安科瑞 陳聰 周潔 陳正 于洋

摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集10個地點樓層配電箱的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺，通過電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)對變電所配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。 

關(guān)鍵詞：樓層配電箱;智能電力儀表;電能管理系統(tǒng);

0 概述

    寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院的前身是解放前的寧夏省立醫(yī)院。1949年新中國成立后，由人民政府接管，該稱寧夏省人民醫(yī)院。1954年寧夏省撤消后，改稱甘肅省第二人民醫(yī)院。1958年寧夏回族自治區(qū)成立后，改為自治區(qū)人民醫(yī)院，1973年改為寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院。

    寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院有10座樓270個回路配電回路。

1 客戶需求

    寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院現(xiàn)場270個回路配電回路分布在10座樓內(nèi)，對用電管理人員很大的不便，根據(jù)其實際情況提出以下需求：

    (1)、與現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)友好兼容；

    (2)、配電室低壓抽屜柜中，只監(jiān)測常用線路，對于備用的線路暫不作處理；

    (3)、樓層配電箱中，雙電源線路只監(jiān)測主電源電量；

    (4)、系統(tǒng)總軟件未來能夠繼續(xù)擴(kuò)充其他能源系統(tǒng)，如暖通空調(diào)等；

    (5)、與科研樓、外科樓目前動力能源監(jiān)控系統(tǒng)友好兼容；

    (6)、設(shè)立集中監(jiān)控中心?？焖夙憫?yīng)電網(wǎng)故障、快速判斷故障原因和故障地點、快速恢復(fù)供電。

    (7)、實時監(jiān)測各配電室低壓線路運行狀況及參數(shù)。縮短故障響應(yīng)時間，提高供電可靠性；

    (8)、提供整體通訊解決方案，系統(tǒng)地解決各層次設(shè)備可靠、高速通訊的問題。為實現(xiàn)數(shù)字化供配電系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)；

    (9)、實現(xiàn)醫(yī)院各樓層或各科室電量自動計量。

    (10)、系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障和異常的預(yù)警報警，并能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析；。

    根據(jù)用戶需求，需要對第十寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院10座樓進(jìn)行組網(wǎng)并建立電能管理系統(tǒng)（主要是數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控），在控制中心值班室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控平臺，對270個回路實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析，以保證用電的安全、可靠。

    安科瑞電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機(jī)的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，項目組網(wǎng)圖如下，現(xiàn)場10個網(wǎng)絡(luò)地點的PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表經(jīng)RS485現(xiàn)場總線連接至串口服務(wù)器，然后通過以太網(wǎng)經(jīng)光纖傳輸至現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲，處理，顯示和上傳如圖（1）所示：

圖（1）電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

    間隔設(shè)備層主要為：PZ80L-E4/KC、DTSF1352、ARTM-1儀表，分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備分散安裝在10座樓配電室的電氣柜內(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。

    網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)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(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

    站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

    建設(shè)完成后的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表均采用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)傳輸速率為10Mbps。

    RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾的能力增強，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，傳輸距離為1.2km。

3 電能管理系統(tǒng)主要功能

3.1  數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是電能管理的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到電能管理的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

3.2  歷史事件

    歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。

3.3  數(shù)據(jù)庫建立與查詢

    主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

3.4  用戶權(quán)限管理

    針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

3.5  運行負(fù)荷曲線

    負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

3.6  遠(yuǎn)程報表查詢

    報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設(shè)置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。

3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

    電能管理系統(tǒng)通過廠內(nèi)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心的SQL Server數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。

4 案例分析

    本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)云南省昆明市第十寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院10座樓270個回路配電回路實時監(jiān)測、分析及管理，監(jiān)控范圍如下表1所示：

表（1） 監(jiān)測點位分布表

    安科瑞電氣股份有限公司為其選用PZ80L-E4/KC的多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。

    PZ80L-E4/KC尺寸及詳細(xì)參數(shù)如下圖2所示：

圖（2）  PZ80L-E4/KC尺寸

    能源平臺主界面，系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有地點在能源平臺主界面上以平面全景圖的方式直觀展示，用戶點擊相應(yīng)全景圖上相應(yīng)的的地點即可進(jìn)入對應(yīng)地點的監(jiān)控畫面。

    系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場所有點的通訊狀態(tài)，紅色綠色分別代表儀表通訊異常和正常，便于用戶查看各監(jiān)測點通訊狀態(tài)，如圖：

 通訊狀態(tài)圖1

 通訊狀態(tài)圖2

通訊狀態(tài)圖3

    遙測報警功能，主要完成對直變和主變負(fù)載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能，見圖。

越限報警信息

    用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱，用戶可以直接打印報表，并導(dǎo)出為EXCEL格式如圖所示：

電能報表

    參數(shù)抄表功能，主要所有回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。電參數(shù)主要包括：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率和有功電度。如圖所示。

參數(shù)抄表

    負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持，見圖。

電流趨勢曲線圖

    系統(tǒng)可針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改，如圖所示。

用戶權(quán)限操作示意圖

4 結(jié)束語

    1）本系統(tǒng)于2014年9月完成現(xiàn)場調(diào)試，順利通過用戶驗收并投入運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評。

    2）本項目的成功實施表明：本項目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。

    3）本系統(tǒng)采用對分布式配電的集中監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)期的效果，電能管理軟件運行界面滿足了用戶需求，并有效降低了設(shè)計和施工成本。