摘要：本文分析生物制藥企業(yè)的能耗特點(diǎn)，提出一種適合生物制藥企業(yè)的管理構(gòu)架方案，以提高變配電系統(tǒng)自動化管理水平，減少系統(tǒng)從故障中恢復(fù)的時間,。系統(tǒng)具備變配電設(shè)備和大功率設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控、報警和統(tǒng)計功能,，保障企業(yè)的安全生產(chǎn),。 

關(guān)鍵詞：ISA95,；IEC61850,；變配電系統(tǒng)；自動化

??生物制藥廠房對生產(chǎn)環(huán)境要求高,，需大量高能耗空調(diào)和動力設(shè)備,。生產(chǎn)工藝復(fù)雜要求設(shè)備持續(xù)工作。如果出現(xiàn)閃電或跳閘都將導(dǎo)致生 產(chǎn)中斷,，數(shù)據(jù)丟失,，給生產(chǎn)安全帶來風(fēng)險。因此提高供電穩(wěn)定性對生物 制藥企業(yè)十分必要,。由于故障具有偶然性和突發(fā)性,，傳統(tǒng)值班方式難以及時恢復(fù)供電。而變配電自動化系統(tǒng)能夠快速統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù),，監(jiān)控變壓器和環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài),，并通過遠(yuǎn)程操作及時恢復(fù)供電。 

??隨著自動化和信息化技術(shù)發(fā)展,，將能源管理系統(tǒng)（EMS）整合到中央監(jiān)控系統(tǒng)中已成為趨勢,。底層數(shù)據(jù)來自SCADA,，復(fù)雜數(shù)據(jù)通過外部 系統(tǒng)處理后反饋給生產(chǎn)智能系統(tǒng)。目前主流scada 供應(yīng)商都推出自己中央監(jiān)控系統(tǒng),，如 wonderware WSP平臺,、西門子XHQ平臺、羅克韋爾Tingworx平臺,。這些平臺可以集成：展示,、操作、配方,、質(zhì)量,、環(huán)境監(jiān)控、維保,、移動客戶端,、能源管理等功能。 

??IEC61850 協(xié)議（電力自動化標(biāo)準(zhǔn)）提出公共通信標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備規(guī)范,， 實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫銜接,；并將變電配電通信系統(tǒng)分為3層：站控層、間隔 層,、過程層,，其結(jié)構(gòu)如圖3所示

站控層功能是通過高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫,；按規(guī)約將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到控制中心,；接收控制中心命令并轉(zhuǎn)向間隔層、過程層執(zhí)行,；具有對間隔層,、過程層設(shè)備的在線維護(hù)、組態(tài)和參數(shù)修改功能,。間隔層功能是匯總本層過程實時數(shù)據(jù)信息,，具有對一 次設(shè)備保護(hù)控制功能；優(yōu)先控制數(shù)據(jù)采集,、統(tǒng)計運(yùn)算和發(fā)出控制命令,；具有承上啟下的通信功能，同時與過程層及站控層高速通信,；必要時,，上下網(wǎng)絡(luò)接口都采用信息通道冗方式，保證通信可靠性,。過程層是指電氣設(shè)備的智能化部分,，按主要功能可以分為三類

??(1）電力運(yùn)行實時的電氣量檢測；

??(2）運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測,；

??(3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動,。 

??在站控層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口,，映射到制造 報文規(guī)范（MMS），傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）采用以太網(wǎng)或光纖網(wǎng),。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單項傳輸以太網(wǎng),。變電站內(nèi)的電子設(shè)備（IED，測控單元和繼電保護(hù))均采用統(tǒng)一的協(xié)議如 modbus,，通過網(wǎng)路進(jìn)行信息交換,。IEC61850 規(guī)范電力設(shè)備和設(shè)備組件的建模，定義了公共數(shù)據(jù)格式,、標(biāo)識符,、行為和控制，例如變電站和饋線設(shè)備（斷路器,、電壓調(diào)節(jié)器和 繼電保護(hù)等）,。協(xié)議顯著降低數(shù)據(jù)管理費(fèi)用、減少工程量,、簡化數(shù)據(jù)維 護(hù),、減少由于配置錯誤而引起的系統(tǒng)停機(jī)時間。采用該標(biāo)準(zhǔn),，變配電設(shè)備具有自述,、自診斷和即插即用的特性，方便了系統(tǒng)的集成,，降低了變配電系統(tǒng)自動化的工程費(fèi)用,。

3.1 變配網(wǎng)自動化系統(tǒng)組成 

??配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遵循分布式結(jié)構(gòu)和集中控制的設(shè)計思想，站控層包 含監(jiān)控系統(tǒng)（或中央監(jiān)控平臺)主機(jī),；間隔層包含交換機(jī),、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備； 過程層包括配變終端設(shè)備（TTU）,、饋線終端單元（FTU）,、配電終端單 元（DTU）,、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）,、數(shù)字電表等設(shè)備。其中 TTU 監(jiān)測并 記錄配電變壓器運(yùn)行工況,。FTU 是在饋線開光旁的開關(guān)監(jiān)控裝置,。DTU 采集開關(guān)設(shè)備的位置、電壓,、功率等數(shù)據(jù)并進(jìn)行急速,，進(jìn)行分合閘操作。

3.2 變配網(wǎng)主要特點(diǎn) 

??變配網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的最終環(huán)節(jié),，其自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)龐大,、拓?fù)鋸?fù)雜,，主要有以下特點(diǎn)： ??（1）通訊節(jié)點(diǎn)多，需安裝大量的通信終端,。 

??（2）節(jié)點(diǎn)分散,，設(shè)備分部在園區(qū)的各功能建筑。 

??（3）數(shù)據(jù)量大,，采集包括電流,、電壓、開關(guān)位置,、溫度等狀態(tài)變量,。 

3.3 通訊方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

??目前自動化系統(tǒng)的主要通信方式有：光纖通信、配電線路載波通信,、無線公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)通信,。光纖通訊具有傳輸量大、傳輸速度快,、傳輸距離長,、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。載波通訊是利用電源線傳遞高配載 波信號,，具有投資少,，管理維護(hù)方便、覆蓋廣,，安全可靠等有點(diǎn),，但這種方式信息量小，主要用于大型輸電網(wǎng),。無線公網(wǎng)通信使用 GPRS,、3G等，移動無線網(wǎng)絡(luò)適用于間歇性,、突發(fā)性或少量的數(shù)據(jù)傳輸,，適用于不變敷設(shè)光纖的地區(qū)。無線專網(wǎng)通訊使用 DT-LTE,、WiMAX,、WIFI等，具有抗干擾能力強(qiáng),、傳輸寬帶高等優(yōu)點(diǎn),，適用于位置偏僻的設(shè)備。Modbus通信是一種串行通訊協(xié)議,，具有速度快,、穩(wěn)定、易實現(xiàn)總線,、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),，生物制藥企業(yè)設(shè)備布局分散,，因此變配網(wǎng)站控層和間隔層主體采用工業(yè)以太網(wǎng)專網(wǎng)通信，部分設(shè)備采用無線專網(wǎng)通信,。近距離節(jié)點(diǎn)使用網(wǎng)線通訊,，遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)使用光纖，不便敷設(shè)光纖的節(jié)點(diǎn)采用 WiFi通訊,。過程層設(shè)備統(tǒng)一采用 Modbus通信,，通過串口服務(wù)器或 WIFI設(shè)備服務(wù)器和將數(shù)據(jù)傳輸至以太網(wǎng)SCADA采集服務(wù)器，EMS系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)提取數(shù)據(jù),，并進(jìn)行可視化展示,。 

??AcrelEMS-BP能效管理系統(tǒng)，集電力監(jiān)控,、能源管理,、設(shè)備運(yùn)維于一體。平臺采用自動化,、信息化技術(shù)和集中管理模式,，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理,，監(jiān)測企業(yè)電,、水、氣,、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況,，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析,，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況,、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗,、各工序能耗,、工藝、車間,、產(chǎn)線,、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計,、同環(huán)比分析,、能源成本分析,、碳排分析,，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率,、挖掘節(jié)能潛力,、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持,。

4.1平臺組成

??安科瑞生物制藥能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成35KV/10KV的10KV/O.4KV電力監(jiān)控系統(tǒng),、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng),、能耗管理系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),、防火門監(jiān)控系統(tǒng),、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),，充電樁管理系統(tǒng),。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù),，通過一個平臺即可對制藥廠區(qū)全局的用電和用電安全進(jìn)行集中監(jiān)控,、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度,，同時滿足用戶用電可靠,、安全、穩(wěn)定,、有效,、有序的要求。

4.2平臺拓?fù)鋱D

4.3平臺子系統(tǒng)

??（1）電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所,，對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況,，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜,、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜,、ATS/STS,、UPS，包括遙控,、遙信,、遙測、遙調(diào),、事故報警及記錄 

   

（2）能耗管理系統(tǒng)

??建立的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng),，對生物制藥各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實時的監(jiān)控,。以便生物制藥用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點(diǎn)位的運(yùn)作情況,，同時能更快速的掌握點(diǎn)位的報警，并為生物制藥削峰填谷、調(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐,。

 

 

（3）馬達(dá)監(jiān)控

??馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機(jī)的保護(hù),、遙測、遙信,、遙控功能,，實現(xiàn)對電機(jī)過載、短路,、缺相,、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測和報警,。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制,。

（4）智慧消防

??智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù),、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù),，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備,、智慧煙感探測器,、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知,、識別,、定位，實時動態(tài)采集消防信息,，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi),、網(wǎng)格化管理,、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防,，實現(xiàn)智慧消防“自動化",、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求,。從火災(zāi)預(yù)防,，到火情報警，再到控制聯(lián)動,，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)行,，用戶、安保人員,、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況,，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患,、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi),，相關(guān)報警和事件信息通過手機(jī)短信,、語音電話,、郵件提醒和APP推送等手段,，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。

（5）充電樁管理平臺

??充電樁在“源,、網(wǎng),、荷、儲,、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*,。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

??5.1電力監(jiān)控及馬達(dá)保護(hù)系統(tǒng)

??5.2能源管理系統(tǒng)

 

??5.3智慧消防系統(tǒng)

??(1)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

??(2)消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

??(3)防火門監(jiān)控系統(tǒng)

??(4)消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

 

??5.4充電樁理系統(tǒng)

 

??基于中央監(jiān)控平臺的EMS系統(tǒng)具備車間能耗監(jiān)控和統(tǒng)計,、分析功能,，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率設(shè)備監(jiān)控、關(guān)鍵開關(guān)合閘和設(shè)備報警功能,。這將提升生物制藥企業(yè)變配網(wǎng)的管理水平和穩(wěn)定性,。

 

[1]Kaneda K, Tamura S, Fujiyama N, et al. IEC61850 based Substation Automation System[C]// Joint International Conference on Power System Technology and IEEE Power India Conference, 2008. Powercon. IEEE, 2008:1-8. 

[2]趙妍. 基于IEC61850保護(hù)測控裝置的建模與通信[D]. 南京郵電大學(xué),2013.

[3]吳在軍, 胡敏強(qiáng). 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng) 研究[C]

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版

[5] 馬達(dá),曹永剛.制藥企業(yè)安全供電系統(tǒng)研究.

[6]胡勝，賈龍.生物制藥企業(yè)變配電系統(tǒng)自動化改造.