電能管理系統在水泥工廠的應用

艾軍

電能管理系統在水泥工廠的應用

Electrical Energy Management System Applications in Cement Plant

艾軍

介紹了電能管理系統在越南西寧水泥廠的應用配置與系統的功能特點，將智能的電能儀表通過總線通訊到DCS系統中，并經其轉換到生產管理系統中，真正實現了管理與控制的有機結合，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

水泥企業是用能大戶，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濟生產和節能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經建立了能源管理機制，但電能的計量還是以人工抄表為主，對于現代化的企業管理已十分滯后。

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

1 電能管理系統的構成

（1）一次檢測儀表

選用智能型的具有通訊功能的電力監測儀表，不僅有電流、電壓、功率、電量、功率因數等多種檢測功能，同時還具有MODBUS通訊數據遠傳通訊功能。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，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等。通訊網絡為MODBUS RTU，介質為RS485雙絞線，傳輸速率設定為9600bps（可更高）。節點平均數量為10～20個。節點為中壓柜的進饋電回路以及重要的低壓進饋電回路。

（2）現場通訊網絡

現場儀表的通訊網絡為MOD?BUS，而DCS底層網絡為PROFIBUS DP，不能直接將電能信息讀入DCS系統。為了順利接收MODBUS總線的通訊數據，系統配置了總線橋，型號為PB-B-MODBUS。其在PROFI?BUS DP總線一側做PROFIBUS從站；在MODBUS一側既可做MOD?BUS主站，也可以做MODBUS從站。為了順利讀取MODBUS總線數據，其在MODBUS一側設置為MODBUS主站。在MODBUS側可以連接多個子站，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據地址進行多次讀取。接口通過PROFIBUS通信數據區和MOD?BUS數據區的數據映射實現PROFI?BUS和MODBUS的數據透明通信。PROFIBUS從站采用PROFIBUS-DP/V0協議，波特率自適應，最大波特率12M；輸入/輸出數量可自由設定，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，能夠順利讀取現場的電能表計和中壓綜保的數據，并具有寫入功能。

（3）數據采集與處理部分

這部分內嵌至DCS系統內部，利用DCS系統的強大功能，對現場儀表的通訊數據進行處理。通過GSD文件將總線橋的驅動導入DCS系統中，從而根據設備的不同地址讀取相應的電流、電量、功率、功率因數以及中壓斷路器的運行、保護狀態等等。現場數據經總線橋讀入DCS系統后，將相應的數據顯示在用戶界面上（HMI）。同時根據實時產量可計算出實時電耗，供操作員操作參考。

（4）上層通訊網絡

上層通訊網絡負責DCS系統與管理系統的通訊。將電能數據存儲于管理系統的數據庫，同時將生產數據也一并存儲于數據庫，以便進行累積以及單位能耗的計算。DCS系統與管理系統通訊接口采用OPC。通訊為高速以太網。

（5）管理系統與關系數據庫

由于DCS系統處理歷史數據的能力有限，電能管理系統的數據最終存儲于外部的數據庫中，以便長期保存和比較與統計。關系數據庫采用微軟的SQL server。同時根據系統情況配置專用的數據服務器。

（6）數據報表和HMI人機界面

成品數據以EXCEL格式和ASP WEB發布的形式提供給相關人員或部門，同時在DCS系統中也有相應的鏈接，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，為生產決策提供依據（見圖1）。

2 系統的主要功能

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

（2）實時計算并顯示石灰石、生料、熟料、水泥等產品的單位電耗。

（3）計算各生產車間、工序的生產、消耗日、月等電量。

（4）圖形報表的生成和報表的定時輸出。

（5）歷史報表的調用。

3 電能管理系統的特點

（1）真正實現了電力儀表的自動化管理。

（2）和傳統的電力系統電能管理比較，引入了生產產量，能夠實時計算生產電耗。

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

（4）總線技術的應用，使通訊和電氣接線更加便捷，也大大節約了安裝成本。

（5）可以輕松地實現數據對比，從而有效地進行避峰節能，降低生產成本。

（6）OPC技術的應用實現了通用數據庫與DCS系統的雙向通訊系統，既可以讀取DCS生產的實時數據，也可以將管理系統數據送入DCS系統。

4 結語

采用總線橋技術，將兩種不同的總線通訊連接到一起，將現場的多功能電力儀表接入DCS系統，通過DCS系統的強大處理功能進行數據轉換和通訊處理，再通過OPC技術將電能數據預生產數據傳送到管理系統數據庫中，為生產管理提供了實時和準確的信息，是傳統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勢必成為電能管理和DCS系統集合的新趨勢，為工廠的節能減排和綠色生產提供有力的技術支持。

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

[2]PB-B-MM_V3X產品手冊現場總線PRO?FIBUS（中國）技術資格中心

[3]OPC Data Access Custom Interface Standard Version 2.0

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

TM734

A

1001-6171（2012）01-0100-02

通訊地址：中材（天津）控制工程有限公司，天津 300400；

2011-07-11；

呂 光