安科瑞 繆凱倫
0引言
中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研所(以下簡(jiǎn)稱醫(yī)工所)位于蘇州區(qū)太湖之濱的蘇州科技城,,生物醫(yī)學(xué)工程是國(guó)家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè),為響應(yīng)國(guó)務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施,,更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理,。因此建立了后臺(tái)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng),對(duì)配電進(jìn)行智能化管理,。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
變配電系統(tǒng)主要由A區(qū)變電所和B區(qū)變電所進(jìn)行變配電管理,,提供整個(gè)醫(yī)工所所需電力,,A區(qū)變電所附近設(shè)有值班室,實(shí)時(shí)查看,、處理現(xiàn)場(chǎng)情況,,整個(gè)醫(yī)工所占地較廣,由B區(qū)變電所提供另一區(qū)域的電力,。因此,,為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)醫(yī)工所電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及對(duì)各區(qū)用電的電能管理,在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心,,基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)后臺(tái),,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能管理。
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)以監(jiān)控主機(jī),、通訊設(shè)備,、測(cè)控單元為基本工具,為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái),,它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,如圖1所示:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層[1],。
1)站控管理層
站控管理層針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員,是人機(jī)交互的直接窗口,,也是系統(tǒng)的上層部分,。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備,如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī),、打印機(jī),、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面,,對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算,、分析與處理,并以圖形,、數(shù)顯,、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
監(jiān)控主機(jī):用于數(shù)據(jù)采集,、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口,進(jìn)行系統(tǒng)管理,、維護(hù)和分析工作,。
打印機(jī):系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形,、報(bào)表等。
UPS:保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電,,在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí),,保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行,提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),。
2)網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層設(shè)備為由串口擴(kuò)展卡,。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁,負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集,、分類和傳送等工作的同時(shí),,轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
通訊介質(zhì):系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線,,以RS485接口,,MODBUS通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。
3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端,,主要由智能儀表組成,,采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端,,向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù),。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)須完整,、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī),。
1.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表
對(duì)于中壓10kv回路的線路保護(hù),采用微機(jī)繼電保護(hù)裝置,,實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的過(guò)流速斷保護(hù),,并具有遙測(cè)及遙信功能。開(kāi)關(guān)量:斷路器分合狀態(tài),、隔離手車位置等信號(hào),。對(duì)于該回路的電能計(jì)量,采用ACR220EL電力儀表對(duì)電參量進(jìn)行采集與計(jì)量,,采集的主要電參量有三相電壓,、三相電流、有功功率,、無(wú)功功率,、有功電度、無(wú)功電度以及頻率,、功率因數(shù)等,。
對(duì)于0.4kv變壓器出線回路,采用的都是ACR220EL電力儀表,ACR220EL多功能電表,,為嵌入式安裝,,可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門板上,面板尺寸為80mm×80mm,,規(guī)格為220/380V,、5A,電流經(jīng)互感器接入,,精度0.5級(jí),,廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜,、聯(lián)絡(luò)柜,、出線柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合,,帶RS485接口,,Modbus通訊協(xié)議[2]。
2系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件為Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件,,該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件,,特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式"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(kāi)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)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面,,可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài),,并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析,,符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表,、事件記錄和故障報(bào)警等功能[3]。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計(jì),,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、電力監(jiān)控與電能管理功能,。
1) 數(shù)據(jù)采集和顯示
現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量并采集回路數(shù)據(jù)信息,,上位機(jī)軟件再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲(chǔ),可以自由設(shè)置采集的時(shí)間周期,,系統(tǒng)支持的采集周期,。可以隨時(shí)查看任一表計(jì)的瞬時(shí)表值,、累計(jì)量等信息,,記錄時(shí)間間隔內(nèi)電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等,。這些參數(shù)信息可以自動(dòng)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,,便于查詢。
系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面,,便于普通的現(xiàn)場(chǎng)值班人員查看并記錄相關(guān)信息,,系統(tǒng)一次圖不僅顯示了線路的開(kāi)關(guān)狀態(tài),還實(shí)時(shí)顯示電壓,、電力,、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,。
2) 遠(yuǎn)程抄表
系統(tǒng)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的顯示,,并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,因此可以手動(dòng)查詢每個(gè)回路的所有實(shí)時(shí)及歷史電參量數(shù)據(jù),,并以表格的形式展現(xiàn)給用戶,,便于打印、保存,。
3) 電能報(bào)表與棒圖
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù),,按照回路名稱的不同,自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表,、月報(bào)表和年報(bào)表并有報(bào)表打印功能,,并可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印,同時(shí)這些報(bào)表也能以Excel的格式導(dǎo)出,。
系統(tǒng)還可以根據(jù)生成的電能報(bào)表,,對(duì)每一回路的用電量根據(jù)時(shí)間不同形成年用電棒圖、月用電棒圖以及每日的用電棒圖,,便于查看,。
4) 電流趨勢(shì)曲線
對(duì)于重要回路,不僅可以對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測(cè),,并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢(shì)曲線,,可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢(shì),預(yù)測(cè)電力負(fù)荷容量,,并可對(duì)電力故障進(jìn)行查詢,,保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)行。
5)事件記錄與報(bào)警
主要用于查看歷史報(bào)警信息,;幫助用戶進(jìn)行事故查詢與追憶,;支持歷史查詢,打印等功能,。實(shí)時(shí)報(bào)警信息會(huì)即時(shí)彈出,,提醒用戶所進(jìn)行的操作,。并對(duì)所有操作具有自動(dòng)事件記錄功能。
3結(jié)束語(yǔ)
隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用,,對(duì)智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)的趨勢(shì),,本文介紹的基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng),不僅可以實(shí)時(shí)顯示電力運(yùn)行狀態(tài)及用電狀況,,還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,,以用戶適用的方式展現(xiàn)出來(lái),滿足用戶的需求,,實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析,、處理,其生成各種電能報(bào)表,、分析曲線,、圖形等,方便了用戶的使用,,便于配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究,,為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。