1、上海夏普電器低壓配電網(wǎng)絡(luò)的改造及電能管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)安科瑞陳海霞上海安科瑞電氣有限公司，上海 嘉定摘要：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(wèn)，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)；節(jié)能；夏普電器；應(yīng)用1 項(xiàng)目概述 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

2、、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(guò)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，安裝上海安科瑞電氣股份有限公

3、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)。2用戶需求電能監(jiān)測(cè)要求精確到辦公區(qū)和每條生產(chǎn)線的主要用電設(shè)備，如生產(chǎn)線的注塑機(jī)、冷卻泵、沖床和辦公區(qū)的照明、熱泵、電梯等設(shè)備。在時(shí)間上需要從年度到每季度、每月、每周、每天，將每個(gè)重要用電環(huán)節(jié)的電能消耗與產(chǎn)量產(chǎn)值的關(guān)系清晰呈現(xiàn)出來(lái)，并且與每條生產(chǎn)線、班組乃至個(gè)人的績(jī)效考核結(jié)合起來(lái)，真正做到電能管理的精細(xì)化和全面化，將節(jié)能降耗工作落到實(shí)處。 按照上海市電網(wǎng)兩部制分時(shí)電價(jià)規(guī)定對(duì)全廠用電進(jìn)行分時(shí)段計(jì)量。通過(guò)電能管理軟件合理制定重要用電設(shè)備的用電計(jì)劃，將設(shè)備用電計(jì)劃落實(shí)到生產(chǎn)班

4、組和個(gè)人。將計(jì)劃用電界面通過(guò)工廠現(xiàn)有局域網(wǎng)進(jìn)行Web發(fā)布，使得設(shè)備管理人員通過(guò)圖表、曲線、報(bào)表等軟件功能及時(shí)監(jiān)測(cè)到設(shè)備運(yùn)行和電能消耗情況，將節(jié)能意識(shí)從工廠管理層滲透到基層。 3設(shè)計(jì)方案3.1 主要設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)l DL 448-91 電能計(jì)量裝置管理規(guī)程l DL/T 814-2002 配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范l DL/T448-2003 電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程l ISO/IEC11801 國(guó)際綜合布線標(biāo)準(zhǔn)l GBJ232-82 電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程3.2 廠區(qū)配電回路電表改造平面圖3.3 改造回路確定根據(jù)夏普工廠配電系統(tǒng)的現(xiàn)有情況和用戶需求分析，確定需要進(jìn)行改造的配電柜回路（部分）如下表：

5、序號(hào)總開關(guān)柜名稱回路名稱柜體編號(hào)變壓器名稱倍率*/5A一，洗衣機(jī)B室1NP2 100V200V 60HZ 電源B21饋電柜BT25002NC2-0成型1號(hào)部品升降機(jī)B22饋電柜3003B14 不銹鋼槽加工2號(hào)線（北）B14饋電柜4004N10-5不銹鋼槽加工線（北）沖床B13饋電柜1005N13不銹鋼槽二次加工線5006N107A 洗衣機(jī)捆包線B12饋電柜3007N12不銹鋼槽加工線（南）4008NP1 100200V60HZ電源B11饋電柜 500二、洗衣機(jī)底層A室（待加表17塊）13PP1注塑機(jī)250TILC3饋電柜AT320023PP4注塑機(jī)1300T60033PP2注塑機(jī)900TILC

6、2饋電柜50043PP3注塑機(jī)900T500三、洗衣機(jī)A室(中二層)1N7注塑機(jī) 200噸 A22饋電柜AT23002N5注塑機(jī) 1300噸 A23饋電柜10003N11注塑機(jī)4臺(tái) 350噸 350噸 550噸 650噸10004N4注塑機(jī) 1300噸A24饋電柜10005N8注塑機(jī) 850噸A11饋電柜AT110006N9注塑機(jī) 850噸 A12饋電柜10007N13-01洗衣機(jī)外殼成型線A13饋電柜10008NC6-01平衡圈 （金屬板輕機(jī)電源）A65饋電柜AT63009NA64洗衣機(jī)車間新風(fēng)A64饋電柜50010NL2冷凍機(jī)NB2A62饋電柜AT680011NLK2 冷卻泵60012NL

7、1冷凍機(jī)NB1A61饋電柜80013NLK1冷卻泵60014N6注塑機(jī)120噸A57饋電柜AT530015N3注塑機(jī)1300噸A65饋電柜100016N56-01洗衣機(jī)外殼成型線100017N2注塑機(jī)1300噸 A55饋電柜100018N1注塑機(jī)1600噸A54饋電柜1200四、洗衣機(jī)C室1C01洗衣機(jī)全自動(dòng)總裝線C21饋電柜CT25002CO2洗衣機(jī)全自動(dòng)脫水槽組裝線C22饋電柜50032APO4-1-1滾筒線60HZ, 電源C24饋電柜50041AP04-1滾筒線100V 200V電源C15饋電柜CT110005AP02滾筒總裝線C14饋電柜5006BK11全自動(dòng)100V 200 V 50

8、HZ 電源C11饋電柜CT110003.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)安裝在工廠電網(wǎng)中主要受電點(diǎn)和樞紐配電柜中的電能監(jiān)測(cè)儀表采集到配電網(wǎng)的各項(xiàng)電力參數(shù)信號(hào)，再將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算和分類存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)計(jì)算軟件將電能以報(bào)表、圖表的形式進(jìn)行展示。電能管理人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)看到電能的輸入、傳輸、消耗的全過(guò)程。整個(gè)電能管理系統(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?，F(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

9、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(guò)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??；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)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖。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(guò)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

10、局域網(wǎng)中。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D間隔層主要的設(shè)備為： ACR120EFL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(guò)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(guò)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。ACR120EF

11、L網(wǎng)絡(luò)電力儀表采用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。3.5 電能管理軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)平臺(tái)采用Acrel-3000電能管理組態(tài)軟件。該組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力參數(shù)進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專用軟件，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)”

12、，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(guò)“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。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

13、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(shuō)明此分支斷路器合閘母線有電，如果是綠色說(shuō)明斷路器分閘母線無(wú)電。通過(guò)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(guò)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

14、據(jù)。運(yùn)行界面如下圖所示。 通過(guò)匯總圖表分析功能，用戶可以查看設(shè)定時(shí)間段內(nèi)分類匯總的空調(diào)、冰箱和洗衣機(jī)的匯總用電量，并以柱狀圖或者餅圖的方式直觀顯示出來(lái)。也可以更進(jìn)一步的查看各分類用電設(shè)備中每一臺(tái)設(shè)備的任意時(shí)段用電量，并以柱狀圖顯示，確定高耗能設(shè)備。本軟件還根據(jù)客戶的要求和使用習(xí)慣設(shè)計(jì)了計(jì)劃用電功能。在計(jì)劃用電界面顯示了各個(gè)回路當(dāng)月實(shí)時(shí)用電量，用戶可以對(duì)本月各個(gè)設(shè)備制定計(jì)劃用電量，如超出設(shè)定的計(jì)劃值就會(huì)彈出報(bào)警窗口提示用戶。進(jìn)度條顯示了本月實(shí)時(shí)用電數(shù)達(dá)到計(jì)劃用電數(shù)的百分比，讓用戶能隨時(shí)掌握每臺(tái)設(shè)備的用電情況。通過(guò)該界面還可以對(duì)每個(gè)回路的功率上限進(jìn)行設(shè)定，超過(guò)這個(gè)設(shè)定值會(huì)彈出報(bào)警窗口提示用戶，通過(guò)

15、報(bào)警查詢功能可以查看歷史報(bào)警記錄。界面如下圖。系統(tǒng)特點(diǎn)畫面顯示直觀，數(shù)據(jù)刷新快，同時(shí)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，用戶不需復(fù)雜的配置即可使用，系統(tǒng)功能模塊豐富，各種功能可根據(jù)用戶的需求靈活配置，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)快捷方便，能夠滿足以后的系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容。4 運(yùn)行效果系統(tǒng)自2011年7月正式投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的數(shù)據(jù)采集通過(guò)電能管理軟件分析，發(fā)現(xiàn)工廠有28%的電能消耗在22臺(tái)空壓機(jī)和29臺(tái)注塑機(jī)上，且這些機(jī)器的電能消耗76%是在峰時(shí)段內(nèi)發(fā)生的。工廠環(huán)境品質(zhì)管理部門根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整班組生產(chǎn)計(jì)劃，優(yōu)化生產(chǎn)線工藝流程，成功的使得空壓機(jī)、注塑機(jī)的電能消耗70%發(fā)生在平時(shí)段和谷時(shí)段。僅此一項(xiàng)在2011年9月至12月間就為工廠節(jié)約電能支出約6萬(wàn)元。夏普電器電能管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)總計(jì)花費(fèi)51萬(wàn)元，自運(yùn)行以來(lái)保守計(jì)算月節(jié)約電能支出1.5萬(wàn)元，投資回報(bào)期為34個(gè)月?？偟膩?lái)說(shuō)電能管理系統(tǒng)和安科瑞網(wǎng)絡(luò)電力儀表的綜合應(yīng)用，具有實(shí)施簡(jiǎn)明，投資少等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去工作人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄的繁瑣工作，系統(tǒng)對(duì)各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)