上海东冠纸业电能管理系统的设计与应用
董建锋
江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405
摘要：本文介绍了一种电能管理系统的设计、系统构成以及系统的功能，Acrel-3000组态软件可以实现对现场设备的系统集成，数据的采集、传输以及存储，从而实现对工厂用电数据统计及分析。系统实现远程精细化和实时性数据采集，避免人工采集数据的偏差，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。
关键词：电能管理；系统集成；安科瑞；东冠纸业；应用
0 引言
随着工业现代化程度的不断提供，对工厂供配电系统的可靠性、安全性和连续性的要求越来越高，以PC硬件和组态软件为代表的计算机技术已在我国各个行业得到广泛应用。目前工厂供电系统计算机应用主要体现在对工厂内部用电进行分析对比，方便管理层根据数据决策。
针对以上问题和现状，本课题提出了利用安科瑞公司网络电能管理仪表和Acrel-3000组态软件研制了一套适用于工厂的高、低压配电的集中监控系统。该课题的研究和实施，可实现工厂高压变电所的用电数据集中管理。对于提高供电系统的可靠性和经济运行指标，促进供电系统管理的科学化、现代化，有着非常重要的现实意义。
1 项目概况
上海东冠纸业有限公司电能管理系统是主要针对改厂区配电系统进行改造，改造的范围包括高压配电间部分回路及1-4号车间的配电回路，对回路电参量进行监测，强调对电度的计量及分析，为厂区内部考核提供依据。
2 用户需求
根据现场实际情况，上海东冠纸业配电管理部，提出以下系统需求：
1、现场仪表必须实现实时显示功能：电压、电流、功率、功率因数、频率及电度等监测信息实时刷新，并以一次图形式直观动态显示。
2、现场数据报表需满足自动生成日、周、月报表，并具有导出打印功能。
3、对各配电回路的电流具有趋势曲线功能。
4、可以对各监测点的通讯状态或异常用电进行报警，便于管理人员实时掌握并分析配电运行情况。
3 设计方案
根据现场要求，安科瑞电气股份有限公司为上海东冠纸业有限公司设计了Acrel-3000电能管理软件，下面针对Acrel-3000电能管理软件参数做具体说明。
3.1 Acrel-3000设计参照标准
上海东冠纸业有限公司电能管理系统以现行国家及电力行业的有效标准为依据，其中国标未列入部分应参考IEC最新标准和规范。如标准间有矛盾时，应以较高标准为准。
系统的设计满足以下所列制造和试验标准：
ISO/IEC11801 《国际综合布线标准》
JGJ/T 16-92 《民用建筑电气设计规范》
GB/J63-90 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
GA/T70-94 《中华人民共和国公共安全行业标准》
GB/T13730 《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》
GBJ63-93 《电力装置电测量仪表装置设计规程》
GB2887 《计算站场地技术要求》
GB/50198-94 《监控系统工程技术规范》
3.2 网络结构拓扑图
1．高压配电间内我司智能仪表ACR220EL共28台，采用1根屏蔽双绞线连接至通讯管理机，进行数据的集中采集；2车间及3车间内我司智能仪表ACR220EL共11台，采用1根屏蔽双绞线连接至通讯管理机；1车间内我司智能仪表ACR220EL共5台，采用1根屏蔽双绞线连接至通讯管理机，进行数据的集中采集；4车间内我司智能仪表ACR220EL共3台，采用1根屏蔽双绞线连接至通讯管理机，进行数据的集中采集；通讯线缆均采取屏蔽线接地，防止强电信号干扰，末端加装120欧电阻，增强线路信号，保障了数据传输的实时性。
2． 以上我司智能仪表ACR220EL均采用MODBUS-RTU通讯协议进行数据上传，其中数据传输波特率为9600 bit/s上位机采用TCP/IP通讯协议进行数据采集。
4 系统变更
在系统调试阶段，业主要求，为了更好的方便管理车间内的能耗数据，希望我司将采集到得数据上传至车间内原有的ERP系统内。
我司根据客户的实际要求，对原有软件方案进行变更，将我司数据库的数据上传至SQL数据库中，定时(默认15分钟1次)上传至ERP系统，可把能耗量和产值进行对比，方便了工厂内部考核指标的定制。具体数据转储对应表格如下图所示：
|
数据转储对应表格
|
数据转储对应表格
|
||||||||
|
序号
|
回路名称
|
安装位置
|
N
|
所属部门
|
序号
|
回路名称
|
安装位置
|
N
|
所属部门
|
|
OCP1#机
|
OCP4#机
|
||||||||
|
1
|
高浓碎浆机310KW
|
1AA21-A
|
a5
|
1#车间
|
1
|
二车间空压机3#
|
MCC柜
|
C7
|
2#车间北
|
|
2
|
1-11浆池A
|
1AA22-A
|
b17
|
1#车间
|
2
|
二车间空压机4#
|
MCC柜
|
C8
|
2#车间北
|
|
3
|
1-11浆池B
|
1AA22-B
|
b18
|
1#车间
|
3
|
OCP4#碎浆机
|
1AA15-B
|
B7
|
2#车间北
|
|
4
|
疏解机及其他
|
1AA25-D
|
b22
|
1#车间
|
4
|
4MCC 1L1
|
4MCC 1L1
|
C6
|
2#车间北
|
|
5
|
疏解机及压力筛
|
1AA25-E
|
b23
|
1#车间
|
5
|
4MCC 1L5
|
4MCC 1L5
|
C9
|
2#车间北
|
|
6
|
低浓水力碎浆机
|
1AA26-D
|
b26
|
1#车间
|
|
||||
|
7
|
纸机传动
|
1AA13-A
|
b1
|
1#车间
|
OCP5#机
|
||||
|
8
|
热风气罩
|
1AA13-B
|
b2
|
1#车间
|
1
|
三车间5#空压机
|
MCC柜
|
C3
|
3#车间南
|
|
9
|
流送系统1
|
1AA14-C
|
b5
|
1#车间
|
2
|
5MCC 1L1
|
5MCC 1L1
|
C4
|
3#车间南
|
|
10
|
真空泵1#
|
1AA14-A
|
b3
|
1#车间
|
3
|
5MCC 1L5
|
5MCC 1L5
|
C5
|
3#车间南
|
|
11
|
真空泵2#
|
1AA15-D
|
b8
|
1#车间
|
|
||||
|
12
|
流送系统2
|
1AA15-E
|
b9
|
1#车间
|
OCP6#机
|
||||
|
13
|
双盘磨1#
|
1AA16-C
|
b12
|
1#车间
|
1
|
6MCC 1L5
|
6MCC 1L5
|
C1
|
3#车间北
|
|
14
|
双盘磨2#
|
1AA16-D
|
b13
|
1#车间
|
2
|
6MCC 1L1
|
6MCC 1L1
|
C2
|
|
|
15
|
流送系统3
|
1AA16-E
|
b14
|
1#车间
|
|
||||
|
|
公用部分
|
||||||||
|
OCP2#机
|
1
|
上水处理
|
1AA26-A
|
B24
|
水处理
|
||||
|
1
|
制浆机1P1
|
MCC柜
|
A7
|
1#车间南
|
2
|
污水处理
|
1AA25-B
|
B20
|
水处理
|
|
2
|
打浆机3P1
|
MCC柜
|
A6
|
1#车间南
|
3
|
污水处理
|
1AA22-C
|
B19
|
水处理
|
|
3
|
制浆机2P1
|
MCC柜
|
A8
|
1#车间南
|
4
|
锅炉房
|
1AA21-B
|
B16
|
锅炉房
|
|
4
|
OCP2#国产磨盘
|
1AA21-A
|
B15
|
1#车间南
|
5
|
站用电
|
1AA36-A
|
B27
|
站用电
|
|
5
|
OCP2#稀释水泵
|
5#变压器
|
B28
|
1#车间南
|
6
|
综合楼
|
1AA26-B
|
B25
|
|
|
|
7
|
仓库照明
|
1AA15-A
|
B6
|
|
||||
|
OCP3#机
|
8
|
成品仓库
|
1AA25-C
|
B21
|
|
||||
|
1
|
OCP3#碎浆机
|
1AA16-B
|
B11
|
2#车间南
|
|
||||
|
2
|
二车间动力箱
|
1AA16-A
|
B10
|
2#车间南
|
OCP7#机
|
||||
|
3
|
3MCC 2L1
|
3MCC 2L1
|
C10
|
2#车间南
|
1
|
1P1 电源进线
|
1P1
|
A1
|
|
|
4
|
3MCC 2L5
|
3MCC 2L5
|
C11
|
2#车间南
|
2
|
2P1 电源进线
|
2P1
|
A2
|
|
|
|
3
|
3P1 电源进线
|
3P1
|
A3
|
|
||||
5 系统功能
根据现场对系统需求，安科瑞电气股份有限公司针对性的对该项目系统界面及功能进行了设计，具体显示界面如下：
5.1 系统主界面
配电示意界面：以一次图形式直观动态显示电压、电流、功率、功率因数及频率等监测信息，满足了现场需求。
5.2 报表统计
系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同自动生成报表并有报表打印功能，可对某一回路某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。
实时报表
历史报表
5.3 趋势曲线
曲线趋势：实现了用户所要求的通过对各配电回路的电流绘制趋势曲线，分析该回路配电运行状况。曲线中可对测量数据量程进行设置，方便查看，曲线还可设置开始时间和时间间隔，方便用户进行任意时间的曲线查看。
5.4 事件报警
事件报警：越限报警内容，报警数值，值班人员以及动作类型和时间，同时对各监测点的通讯状态或异常用电进行报警，便于管理人员实时掌握并分析配电运行情况。如下图所示，可以自动记录事件发生的时间和回路名称，以便用户查询，追忆故障原因。
5.5 通讯状态
系统监控现场所有点的通讯状态，红色绿色分别代表仪表通讯正常和异常，便于用户查看各监测点通讯状态。
6 运行效果
1、实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，1天2次，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，50ms一次，可比性强。
2、存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储10年以上，查询速度快，只需鼠标一点，迅速准确。
3、整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过曲线分析，三相用电的调配相对均衡。
4、数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。
5、负荷调整：项目实施前调整三相回路负荷平衡比较困难；项目实施后实时管理分配各个回路电流任务，使三相电流平衡，日志记录。
7 结束语
在电能管理系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析车间能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。
参考文献：
[1].任致程周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
作者简介：
董建锋（1984－），男，汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统
任职单位：现任职于江苏安科瑞电器制造有限公司
联系电话：0510-86179966 邮箱：jyacrel002@163.com
网址：http://www.jyacrel.cn/
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