能源監(jiān)控系統(tǒng)在塞維斯公司的設(shè)計及應(yīng)用獲獎科研報告

能源監(jiān)控系統(tǒng)在塞維斯公司的設(shè)計及應(yīng)用獲獎科研報告

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)場的各種用能參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠(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)的實時監(jiān)控和管理，達(dá)到對能源的管控，從而實現(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各個組裝廠進(jìn)行絕緣子玻璃件的配套制造，生產(chǎn)用于國內(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，基于國家能源管理政策的要求，節(jié)能減排要求越來越高，塞維斯公司決定對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35/10KV變壓器，然后多臺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，合計電能表48臺。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臺入戶燃?xì)獗?，窯爐熔化和后道共有4臺分支燃?xì)獗?壓制工藝生產(chǎn)線共使用10臺燃?xì)獗矸謩e滿足不同的工藝需求，共16臺燃?xì)獗聿捎玫氖前査固谽K220型帶積算儀的燃?xì)獗?。各壓力等級空壓機出口流量計使用的是VPSR200流量計，合計14臺。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。

2能源在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)需要完成公司內(nèi)部能耗計量儀表和能耗數(shù)據(jù)采集裝置的安裝，實現(xiàn)從生產(chǎn)現(xiàn)場采集能耗數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與展示的功能。整個系統(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，通過能耗計量裝置的安裝，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集;通過通訊管理機的安裝，實現(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，形成可視化趨勢，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)運營管理模式，進(jìn)行節(jié)能降耗;通過節(jié)能降耗前后數(shù)據(jù)對比，查看節(jié)能降耗實施效果。

對各回路的參數(shù)集抄功能，并可生成時間段內(nèi)符合管理需求的各參數(shù)報表。

各回路儀表進(jìn)行實時通訊狀態(tài)顯示。

多用戶權(quán)限管理，便于分級操作。

2.1原始數(shù)據(jù)的采集

能耗數(shù)據(jù)的原始采集是整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是整個能耗在線監(jiān)測系統(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。在各分支上安裝相應(yīng)的儀表實現(xiàn)分項目采集。

多功能電表采用交流采樣技術(shù)，能分別測量電網(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量精度達(dá)到0.5級。

多功能天然氣和空氣流量計能分別測量介質(zhì)的瞬時流量、累計流量、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)存儲的過程。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場計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)場計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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳傳輸，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖1）所示：

2.2.1站控管理層

站控管理層針對監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在主要指置于值班室的工控機、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)測現(xiàn)場智能儀表;總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實現(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)到了無人值守的目的。

2.2.3現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(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)控主機進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

2.3.1分項用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將電耗、燃?xì)夂涂諝庀牡冗M(jìn)行逐時、逐日、逐月、逐年統(tǒng)計。統(tǒng)計數(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，直觀反映各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。（如圖2）

2.3.2用能支路趨勢分析

統(tǒng)計各區(qū)域、各設(shè)備電能，燃?xì)夂涂諝獾南?，?zhǔn)確定位用能源消耗回路，制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運行維護提供依據(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，檢驗節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。

2.3.4能耗數(shù)據(jù)分時統(tǒng)計

將能源類型、負(fù)荷類型、區(qū)域能耗按照時間區(qū)分，按時、天、月、年、工作日、非工作日等對用能數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，掌握能源具體消耗情況?？蓪⒚刻煊媚馨磿r段設(shè)置峰、平、谷，統(tǒng)計各時段能耗，降低閑時能耗。（如圖4）

通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實現(xiàn)自動化全實時、高密度的實時用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。實時監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對能源進(jìn)行合理的管控和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)并改正運行中存在的用能異常，隨時處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值，超標(biāo)時醒目提醒并主動記錄。

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)、實時數(shù)據(jù)庫生成、通訊及相關(guān)畫面的生成、歷史數(shù)據(jù)庫的生成、報表生成等數(shù)據(jù)庫組態(tài)包含I/O設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)庫兩部分，是整個組態(tài)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫里建立起與現(xiàn)場每個儀表的聯(lián)系，組態(tài)時首先要在建立模板，模板要與現(xiàn)場儀表的各參數(shù)對應(yīng)，如對施耐德PM1200電能表的組態(tài)模板，要與各個電力參數(shù)對應(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)行各個點的組態(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)場設(shè)置一致，設(shè)備端口與采集器設(shè)置端口與每個端口所鏈接儀表對應(yīng)，每個端口理論上可以接248臺儀表，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、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)場儀表不同做相應(yīng)的組態(tài)，每一臺儀表也就是設(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)到與實際情況一致的變化。

4能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)實施總結(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，可以實現(xiàn)對全廠所有用能回路用能的實時監(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、計算機等組成能源監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示工廠用能回路的運行狀態(tài)，可生成各種用能報表、分析曲線、圖形等，便于能源