EMCS在工業(yè)電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

王普杰（上海化學(xué)工業(yè)區(qū)工業(yè)氣體有限公司，上海 201507）

EMCS在工業(yè)電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

王普杰（上海化學(xué)工業(yè)區(qū)工業(yè)氣體有限公司，上海 201507）

本文介紹了EMCS系統(tǒng)，以工業(yè)中的實際應(yīng)用講述了EMCS系統(tǒng)的組成，闡述了EMCS與DCS系統(tǒng)的通訊連接，EMCS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對電氣設(shè)備的自動化控制、測量和保護等功能的實現(xiàn)，EMCS對電力系統(tǒng)的管理和對歷史事件的記錄等。通過對基于RTU560的EMCS系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，操作簡單并可以進行個性化開發(fā)的分析，提出了在不久的將來，EMCS必將在各行各業(yè)的電力系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用，成為電力系統(tǒng)標準配置的觀點。

EMCS；通訊；自動化控制；微機保護；智能管理

隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展，常規(guī)的電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)遠遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。EMCS系統(tǒng)采用了先進的IT技術(shù)，為用戶提供現(xiàn)代化的設(shè)備監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集模式，實現(xiàn)了變電站自動化和對電力負荷的最優(yōu)化管理，其信息通過網(wǎng)絡(luò)通信方式接入DCS實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢互補，已經(jīng)成為一種新的工業(yè)應(yīng)用。上海化學(xué)工業(yè)區(qū)工業(yè)氣體有限公司的新建合成氣裝置就采用了EMCS系統(tǒng)。

1 EMCS系統(tǒng)簡介

EMCS是電氣監(jiān)控系統(tǒng)（Electrical Monitoring & Control System）的英文簡稱，是基于數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站（PC）、工業(yè)監(jiān)控軟件、工業(yè)控制器（PLC）、現(xiàn)場總線、傳感器、執(zhí)行器、微機綜合保護繼電器等設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的集成的工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理。一般情況下，DCS和EMCS之間采用串行通訊（Modbus TCP冗余），EMCS和電氣設(shè)備（開關(guān)柜，UPS等）之間也采用串行通訊實現(xiàn)控制、監(jiān)視、遙測、狀態(tài)顯示、報警、管理和調(diào)節(jié)，對可靠性要求很高的電氣聯(lián)鎖和控制，采用硬接線的方式[1]。上海化學(xué)工業(yè)區(qū)工業(yè)氣體有限公司合成氣新建項目采用了ABB的基于RTU560裝置的EMCS系統(tǒng)[2]，負責現(xiàn)場低壓電氣設(shè)備、中壓電氣設(shè)備、中壓保護繼電器與DCS系統(tǒng)和MicroSCADA系統(tǒng)之間的信息傳送,它也是EMCS與電力調(diào)度中心信息共享的核心裝置[3]。圖1所示是EMCS系統(tǒng)中的新建合成氣裝置電氣單線圖。由于該變電站容量比較大，要求電源和專業(yè)通信控制單元采用冗余結(jié)構(gòu)，所以選用ABB的遠程終端單元RTU560A，采用冗余技術(shù)保證單一的部件故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)及其相關(guān)電子組件完全失效，大大提高了系統(tǒng)工作的可靠性。

圖1 新建合成氣裝置電氣單線圖

圖2所示為RTU通訊原理圖。RTU是Remote Terminal Unit（遠程終端單元）的縮寫，是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，是對分布距離遠、生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。我公司的合成氣新建項目采用的是ABB的MicroSCADAPro Control System SYS 600C系統(tǒng)進行變電站監(jiān)控，可以監(jiān)視現(xiàn)場中低壓電氣設(shè)備的運行。

圖2 RTU通訊原理圖

2 EMCS的系統(tǒng)組成

EMCS系統(tǒng)由一套冗余的EMCS主控制單元和一套工作站組成。EMCS主控單元典型配置為：一套含有CPU、I/O卡、電源卡等組件的冗余PLC，與DCS通訊的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，安裝在電氣設(shè)備內(nèi)的通訊接口設(shè)備（綜合保護繼電器）。EMCS的軟件系統(tǒng)是基于windows操作系統(tǒng)的標準的軟件系統(tǒng)。采用菜單式管理，工程軟件和操作軟件相分離，通過密碼控制工作權(quán)限。系統(tǒng)軟件充分進行了文檔化，使用時可以和邏輯圖相互參照對比。我公司使用的ABB的MicroSCADA Pro Control System SYS 600監(jiān)控系統(tǒng)[4]，項目中共配置了4臺RTU560裝置，如圖2所示，K1：RTU560A，負責與I段低壓電氣設(shè)備的通訊及硬接點信號的接入；K4：RTU560A，負責與II段低壓電氣設(shè)備的通訊及硬接點信號的接入，K7和K8：RTU560G是相互冗余的兩臺通信設(shè)備，分別接入所有的低壓、中壓繼電器及硬接點信號，為DCS系統(tǒng)提供兩個通信信道，支持DCS的主備通道通信。兩臺RUGGEDCOM的網(wǎng)絡(luò)交換機，負責整個通信系統(tǒng)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接。另外，2~3小時備用的保證系統(tǒng)正常操作的一套UPS設(shè)備，供EMCS主單元和工作站使用。

3 EMCS對開關(guān)柜的控制、測量和保護

所有的高中低壓開關(guān)柜的智能保護繼電器都安裝在各自的開關(guān)柜里（包括進線柜、母聯(lián)柜、變壓器出線柜、電容器柜、電動機起動器和一些低壓非電動機支路）。通過智能保護繼電器的通訊接口與EMCS進行通訊，用于控制和測量[5]，并具有如下功能：

? 就地控制、保護、監(jiān)視、顯示狀態(tài)信號和測量值；

? 通過EMCS遠程控制、遠程顯示信號狀態(tài)和測量值；

? 通過EMCS遠程訪問各個設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)。

控制功能用于控制和監(jiān)視對象，對斷路器來說包括開關(guān)、手車和接地刀閘等設(shè)備，其位置由符號的形狀表示，狀態(tài)由不同的顏色表示,如圖1和圖3所示。操作開關(guān)設(shè)備時要確保該命令源有權(quán)進行操作，確保同一時間只有一個命令源可以控制開關(guān)，只允許執(zhí)行安全命令（聯(lián)鎖），并且監(jiān)視命令的執(zhí)行。

測量功能提供了一個方便快捷的方式在畫面上監(jiān)視工程量，測量值可以以數(shù)字和圖形的形式表達，并且可以設(shè)置報警值，最大最小值等，便于進行報警管理。

電氣設(shè)備的保護功能由智能綜合保護繼電器提供，所有的測量結(jié)果和保護信息均被EMCS系統(tǒng)采集,并發(fā)出相應(yīng)的報警，其監(jiān)控畫面如圖1和圖3所示。

圖3 低壓電氣設(shè)備狀態(tài)圖

4 EMCS與DCS的連接及應(yīng)用

EMCS的應(yīng)用，改變了DCS與電氣數(shù)據(jù)之間純粹硬接線的接入方式。由于電氣設(shè)備的電壓、電流、功率和各種保護動作信息均通過通信接入DCS，實現(xiàn)對DCS邏輯功能的補充或?qū)CS的部分連鎖功能由EMCS實現(xiàn)，電氣設(shè)備的控制也通過通信實現(xiàn)。通信連接方式的采用避免了在電氣設(shè)備上大量配置變送器，在DCS機柜內(nèi)大量配置I/O卡件，成本大大降低，而且得到的信息更加豐富，增強系統(tǒng)可靠性。以鍋爐給水泵為例，DCS邏輯中電動機的手動啟動和停止對應(yīng)EMCS中該電動機斷路器的手動合閘與分閘；允許啟動和停止由EMCS系統(tǒng)中的綜合保護測控裝置自己判斷。此方案可在不增加太多成本的情況下，實現(xiàn)電動機的聯(lián)鎖和閉鎖功能，可與DCS工藝聯(lián)鎖邏輯實現(xiàn)冗余配置，提高電動機工藝聯(lián)鎖的可靠性。此外，該方案可使各系統(tǒng)功能分布更加合理，EMCS采用通信方式能夠很容易實現(xiàn)設(shè)備故障波形記錄和分析，設(shè)備運行歷史記錄管理，綜保保護定值管理等，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動抄表，從而實現(xiàn)對DCS功能的補充，使DCS更專注于工藝流程控制。

5 系統(tǒng)管理和事件記錄

在EMCS系統(tǒng)中能夠清楚地顯示變電站的控制系統(tǒng)單線圖（如圖1）、總體結(jié)構(gòu)圖、各個設(shè)備的工作狀態(tài)和所有進線柜、聯(lián)絡(luò)柜、電動機起動柜、非電動機饋線柜、UPS和直流屏等的電氣數(shù)據(jù)。提供通訊網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息、冗余信息、實時打印信息和報告管理。EMCS系統(tǒng)可以對所有的電子模塊和控制系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，并對所有影響系統(tǒng)性能的干擾事件進行報警和記錄。系統(tǒng)故障和報警信息直到被確認才不再提示，報警確認時只確認當前報警，并能夠區(qū)分已經(jīng)確認的報警和沒有確認的報警。另外，可以對事件歷史信息進行檢索、顯示和打印。狀態(tài)信息和分類報警信息可以上傳到DCS系統(tǒng)。對這些信息按照事先分配的優(yōu)先級發(fā)出，例如：立即動作需求，延時動作需求，能夠等待的定時限工作信息等。

EMCS系統(tǒng)采集了所有我們需要的電氣設(shè)備信息，根據(jù)實際需要，可以傳送到DCS，供儀表DCS系統(tǒng)調(diào)用。EMCS系統(tǒng)使監(jiān)視和控制集中化，總體布局便于操作，便于運行維護和管理[7]。

6 結(jié)語

EMCS作為一種新型的電力控制系統(tǒng)，具有安全可靠，性能穩(wěn)定，操作方便等優(yōu)點，大大提高了電力系統(tǒng)的自動化水平[6]。隨著我國電力事業(yè)的飛速發(fā)展，EMCS已經(jīng)成為電氣設(shè)備運行維護和管理的發(fā)展方向。由于基于RTU560的EMCS系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，操作簡單并可以根據(jù)用戶的需求進行個性化開發(fā)，在國民經(jīng)濟各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，例如：用于電廠和電力系統(tǒng)，變電站自動化，天然氣和石油管道應(yīng)用，運輸系統(tǒng)和鐵路，供水及水處理等。相信在不久的將來，EMCS必將在各行各業(yè)的電力系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用，成為電力系統(tǒng)的一種標準配置。

[1] 閏天軍, 郭偉, 趙樹春. 火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)接入DCS方式的分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2006 (11) , 86-89.

[2] ABB.Remote Terminal Unit RTU560, [EB], ABB Document Identify: 1KGT 150 541 V002 1, 電子文獻網(wǎng)址：http://www.abb.com.cn/abblibrary/Download Center/?showresultstab=true&categoryid=9AAF402090.

[3] 柴昕, 趙萍, 蒲君惠. 電氣控制ECS系統(tǒng)[J]. 農(nóng)村電氣化, 2008 (9) , 40-41.

[4] ABB.MicroSCADA Pro SYS 600C 變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng). [EB], 2011, 5,電子文獻網(wǎng)址: http://www.abb.com/product/db0003db004281/c6f2dce bc3b7f3e3c1257555002750b5.aspx.

[5] 楊凌波, 劉耀宇, 吳志鵬. ECS在電廠DCS中的應(yīng)用探討[J]. 自動化博覽, 2009 (S1) , 123-124.

[6] 許興源. 淺談ECS系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 大眾科技, 2010(9), 121-121.

[7] 管建華, 秦小光, 金世杰, 等. 城市軌道交通設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)[A]. 中國城市軌道交通新技術(shù) (第二集) [C], 2007. 328-331.

Applications of EMCS in Industrial Electrical System

This paper introduces electrical monitoring &control system, and gives the composition of EMCS by practical application in industry and communication connection between MCS and DCS. The paper describes the EMCS and DCS Implementation of automatical control, measure and protection function in electrical equipment of power system, The management and history events record about power system are also described in this paper. Based on the widely applications of RTU560-based EMCS system and the features of the simple operation as well as individualization development, we point that the EMCS will obtain more applications in electrical system, and will become the standard confguration in power system in the near future.

EMCS; Communication; Automatic control; Microcomputer protection; Intelligent management

王普杰（1972-），男，本科，電氣工程師，從事高低壓電氣設(shè)備的運行和維護工作。

B

1003-0492(2014)03-0060-03

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