上海夏普電器低壓配電網(wǎng)絡的改造及電能管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

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)，新廠主要生產洗衣機和冰箱等電器，老廠主要生產空調設備。原先廠區(qū)的配電室內安裝的電力儀表主要為指針式，且多為電流和電壓表，工廠對于所生產產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。
1 系統(tǒng)分析
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：次主接線圖界面顯示；事件記錄，系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；電能報表查詢與打?。幌到y(tǒng)負荷、用戶權限管理等主要功能；當月用電計劃設定，超計劃報警；功率越限報警。
整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡分布式結構，監(jiān)控主機位于辦公樓二樓的環(huán)境品質檢測部，數(shù)據(jù)采集主要劃分為三個區(qū)，洗衣機生產回路設備、冰箱生產回路設備和老廠空調生產回路設備。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。
2 系統(tǒng)的結構
本系統(tǒng)采用分層分布式計算機網(wǎng)絡結構即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

網(wǎng)絡拓撲圖
間隔層主要的設備為：多功能網(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次設備安裝在電氣柜內，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、報警蜂鳴器等設備。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。
以上網(wǎng)絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，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)但是在同時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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，zui大傳輸距離為1.2km。
3 Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件解決方案
Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的軟件，zui大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式"而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，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、報警等）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、重要回路的分合閘報警、使用權限管理等功能，軟件運行界面見下圖。
系統(tǒng)頁如圖所示：為動力房BT1、AT1變壓器室低壓次系統(tǒng)圖

上圖為動力房BT1、AT1變壓器室低壓次配電示意圖，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)和通訊故障報警；斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒使用者及時處理故障。
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)控值班室內就可實時觀察到每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的設備運行zui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分類匯總的空調、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。也可以更進步的查看各分類用電設備中每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報警窗口提示。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報警窗口提示，通過報警查詢功能可以查看歷史報警記錄。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 結束語
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，投資少等顯著點，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)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。