能源監(jiān)控系統(tǒng)在塞維斯公司的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘 ?要：介紹塞維斯公司能源管理系統(tǒng)，采用智能能源儀表，采集配電、天然氣、空氣等現(xiàn)場(chǎng)的各種用能參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并遠(yuǎn)傳至集中控制室的數(shù)據(jù)采集器，通過Acrel-3000監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全公司用能回路的用電，天然氣，工藝空氣以及其它需要監(jiān)控的參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，達(dá)到對(duì)能源的管控，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：工廠能源管理系統(tǒng);智能電力儀表;總線;通訊

1概述

上海塞維斯公司主要為集團(tuán)各個(gè)組裝廠進(jìn)行絕緣子玻璃件的配套制造，生產(chǎn)用于國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)高壓輸配電的玻璃絕緣子，能源使用主要有電、天然氣、壓縮空氣等，基于國(guó)家能源管理政策的要求，節(jié)能減排要求越來(lái)越高，塞維斯公司決定對(duì)全公司的所有能源進(jìn)行系統(tǒng)管理，塞維斯公司電力系統(tǒng)是從上海星火站引入35KV線路一條，配電室兩臺(tái)35/10KV變壓器，然后多臺(tái)10/0.4KV變壓器的配電方式，變配電站內(nèi)多功能儀表采用施耐德PM1200和安科瑞ACR系列儀表，合計(jì)電能表48臺(tái)。天然氣由奉賢區(qū)燃?xì)夤窘尤雰陕诽烊粴夥謩e用于玻璃窯爐和壓制工藝生產(chǎn)線，配備2臺(tái)入戶燃?xì)獗恚G爐熔化和后道共有4臺(tái)分支燃?xì)獗?壓制工藝生產(chǎn)線共使用10臺(tái)燃?xì)獗矸謩e滿足不同的工藝需求，共16臺(tái)燃?xì)獗聿捎玫氖前査固谽K220型帶積算儀的燃?xì)獗怼８鲏毫Φ燃?jí)空壓機(jī)出口流量計(jì)使用的是VPS R200流量計(jì)，合計(jì)14臺(tái)。所有儀表采用RS485總線組網(wǎng)接入控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器。進(jìn)而接入值班室監(jiān)控主機(jī)。

2能源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要完成公司內(nèi)部能耗計(jì)量?jī)x表和能耗數(shù)據(jù)采集裝置的安裝，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集能耗數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與展示的功能。整個(gè)系統(tǒng)包括能耗數(shù)據(jù)的原始采集、能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸、能耗數(shù)據(jù)的在線分析診斷等，通過能耗計(jì)量裝置的安裝，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集;通過通訊管理機(jī)的安裝，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸;通過能耗數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)，形成可視化趨勢(shì)，確定較高能耗范圍 診斷形成高能耗的原因;通過后期的配置節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品 改進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理模式，進(jìn)行節(jié)能降耗;通過節(jié)能降耗前后數(shù)據(jù)對(duì)比，查看節(jié)能降耗實(shí)施效果。

對(duì)各回路的參數(shù)集抄功能，并可生成時(shí)間段內(nèi)符合管理需求的各參數(shù)報(bào)表。

各回路儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊狀態(tài)顯示。

多用戶權(quán)限管理，便于分級(jí)操作。

2.1 原始數(shù)據(jù)的采集

能耗數(shù)據(jù)的原始采集是整個(gè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是整個(gè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成元素。塞維斯公司能耗包括耗電量，耗天然氣量，耗氣量等等，分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)是指分類能耗數(shù)據(jù)中的一類或多類再細(xì)分為若干項(xiàng)。在各分支上安裝相應(yīng)的儀表實(shí)現(xiàn)分項(xiàng)目采集。

多功能電表采用交流采樣技術(shù)，能分別測(cè)量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)。帶RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU通信協(xié)議，所有多功能電表有功電度計(jì)量精度達(dá)到0.5級(jí)。

多功能天然氣和空氣流量計(jì)能分別測(cè)量介質(zhì)的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、壓力、溫度等參數(shù)。

2.2數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸是指原始分類分項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器通過Internet或GPRS等遠(yuǎn)程通訊方式將能耗原始數(shù)據(jù)從有離散分布的工廠上傳到數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集裝置與采集器之間的485網(wǎng)絡(luò)以及采集器與數(shù)據(jù)中心之間以太網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集裝置與采集器之間通過RS-485的總線方式。采集器與數(shù)據(jù)中心之間通過工廠內(nèi)部智能化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳傳輸，整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖1）所示：

2.2.1站控管理層

站控管理層針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口。在主要指置于值班室的工控機(jī)、顯示器、UPS等。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)通訊層

通訊層主要是由數(shù)據(jù)采集器及總線網(wǎng)絡(luò)組成。數(shù)據(jù)采集器主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表;總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達(dá)到了無(wú)人值守的目的。

2.2.3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器到達(dá)該配電間監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

2.3.1分項(xiàng)用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將電耗、燃?xì)夂涂諝庀牡冗M(jìn)行逐時(shí)、逐日、逐月、逐年統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用餅圖、柱狀圖、線圖、區(qū)域圖等各種圖形展示方式，直觀反映各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢(shì)和分布情況。（如圖2）

2.3.2用能支路趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)各區(qū)域、各設(shè)備電能，燃?xì)夂涂諝獾南模瑴?zhǔn)確定位用能源消耗回路，制定節(jié)能績(jī)效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案，長(zhǎng)期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過程中的能效分析評(píng)估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。（如圖3）

2.3.3能耗數(shù)據(jù)同環(huán)比分析

將各種類型和各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗(yàn)節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績(jī)效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。

2.3.4能耗數(shù)據(jù)分時(shí)統(tǒng)計(jì)

將能源類型、負(fù)荷類型、區(qū)域能耗按照時(shí)間區(qū)分，按時(shí)、天、月、年、工作日、非工作日等對(duì)用能數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，掌握能源具體消耗情況。可將每天用能按時(shí)段設(shè)置峰、平、谷，統(tǒng)計(jì)各時(shí)段能耗，降低閑時(shí)能耗。（如圖4）

通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全實(shí)時(shí)、高密度的實(shí)時(shí)用能監(jiān)測(cè)，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計(jì)量誤差。實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)儀表的回傳數(shù)據(jù)，對(duì)能源進(jìn)行合理的管控和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正運(yùn)行中存在的用能異常，隨時(shí)處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值，超標(biāo)時(shí)醒目提醒并主動(dòng)記錄。

3 軟件組態(tài)

能源監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)是在基本硬件架構(gòu)安裝完成后重要的步驟，是實(shí)現(xiàn)上述功能的必要條件，否則即使有再好的硬件設(shè)施也不能監(jiān)控任何數(shù)據(jù)。軟件組態(tài)主要包括：控制回路組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)生成、通訊及相關(guān)畫面的生成、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的生成、報(bào)表生成等數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)包含I/O設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分，是整個(gè)組態(tài)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)里建立起與現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)儀表的聯(lián)系，組態(tài)時(shí)首先要在建立模板，模板要與現(xiàn)場(chǎng)儀表的各參數(shù)對(duì)應(yīng)，如對(duì)施耐德PM1200電能表的組態(tài)模板，要與各個(gè)電力參數(shù)對(duì)應(yīng)地址一致（如圖5），否則讀不到數(shù)據(jù)。然后在軟件的I/O設(shè)備里進(jìn)行各個(gè)點(diǎn)的組態(tài)，需要注意的是I/O設(shè)備組態(tài)的485通訊IP地址要與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一致，設(shè)備端口與采集器設(shè)置端口與每個(gè)端口所鏈接儀表對(duì)應(yīng)，每個(gè)端口理論上可以接248臺(tái)儀表，同一條總線上的儀表的端口是一樣的。其它的組態(tài)還包括波特率、奇偶檢驗(yàn)、通訊方式、掃描周期、數(shù)據(jù)顯示形式等等，與所使用的現(xiàn)場(chǎng)儀表不同做相應(yīng)的組態(tài)，每一臺(tái)儀表也就是設(shè)備名稱是唯一的，全系統(tǒng)內(nèi)不得重復(fù)。

通訊及畫面的組態(tài)是提供直觀的所需要信息的重要環(huán)節(jié)，組態(tài)完成后打開該畫面就可以一目了然的看到所需要的通訊狀態(tài)等信息。在畫面項(xiàng)目欄可以添加或者刪除所需要的畫面，靜態(tài)畫面完成后鏈接所需要的條件以達(dá)到與實(shí)際情況一致的變化。

4能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施總結(jié)

在當(dāng)今用能設(shè)施的應(yīng)用中，用能設(shè)備的安全性至關(guān)重要，本文介紹的Acrel-3000能源監(jiān)控系統(tǒng)在塞維斯公司的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠所有用能回路用能的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用能狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等組成能源監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示工廠用能回路的運(yùn)行狀態(tài)，可生成各種用能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于能源的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，為解決用電問題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。通過能源綜合管理系統(tǒng)軟件對(duì)各用能計(jì)量點(diǎn)的用能實(shí)施在線計(jì)量、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、集中管理、科學(xué)考核，通過有效的末端監(jiān)控管理，綜合性地實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能，為公司的進(jìn)一步節(jié)能改造提供依據(jù)。這種監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大，在其它行業(yè)也可以推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] ?《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》 2008（06）

作者簡(jiǎn)介：張殿樹，男，1972.7，工程師，畢業(yè)于南京師范大學(xué)，主要從事儀表自動(dòng)控制方面的工作。