安科瑞電能管理系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用
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安科瑞電能管理系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用
上海安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1 引言
電能消耗是工業(yè)生產(chǎn)成本中zui重要的可控部分，合理安排電能分配及使用是降低企業(yè)成本的重要途徑。中國的各類工業(yè)行業(yè)向來是用電大戶，隨著大家對生活品質(zhì)要求的增加、工業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量的提高、國外技術(shù)和成套設(shè)備的大量引進(jìn)，中國的工業(yè)生產(chǎn)從過去的低速手工生產(chǎn)發(fā)展到高速全自動生產(chǎn)，對電能的消耗是越來越大，因此降低電能的損耗、合理調(diào)配電能將直接提高其生產(chǎn)效益。
近20年來，隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，可靠性的不斷提高，以及價格的大幅度降低，計算機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越普及，社會的網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高。可編程控制器（PLC）配合一個或多個計算機(jī)通過現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的邏輯控制管理系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。對于現(xiàn)今中國越來越多的具有通訊功能的電氣產(chǎn)品，可直接接入現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，由PLC直接安全、可靠、合理、優(yōu)化地監(jiān)管其停止、運轉(zhuǎn)等，已達(dá)到更多地節(jié)省電能損耗。
本文以安科瑞公司的Acrel-3000電能管理軟件，配合ACR220EL/ACR330ELH多功能測量儀表以及各種低壓電器，結(jié)合TIP和TIA的核心理念，概述電能管理系統(tǒng)的作用與功能。
2 TIA和TIP是安科瑞面向市場的核心產(chǎn)品戰(zhàn)略
2.1 全集成自動化（TIA）
是基于網(wǎng)絡(luò)化的“平臺”理念，通過共同的數(shù)據(jù)管理、共同的通信以及共同的工程設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)無縫的互操作性和透明性，是從設(shè)計和工程組態(tài)、安裝與調(diào)試、運行、維護(hù)，直至現(xiàn)代化升級和改造的整個產(chǎn)品生命周期得以充分優(yōu)化，成功的實現(xiàn)了整個自動化系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的橫向和縱向的集成，進(jìn)而確保減少工程成本，提高生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品生命周期成本。
2.2 全集成能源管理（TIP）
是面向工業(yè)建筑、商業(yè)樓宇、基礎(chǔ)設(shè)施以及民用建筑領(lǐng)域，針對配電系統(tǒng)的前期規(guī)劃設(shè)計、系統(tǒng)裝配、運行與維護(hù)，通過提供全系列高質(zhì)量、模塊化、集成化的節(jié)能配電產(chǎn)品和配電監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化配電系統(tǒng)的設(shè)計成本和運行維護(hù)成本，有利于運行管理人員利用系統(tǒng)提供的配電實時信息，合理安排設(shè)備調(diào)度停運、故障預(yù)維護(hù)、檢修計劃及電耗管理等，從而確保配電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行。
3 應(yīng)用能源管理案例分析
3.1 監(jiān)控設(shè)備選型
由于每個配電室大部分配電分路都需電能測量儀表進(jìn)行監(jiān)控，需要滿足各種常規(guī)監(jiān)控要求，而且還能采集諧波畸變率等，并能實現(xiàn)四遙功能，使得檢測電能質(zhì)量。所以我們選用ACR330ELH/ACR220EL多功能儀表配合帶有通訊功能的斷路器以及馬達(dá)保護(hù)器等來進(jìn)行監(jiān)控線路情況。
因為ACR330ELH擁有而的測量功能，可提供所需的測量數(shù)據(jù)。與電源管理程序和程序塊庫相結(jié)合，安科瑞提供了一種創(chuàng)新和面向未來的解決方案，可使電能利用得到優(yōu)化，在能源成本上達(dá)到高達(dá)20%的節(jié)約潛力。
1）高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表
該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜。
2）低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220EL電力儀表
該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜。
3）動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?/span>
ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表包括單相復(fù)費率電能表和三相復(fù)費率電能表。該系列電能表體積小巧，外形美觀，結(jié)構(gòu)模數(shù)化，可安裝于35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上。
ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表支持一次接入和二次接入兩種接線方式，不僅可用于低壓配電柜，還可以用在終端配電箱，電流表zui大規(guī)格為20（80）A。
ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表不僅在外形和接線上具有靈活方便的特點，而且在功能和性能上也具有下述優(yōu)點：
a. 計量正反向有功電量，功率潮流方向自動識別并指示，具有4費率及總電能計量功能。
b. 分時復(fù)費率功能，日時段可設(shè)4費率、8時段，時段內(nèi)的zui小時間單位為1min。
c. 按月凍結(jié)轉(zhuǎn)存功能，可統(tǒng)計上上月、上月及本月的總用電量和分時電量，用于月用電費的結(jié)算及監(jiān)測用電情況。
d. 實時監(jiān)測功能，測量顯示電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)。
e. 輸出接口。帶光電隔離的電量脈沖數(shù)據(jù)輸出接口，可用于校表和實現(xiàn)DCS（集散控制系統(tǒng)）遠(yuǎn)傳，RS485通訊接口可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和負(fù)荷監(jiān)測。
3.2電能管理需求分析及系統(tǒng)構(gòu)成
某公司廠房共有一期配電房1個、二期配電房2個，提供全廠的生產(chǎn)、照明、空調(diào)用電及其它用電等。原有配電系統(tǒng)只在全廠總進(jìn)線回路上裝有電力部門的電度表，管理者只能從每個月電力部門提供的用電總數(shù)值得知本月電量能耗，至于電能都用在了什么地方，有沒有電能浪費，節(jié)能措施有沒有收到應(yīng)有的效果，企業(yè)管理者不是很清楚。亟待一個合理的電能考核機(jī)制來實現(xiàn)電能的科學(xué)管理。
針對以上問題，并根據(jù)客戶要求，對原有配電系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造后的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)，不僅能實現(xiàn)對各配電回路的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，而且還實現(xiàn)了根據(jù)各監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行分類電能統(tǒng)計、復(fù)費率電能統(tǒng)計、8小時班組能耗統(tǒng)計、日能耗統(tǒng)計和月耗電能統(tǒng)計，自動計算出單位產(chǎn)量能耗用電，為科學(xué)地節(jié)能管理提供了依據(jù)。
3.2.1 項目分析
該電能管理系統(tǒng)是在原有變配電柜基礎(chǔ)上增加帶通訊接口的電能表，將電量參數(shù)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)集中遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的一個低壓配電改造項目。
要實現(xiàn)對每一臺機(jī)器用電量的統(tǒng)計，及對每一出線回路電能數(shù)據(jù)的采集，在每一出線回路安裝一塊電能計量表，但目前市場上的電能計量表普遍采用傳統(tǒng)的壁掛式安裝方式，體積大，安裝不方便。該公司原有配電系統(tǒng)的配電柜均為抽屜柜，在原有抽屜柜面板上已經(jīng)安裝了電流表和信號指示燈，安裝空間非常狹小，不可能在抽屜面板上增加任何傳統(tǒng)的電能表。抽屜內(nèi)部安裝的元器件已非常緊密，再安裝傳統(tǒng)電能表或數(shù)字式電力網(wǎng)絡(luò)儀表都是不可能的。
如果從每個回路互感器引出測量線路，重新制作新電表箱放置在配電柜旁邊，將電能表集中安裝在電表箱里呢？這種方法會使電表箱到配電柜的線纜特別多，鑒于該公司廠房配電回路數(shù)較多，安裝接線比較麻煩，且以后的檢修維護(hù)也會比較困難，增加如此多的電纜線和新增加的電表箱也會增加了用戶的經(jīng)濟(jì)成本，因此這種方法是不可取的。
綜合考慮儀表安裝、調(diào)試及后期維護(hù)等多種因素，zui終選用ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表。該系列儀表可以很方便地安裝在配電柜背面的導(dǎo)軌上，不需要對配電柜重新開孔，也不用將大量的電纜引出到新的電表箱中，安裝方便又節(jié)約了大量電纜和電表箱的成本，而且這種一對一式的測量，對于將來系統(tǒng)的檢修維護(hù)也是非常清晰方便的。
ADL系列導(dǎo)軌式電能表均帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口，采用Modbus RTU標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，通過儀表的通訊接口將儀表組網(wǎng)，zui終實現(xiàn)在監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。
3.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成
該電能管理改造系統(tǒng)采用分層分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即間隔層、通訊層和站控層，如圖1所示。
圖1 電能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
儀表之間采用屏蔽雙絞線進(jìn)行總線型連接，通過通訊擴(kuò)展卡進(jìn)入監(jiān)控主機(jī)。圖2所示為ADL儀表通訊電纜接線示意圖。通過對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)到達(dá)監(jiān)控主機(jī)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個整體。
圖2 ADL儀表通訊電纜接線示意圖
監(jiān)控中心配置監(jiān)控計算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源及必要的輔助設(shè)備，Acrel-3000電能管理軟件完成對各臺電能表的遠(yuǎn)程采集和數(shù)據(jù)的集中處理。
3.3 軟件實現(xiàn)及系統(tǒng)功能
3.3.1 軟件實現(xiàn)
上位機(jī)軟件采用Acrel- 3000組態(tài)軟件，通過軟件進(jìn)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設(shè)計等，完成了在上位機(jī)軟件監(jiān)控及電能管理的功能。
3.3.2 系統(tǒng)功能
整個系統(tǒng)實現(xiàn)了對一期配電房和二期配電房所有回路電能的采集和統(tǒng)計，遠(yuǎn)程自動抄表、電能統(tǒng)計等功能，包括：
a. 遠(yuǎn)程電量參數(shù)測量，包括實時電能、分?jǐn)傠娔堋⒖傠娔芤约鞍锤鞅O(jiān)控設(shè)備統(tǒng)計電能。
b. 運行狀態(tài)監(jiān)測，通訊異常報警提示。
c. 用戶管理，不同用戶權(quán)限具備不同操作功能，各級權(quán)限具有口令修改操作功能和權(quán)限防誤功能。
d. 電能報表，實現(xiàn)了所有電能報表的按時間查詢，分為分鐘、小時、班組、日、月五種類型，包括總、尖、峰、平、谷復(fù)費率電能及用電量。
e. 電能柱形圖，任意回路電能實時電能柱形圖顯示，包括總、尖、峰、平、谷電能。
f. 匯總表，所有監(jiān)控設(shè)備電能匯總，按時間段查詢，自動計算任意時段用電量。
g. 單位能耗，自動計算單位產(chǎn)量能耗，并可打印及導(dǎo)出。單位產(chǎn)量能耗計算界面如圖3所示。
h. 打印及導(dǎo)出，所有報表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導(dǎo)出。
圖3 單片能耗報表
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)已調(diào)試完畢并驗收，目前已成功投入運行，系統(tǒng)軟件畫面刷新時間小于1s，遙信處理準(zhǔn)確率大于99.9％，整個系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，大地方便了用戶的使用。
ADL導(dǎo)軌式電能表的應(yīng)用對于準(zhǔn)確計量電能、節(jié)省安裝空間、節(jié)約工程成本，均具有現(xiàn)實意義，對比傳統(tǒng)的壁掛式電度表，其體積小巧、外形簡潔、接線方式靈活、安裝方便，為電能管理系統(tǒng)的改造簡單化、集中化提供了方便。
該系統(tǒng)*按照客戶要求對各個監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行分別計算，計算共同設(shè)備的電能分?jǐn)倲?shù)及單位產(chǎn)量能耗數(shù)，并做了分鐘、小時、日、月4種類型報表。方便的電能數(shù)據(jù)庫報表大地減少了用戶進(jìn)行電能抄表人力的投入，為管理者進(jìn)行內(nèi)部計量考核提供了直觀的依據(jù)，為進(jìn)一步的節(jié)能管理及節(jié)能措施的實施打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2011.10版.
[2]西門子電能管理系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用產(chǎn)品手冊
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