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　師晴晴

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇江陰 214405

　　摘要：本文介紹基于Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件和ACR120EFL多功能電力儀表設計并實現(xiàn)了一套分散式采集和集中控制管理的工廠電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了微機在監(jiān)控中心無人管理的功能，主機作為Web服務器，局域網(wǎng)用戶只需使用IE瀏覽器即可對電能管理系統(tǒng)訪問，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡明實用、投資少等優(yōu)點。

　　關鍵詞：電能管理軟件;電力儀表;智能配電系統(tǒng);節(jié)能;夏普電器;應用

　　1 項目概述

　　上海夏普電器是由上海廣電(集團)公司、上海廣電信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司、日本夏普株式會社、日本三菱商式株式會社、日本夏普電子技術公司(美國銷售公司)共同投資1.5598億美元組建的綜合家用電器合資企業(yè)。公司成立于一九九二年六月，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)在分為兩個廠區(qū)，新廠主要生產(chǎn)洗衣機和冰箱等電器，老廠主要生產(chǎn)空調(diào)設備。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，工廠對于所生產(chǎn)產(chǎn)品的耗能情況只是在總量上有個統(tǒng)計，而對于每個回路設備的耗能情況沒有做到詳細的統(tǒng)計，這對于工廠下一步推進企業(yè)節(jié)能降耗工作帶來了諸多不便。通過這次對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，安裝上海安科瑞電氣股份有限公司的ACR120EFL多功能電力儀表，使得工廠能夠對全廠的產(chǎn)品耗能情況做到更加精細化的預算和管理，為企業(yè)的推進節(jié)能降耗打下基礎。

　　2 用戶需求

　　電能監(jiān)測要求到辦公區(qū)和每條生產(chǎn)線的主要用電設備，如生產(chǎn)線的注塑機、冷卻泵、沖床和辦公區(qū)的照明、熱泵、電梯等設備。在時間上需要從年度到每季度、每月、每周、每天，將每個重要用電環(huán)節(jié)的電能消耗與產(chǎn)量產(chǎn)值的關系清晰呈現(xiàn)出來，并且與每條生產(chǎn)線、班組乃至個人的績效考核結合起來，真正做到電能管理的精細化和化，將節(jié)能降耗工作落到實處。

　　按照上海市電網(wǎng)兩部制分時電價規(guī)定對全廠用電進行分時段計量。通過電能管理軟件合理制定重要用電設備的用電計劃，將設備用電計劃落實到生產(chǎn)班組和個人。將計劃用電界面通過工廠現(xiàn)有局域網(wǎng)進行Web發(fā)布，使得設備管理人員通過圖表、曲線、報表等軟件功能及時監(jiān)測到設備運行和電能消耗情況，將節(jié)能意識從工廠管理層滲透到基層。

　　3 設計方案

　　3.1主要設計參考標準

　　l DL 448-91 《電能計量裝置管理規(guī)程》

　　l DL/T 814-2002 《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

　　l DL/T448-2003 《電能計量裝置技術管理規(guī)程》

　　l ISO/IEC11801 《綜合布線標準》

　　l GBJ232-82 《電測量儀表裝置設計技術規(guī)程》

　　3.2 廠區(qū)配電回路電表改造平面圖

　　3.3 改造回路確定

　　根據(jù)夏普工廠配電系統(tǒng)的現(xiàn)有情況和用戶需求分析，確定需要進行改造的配電柜回路(部分)如下表：

　　3.4 系統(tǒng)結構設計

　　系統(tǒng)通過安裝在工廠電網(wǎng)中主要受電點和樞紐配電柜中的電能監(jiān)測儀表采集到配電網(wǎng)的各項電力參數(shù)信號，再將信號轉換為數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，計算機對數(shù)據(jù)進行存儲、計算和分類存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后通過計算軟件將電能以報表、圖表的形式進行展示。電能管理人員可通過計算機看到電能的輸入、傳輸、消耗的全過程。

　　整個電能管理系統(tǒng)采用分布式結構，按功能或區(qū)域進行劃分，模塊化設計。整個系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場層、中間層、主控層。

　　現(xiàn)場層主要任務是將現(xiàn)場的各種配電系統(tǒng)的運行參數(shù)進行采集和測量，并將采集和測量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。中間層位于現(xiàn)場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務器。通訊服務器負責把現(xiàn)場層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)交換上傳到主控層，是主控層與現(xiàn)場層的橋梁。主控層主要設置工業(yè)計算機，是人機交互層。

　　主要功能為：一次主接線圖界面顯示;事件記錄，系統(tǒng)運行異常監(jiān)測;故障報及操作記錄;電能報表查詢與打印;系統(tǒng)負荷、用戶權限管理等主要功能;當前月用電計劃設定，超計劃報;功率越限。

　　整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡分布式結構，網(wǎng)絡拓撲結構如下圖。監(jiān)控主機位于辦公樓二樓的環(huán)境品質(zhì)檢測部，數(shù)據(jù)采集主要劃分為三個區(qū)，洗衣機生產(chǎn)回路設備、冰箱生產(chǎn)回路設備和老廠空調(diào)生產(chǎn)回路設備。電力儀表的通訊為485總線結構，將信號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。

　　網(wǎng)絡拓撲圖

　　間隔層主要的設備為： ACR120EFL網(wǎng)絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

　　通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

　　站控層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、蜂鳴器等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶，同時用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場設備，實現(xiàn)遠程遙控功能。

　　ACR120EFL網(wǎng)絡電力儀表采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便;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)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，大傳輸距離為1.2km。

　　3.5 電能管理軟件設計

　　軟件開發(fā)平臺采用Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件。該組態(tài)軟件是對現(xiàn)場電力參數(shù)進行采集與過程控制的軟件，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)"，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，比如在分布式網(wǎng)絡應用中，所有應用(例如趨勢曲線、)對遠程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地數(shù)據(jù)*相同，通過“組態(tài)"的方式可以縮短自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，提高集成效率。

　　該系統(tǒng)實施后，實現(xiàn)了各類用電設備的一次系統(tǒng)圖顯示、各回路實時電參量遙測、重要回路電能報表、以及進線回路的負荷用電趨勢、重要回路的分合閘、用戶權限管理等功能，軟件運行界面見下圖。

　　上圖為動力房BT1、AT1變壓器室低壓一次配電示意圖，功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設備的電參量，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;遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，主要包括：開關的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障;斷路器變位時會發(fā)出信號，提醒用戶及時處理故障。

　　圖上各個斷路器圖形，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電。

　　通過詳細電參量界面，可查看各回路設備的實時詳細電參數(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)就可實時觀察到每一個用電設備的運行參數(shù)。如上圖所示。

　　在電流功率趨勢曲線界面，可以查看某一具體用電設備的電流趨勢曲線和功率趨勢曲線，通過電流趨勢曲線用戶可以查看到某段時間內(nèi)的設備運行大電流以及該峰值電流的發(fā)生時刻，還可查看到該段時刻內(nèi)三相電流的平均值，為設備的維護和制定合理的用電計劃提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。運行界面如下圖所示。

　　通過匯總圖表分析功能，用戶可以查看設定時間段內(nèi)分類匯總的空調(diào)、冰箱和洗衣機的匯總用電量，并以柱狀圖或者餅圖的方式直觀顯示出來。也可以更進一步的查看各分類用電設備中每一臺設備的任意時段用電量，并以柱狀圖顯示，確定高耗能設備。

　　本軟件還根據(jù)客戶的要求和使用習慣設計了計劃用電功能。在計劃用電界面顯示了各個回路當月實時用電量，用戶可以對本月各個設備制定計劃用電量，如超出設定的計劃值就會彈出窗口提示用戶。進度條顯示了本月實時用電數(shù)達到計劃用電數(shù)的百分比，讓用戶能隨時掌握每臺設備的用電情況。通過該界面還可以對每個回路的功率上限進行設定，超過這個設定值會彈出窗口提示用戶，通過查詢功能可以查看歷史記錄。界面如下圖。

　　系統(tǒng)特點

　　畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，同時系統(tǒng)操作簡便，用戶不需復雜的配置即可使用，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)的設計快捷方便，能夠滿足以后的系統(tǒng)升級擴容。

　　4 運行效果

　　系統(tǒng)自2011年7月正式投入運行，經(jīng)過一個月的數(shù)據(jù)采集通過電能管理軟件分析，發(fā)現(xiàn)工廠有28%的電能消耗在22臺空壓機和29臺注塑機上，且這些機器的電能消耗76%是在峰時段內(nèi)發(fā)生的。工廠環(huán)境品質(zhì)管理部門根據(jù)分析結果及時調(diào)整班組生產(chǎn)計劃，優(yōu)化生產(chǎn)線工藝流程，成功的使得空壓機、注塑機的電能消耗70%發(fā)生在平時段和谷時段。*一項在2011年9月至12月間就為工廠節(jié)約電能支出約6萬元。夏普電器電能管理系統(tǒng)的實現(xiàn)總計花費51萬元，自運行以來保守計算月節(jié)約電能支出1.5萬元，期為34個月。

　　總的來說電能管理系統(tǒng)和安科瑞網(wǎng)絡電力儀表的綜合應用，具有實施簡明，投資少等優(yōu)點，可以方便和實時地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對現(xiàn)場的用電設備進行統(tǒng)一管理，免去工作人員到現(xiàn)場記錄的繁瑣工作，系統(tǒng)對各種用電設備的歷史運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行管理分析，便于維護人員明確設備狀況，制定詳細的設備維護計劃，減少工作人員，提率。同時，根據(jù)建立的電能計量體系，可以了解、分析工廠生產(chǎn)總體能耗，提出降耗計劃，采取節(jié)能降耗措施，逐步提高用電效率。

　　參考文獻

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