艾軍

電能管理系統(tǒng)在水泥工廠的應用

Electrical Energy Management System Applications in Cement Plant

艾軍

介紹了電能管理系統(tǒng)在越南西寧水泥廠的應用配置與系統(tǒng)的功能特點，將智能的電能儀表通過總線通訊到DCS系統(tǒng)中，并經(jīng)其轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，真正實現(xiàn)了管理與控制的有機結(jié)合，將電能管理提高到一個新的階段。

電能管理；總線橋；DCS；管理系統(tǒng)

水泥企業(yè)是用能大戶，以噸水泥電耗90kWh測算，電力成本占成品比例高達24%，降低電費成本對于經(jīng)濟生產(chǎn)和節(jié)能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經(jīng)建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現(xiàn)代化的企業(yè)管理已十分滯后。

在越南西寧水泥廠根據(jù)EPC合同配置了自主研發(fā)的電能管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)涉及自動化控制的四個層次，即現(xiàn)場設(shè)備層、過程控制層、過程操作層和工廠管理層，提高了企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。

1 電能管理系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）一次檢測儀表

選用智能型的具有通訊功能的電力監(jiān)測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測功能，同時還具有MODBUS通訊數(shù)據(jù)遠傳通訊功能。電能儀表型號為PD194Z系列電量表。同時還將ABBREX521系列中壓綜合保護器接入系統(tǒng)，采集饋電與控制回路的電能電量和其他電能信息以及中壓真空斷路器的運行狀態(tài)等。通訊網(wǎng)絡(luò)為MODBUS RTU，介質(zhì)為RS485雙絞線，傳輸速率設(shè)定為9600bps（可更高）。節(jié)點平均數(shù)量為10～20個。節(jié)點為中壓柜的進饋電回路以及重要的低壓進饋電回路。

（2）現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場儀表的通訊網(wǎng)絡(luò)為MOD?BUS，而DCS底層網(wǎng)絡(luò)為PROFIBUS DP，不能直接將電能信息讀入DCS系統(tǒng)。為了順利接收MODBUS總線的通訊數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置了總線橋，型號為PB-B-MODBUS。其在PROFI?BUS DP總線一側(cè)做PROFIBUS從站；在MODBUS一側(cè)既可做MOD?BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線數(shù)據(jù)，其在MODBUS一側(cè)設(shè)置為MODBUS主站。在MODBUS側(cè)可以連接多個子站，并讀取不同子站的不同地址。對于同一子站同時還可以配置不同的數(shù)據(jù)地址進行多次讀取。接口通過PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和MOD?BUS數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)映射實現(xiàn)PROFI?BUS和MODBUS的數(shù)據(jù)透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協(xié)議，波特率自適應，最大波特率12M；輸入/輸出數(shù)量可自由設(shè)定，最大PROFIBUS輸入/輸出為232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H號功能，能夠順利讀取現(xiàn)場的電能表計和中壓綜保的數(shù)據(jù)，并具有寫入功能。

（3）數(shù)據(jù)采集與處理部分

這部分內(nèi)嵌至DCS系統(tǒng)內(nèi)部，利用DCS系統(tǒng)的強大功能，對現(xiàn)場儀表的通訊數(shù)據(jù)進行處理。通過GSD文件將總線橋的驅(qū)動導入DCS系統(tǒng)中，從而根據(jù)設(shè)備的不同地址讀取相應的電流、電量、功率、功率因數(shù)以及中壓斷路器的運行、保護狀態(tài)等等?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)總線橋讀入DCS系統(tǒng)后，將相應的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面上（HMI）。同時根據(jù)實時產(chǎn)量可計算出實時電耗，供操作員操作參考。

（4）上層通訊網(wǎng)絡(luò)

上層通訊網(wǎng)絡(luò)負責DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的通訊。將電能數(shù)據(jù)存儲于管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時將生產(chǎn)數(shù)據(jù)也一并存儲于數(shù)據(jù)庫，以便進行累積以及單位能耗的計算。DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網(wǎng)。

（5）管理系統(tǒng)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫

由于DCS系統(tǒng)處理歷史數(shù)據(jù)的能力有限，電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終存儲于外部的數(shù)據(jù)庫中，以便長期保存和比較與統(tǒng)計。關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQL server。同時根據(jù)系統(tǒng)情況配置專用的數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（6）數(shù)據(jù)報表和HMI人機界面

成品數(shù)據(jù)以EXCEL格式和ASP WEB發(fā)布的形式提供給相關(guān)人員或部門，同時在DCS系統(tǒng)中也有相應的鏈接，使操作員也能夠查詢到電能信息，可以方便地進行查詢和報表輸出，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)（見圖1）。

2 系統(tǒng)的主要功能

（1）根據(jù)需要實時讀取并記錄電力儀表的電流、電壓、功率、電量、功率因數(shù)等多種檢測數(shù)據(jù)。

（2）實時計算并顯示石灰石、生料、熟料、水泥等產(chǎn)品的單位電耗。

（3）計算各生產(chǎn)車間、工序的生產(chǎn)、消耗日、月等電量。

（4）圖形報表的生成和報表的定時輸出。

（5）歷史報表的調(diào)用。

3 電能管理系統(tǒng)的特點

（1）真正實現(xiàn)了電力儀表的自動化管理。

（2）和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電能管理比較，引入了生產(chǎn)產(chǎn)量，能夠?qū)崟r計算生產(chǎn)電耗。

（3）與DCS系統(tǒng)融合，不再是孤立的后臺保護系統(tǒng)，充分利用了DCS系統(tǒng)的強大功能，減少了系統(tǒng)的硬件投資。

（4）總線技術(shù)的應用，使通訊和電氣接線更加便捷，也大大節(jié)約了安裝成本。

（5）可以輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)對比，從而有效地進行避峰節(jié)能，降低生產(chǎn)成本。

（6）OPC技術(shù)的應用實現(xiàn)了通用數(shù)據(jù)庫與DCS系統(tǒng)的雙向通訊系統(tǒng)，既可以讀取DCS生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)，也可以將管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)送入DCS系統(tǒng)。

4 結(jié)語

采用總線橋技術(shù)，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現(xiàn)場的多功能電力儀表接入DCS系統(tǒng)，通過DCS系統(tǒng)的強大處理功能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊處理，再通過OPC技術(shù)將電能數(shù)據(jù)預生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為生產(chǎn)管理提供了實時和準確的信息，是傳統(tǒng)的人工抄表和單一的電力后臺軟件不可比擬的。融合的電能管理系統(tǒng)勢必成為電能管理和DCS系統(tǒng)集合的新趨勢，為工廠的節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

[1]PD194Z系列液晶多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表用戶手冊[K].江蘇:江陰長江斯菲爾電力儀表有限公司.

[2]PB-B-MM_V3X產(chǎn)品手冊現(xiàn)場總線PRO?FIBUS（中國）技術(shù)資格中心

[3]OPC Data Access Custom Interface Standard Version 2.0

[4]鄒建.深入淺出SQL server2000開發(fā)、管理及應用實例[M].北京:人民郵電出版社，2011.

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