縫接入。

（6）在滿足變配電監控系統基本功能的基礎上，系統實時監測和顯示高低壓柜的柜內溫度，以便于操作和維護人員及時了解高低壓柜的柜內環境情況。各變配電室安裝環境溫濕度監測傳感器，一并接入到智能配電監控系統中，實時監測和顯示變配電室的環境溫濕度。

（7）同時包含對煙草企業變配電運行中實際生產需要的諧波監測功能、峰谷控制功能、變壓器經濟運行功能、VQC（Voltage and Reactive Power Integrated Control，電壓無功綜合控制）功能、需量控制節能方法。

2 智能配電系統介紹及實施方案

2.1 智能配電監控系統

（1）設備層是實現系統各項功能的前提，主要由多個相對獨立的子系統組合而成，依次完成不同變配電室的變配電系統數據采集、監測與控制命令的執行。主要由智能電力儀表、智能開關、控制設備組成。對系統設備的狀態、傳感器參數實施監測，并將監測出來的信息進行上傳，接受控制級指令完成相應的控制操作。為站控層提供基礎數據，并完成站控層發出的操作命令。

（2）網絡通訊層是站控層和設備層之間的樞紐層。主要功能是將設備層采集到的數據經過數據處理器上傳至網絡通訊層，最后送至監控中心供客戶管理、查詢。他接收設備層發出的各種斷路器狀況及電力數據，依據上述信息展開分析、處理，結合站級層（或網絡通訊層操作人員）發布的命令（或設定參數），發布的操作指令到設備層，并把一系列數據上傳到站級層。

（3）站控層是整個工廠配電系統的核心部分，完成對電力監控過程中各部分的管理和控制。中央監控層配置具有數據存儲功能的數據服務器、管理級的人機接口，系統軟件采用選用因泰萊公司的電力專用軟件平臺INT-SCADA，軟件為滿足電力系統使用的應用設備多、縱向與橫向聯系緊密等特征，這一監控軟件由分析、設計至相應的編程操作，均使用面向對象方法，融合全新的計算機編程技術，在達到可靠性、實時性要求前提下，促使系統在可擴展性、可維護性方面有新的突破。

2.2 系統總體網絡結構

系統主干網采用工業以太網，選用Siemens SCALANCE X系列光環網工業以太網交換機。現場低壓柜塑殼開關、框架開關的狀態和控制通過就地PLC 數據監控系統完成，就地PLC 數據監控站主站配置有以太網接口，可通過工業以太網交換機接入光纖以太環網。現場儀表通過數據終端控制器由工業以太網交換機接入光纖以太環網，并且在每個變電所子站內就地PLC 數據監控系統、數據終端控制器和交換機又組成一個局域以太網。

2.3 子站網絡結構設計

各個子站網絡結構基本相同，只是設備配置數量有一定差異。系統總體網絡平臺基于PROFINET 控制網絡，網絡中的PLC、以太網交換機、現場觸摸屏、監控軟件均采用支持PROFINET 技術的相關產品，智能儀表、電氣火災探測器、變壓器溫控器、直流屏、UPS 等設備通過通訊模塊或RS485 接入到數據終端管理控制器后，再經PROFINET 控制網絡上傳至智能配電系統。

3 方案及實現功能

3.1 系統平臺選擇

（1）系統使用的軟件平臺選擇南京因泰萊電器股份有限公司自主知識產權的INT-SCADA（INT-Supervisory Control And Data Acquisition，因泰萊數據采集與監視控制系統）電力行業專用組態系統平臺軟件，充分考慮到天水卷煙廠能源監控管理信息系統的信息和畫面無縫集成的需求，平臺做起所用功能的支持框架，可以由底層實時數據采集、生產監控、轉向數據分析需求。

（2）這個平臺通用性比較強，方便在引入設備、流程過程中，可以及時處理業務管理情況，并迅速在異地快速復制已有系統。

（3）保證系統內部使用相同的網絡通信協議；利用共同的數據結構和事件通報模型；采用相同的設備及應用軟件接口；通過共同的應用程序實施整合。極大地簡化應用軟件和接口的設計、維護和管理。

集成化保護監控系統依托Windows 7 平臺設計而成，為滿足電力系統具有較多的應用設備、縱向與橫向之間聯系緊密要求，所設計監控系統由分析至編程，整個環節均面向對象方法，融合新的計算機編碼技術，在達到可靠性、實時性要求前提下，設計具有較強可擴展性、維護性的系統。此外，采用INT-SCADA監控系統平臺能夠提升應用開發速度，在一定程度上降低成本及其運維周期，真正意義上實現“人與設備之間的機結合”。加之，該系統支持最新的IEC61850 協議體系標準，能夠在設備層實現互操作。

3.2 網絡通訊層構建方案

智能配電系統采用分層分布式網絡結構，具有良好的可維護性、兼容性及可擴展性。使用雙機單網的分布式光纖網絡結構，具有較強的抗干擾性能，通過標準、網絡化的體系結構，促使軟件、硬件展現出良好的擴充能力，促使系統結構功能得以擴展和快速升級。

智能配電系統提供標準的網絡接口和通信協議，實現與其他系統的聯接，同時支持第三方非標準的協議，系統具有很好的兼容性。系統還具有與天水卷煙廠動力能源管理監控系統接口，可選擇標準數據庫調用和OPC（OLE for Process Control，用于過程控制的OLE）協議傳送兩種方法，保證數據能夠被能管系統調用。

甘肅煙草工業有限責任公司天水卷煙廠易地技術改造項目智能配電系統網絡通訊層包括1 個高壓變電所和4 個低壓配電室。根據系統整體規劃，將設置5 個配電智能化監控子系統，分為：動力中心高壓變電所智能化監控子系統、動力中心低壓變電所配電智能化監控子系統、聯合工房制絲車間配電智能化監控子系統、聯合工房卷接包車間配電智能化監控子系統、生產管理用房變電所配電智能化監控子系統。其中，由于動力中心高壓變電所智能化監控子系統與動力中心低壓變電所配電監控子系統位于同一地理位置，因此合并為動力中心變電所智能化監控子系統。

動力中心變電所配電智能監控系統包括19 臺微機保護單元和108 臺智能計量儀表，各回路及控制器的電力參數需要通過PLC 控制器和數據終端管理控制器整合后，在本地監控站中進行集中監控。

聯合工房卷接包車間變電所智能配電子系統包括2 臺微機保護單元和183 臺智能計量儀表，各回路及控制器的電力參數需要通過PLC 控制器和數據終端管理控制器整合后，在本地監控站中進行集中監控。

聯合工房制絲車間變電所智能配電子系統包括2 臺微機保護單元和144 臺智能計量儀表，各回路及控制器的電力參數需要通過PLC 控制器和數據終端管理控制器整合后，在本地監控站中進行集中監控。

生產管理用房變電所智能配電子系統包括2 臺微機保護單元和89 臺智能計量儀表，各回路及控制器的電力參數需要通過PLC 控制器和數據終端管理控制器整合后，在本地監控站中進行集中監控。

3.3 與能源監控系統集成

智能配電系統作為能源監控系統的1 個子系統，提供相關的接口與能源監控系統之間完成無縫連接。

EMS（Energy management system，能源管理系統）作為煙草企業信息化建設不可缺少的一部分，通過對能源數據展開采集、加工促使其在能源計劃、能源平衡、預測等發揮著關鍵的作用。

4 結束語

以甘肅煙草工業有限責任公司天水卷煙廠易地技術改造項目智能配電系統工程為例，介紹智能配電監控系統網絡結構、功能等內容，嚴格按照“分散控制、實施集中管理、開展綜合監控、計量精確、高效可靠”的原則，在滿足企業生產所需的基本功能條件下，將環境溫度監測、電氣火災報警等納入到智能配電監控系統中，同時對煙草企業變配電運行中實際生產需要的變壓器經濟運行、諧波監測功能、無功補償、峰谷控制功能、需量控制等節能方法進行研究和實踐。