摘要：本文介紹基于Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件和ACR120EFL多功能電力儀表設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套分散式采集和集中控制管理的工廠電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)在監(jiān)控中心無(wú)人管理的功能，主機(jī)作為Web服務(wù)器，局域網(wǎng)用戶只需使用IE瀏覽器即可對(duì)電能管理系統(tǒng)訪問，提高了供電質(zhì)量和管理水平，具有簡(jiǎn)明實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電能管理軟件；電力儀表；智能配電系統(tǒng)；應(yīng)用
0 概述
上海夏普電器是由上海廣電(集團(tuán))公司、上海廣電信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司、日本夏普株式會(huì)社、日本三菱商式株式會(huì)社、日本夏普電子技術(shù)公司(美國(guó)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)。公司成立于一九九二年六月，地處上海浦東新區(qū)金橋出口加工區(qū)，是第一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(gè)廠區(qū)，新廠主要生產(chǎn)洗衣機(jī)和冰箱等電器，老廠主要生產(chǎn)空調(diào)設(shè)備。原先廠區(qū)的配電室內(nèi)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(duì)于所生產(chǎn)產(chǎn)品的耗能情況只是在總量上有個(gè)統(tǒng)計(jì)，而對(duì)于每個(gè)回路設(shè)備的耗能情況沒有做到詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，這對(duì)于工廠下一步推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗工作帶來(lái)了諸多不便。通過這次對(duì)上海夏普電器公司各配電室內(nèi)老式電力儀表的更新改造，拆除原先指針式電流電壓表，安裝江蘇安科瑞電器制造有限公司的ACR120EFL多功能電力儀表，使得工廠能夠?qū)θ珡S的產(chǎn)品耗能情況做到更加精細(xì)化的預(yù)算和管理，為企業(yè)的推進(jìn)節(jié)能降耗打下基礎(chǔ)。
1 系統(tǒng)分析
系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進(jìn)行劃分，模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場(chǎng)層、中間層、主控層。
現(xiàn)場(chǎng)層主要任務(wù)是將現(xiàn)場(chǎng)的各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和測(cè)量，并將采集和測(cè)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(chǎng)層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)層的橋梁。主控層主要設(shè)置工業(yè)計(jì)算機(jī)，是人機(jī)交互層。
主要功能為：一次主接線圖界面顯示；事件記錄，系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測(cè)；故障報(bào)警及操作記錄；電能報(bào)表查詢與打印；系統(tǒng)負(fù)荷、用戶權(quán)限管理等主要功能；當(dāng)前月用電計(jì)劃設(shè)定，超計(jì)劃報(bào)警；功率越限報(bào)警。
整個(gè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機(jī)位于辦公樓二樓的環(huán)境品質(zhì)檢測(cè)部，數(shù)據(jù)采集主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)區(qū)，洗衣機(jī)生產(chǎn)回路設(shè)備、冰箱生產(chǎn)回路設(shè)備和老廠空調(diào)生產(chǎn)回路設(shè)備。電力儀表的通訊為485總線結(jié)構(gòu)，將信號(hào)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(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔層主要的設(shè)備為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
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(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶，同時(shí)用戶可以通過系統(tǒng)軟件發(fā)送指令至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。
以上網(wǎng)絡(luò)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(jiǎn)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(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為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(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用（例如趨勢(shì)曲線、報(bào)警等）對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地?cái)?shù)據(jù)完全相同，通過“組態(tài)”的方式可以縮短自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)間，提高集成效率。
該系統(tǒng)實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了各類用電設(shè)備的一次系統(tǒng)圖顯示、各回路實(shí)時(shí)電參量遙測(cè)、重要回路電能報(bào)表、以及進(jìn)線回路的負(fù)荷用電趨勢(shì)、重要回路的分合閘報(bào)警、用戶權(quán)限管理等功能，軟件運(yùn)行界面見下圖。
系統(tǒng)首頁(yè)如圖所示：為動(dòng)力房BT1、AT1變壓器室低壓一次系統(tǒng)圖
上圖為動(dòng)力房BT1、AT1變壓器室低壓一次配電示意圖，功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)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(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警；斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶及時(shí)處理故障。
圖上各個(gè)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(wú)電。
通過詳細(xì)電參量界面，可查看各回路設(shè)備的實(shí)時(shí)詳細(xì)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(nèi)就可實(shí)時(shí)觀察到每一個(gè)用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。如上圖所示。
在電流功率趨勢(shì)曲線界面，可以查看某一具體用電設(shè)備的電流趨勢(shì)曲線和功率趨勢(shì)曲線，通過電流趨勢(shì)曲線用戶可以查看到某段時(shí)間內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行最大電流以及該峰值電流的發(fā)生時(shí)刻，還可查看到該段時(shí)刻內(nèi)三相電流的平均值，為設(shè)備的維護(hù)和制定合理的用電計(jì)劃提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。運(yùn)行界面如下圖所示。
