淺談安科瑞電力監控在生物制藥企業(yè)變配電系統自動(dòng)化改造的應用

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)的管理構架方案，以提高變配電系統自動(dòng)化管理水平，減少系統從故障中恢復的時(shí)間。系統具備變配電設備和大功率設備關(guān)鍵參數監控、報警和統計功能，保障企業(yè)的安全生產(chǎn)。 

關(guān)鍵詞：ISA95；IEC61850；變配電系統；自動(dòng)化

??生物制藥廠(chǎng)房對生產(chǎn)環(huán)境要求高，需大量高能耗空調和動(dòng)力設備。生產(chǎn)工藝復雜要求設備持續工作。如果出現閃電或跳閘都將導致生 產(chǎn)中斷，數據丟失，給生產(chǎn)安全帶來(lái)風(fēng)險。因此提高供電穩定性對生物 制藥企業(yè)十分必要。由于故障具有偶然性和突發(fā)性，傳統值班方式難以及時(shí)恢復供電。而變配電自動(dòng)化系統能夠快速統計能耗數據，監控變壓器和環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài)，并通過(guò)遠程操作及時(shí)恢復供電。 

??隨著(zhù)自動(dòng)化和信息化技術(shù)發(fā)展，將能源管理系統（EMS）整合到中央監控系統中已成為趨勢。底層數據來(lái)自SCADA，復雜數據通過(guò)外部 系統處理后反饋給生產(chǎn)智能系統。目前主流scada 供應商都推出自己中央監控系統，如 wonderware WSP平臺、西門(mén)子X(jué)HQ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)境監控、維保、移動(dòng)客戶(hù)端、能源管理等功能。 

??IEC61850 協(xié)議（電力自動(dòng)化標準）提出公共通信標準和設備規范， 實(shí)現系統的無(wú)縫銜接；并將變電配電通信系統分為3層：站控層、間隔 層、過(guò)程層，其結構如圖3所示

站控層功能是通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò )匯總全站的實(shí)時(shí)數據信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數據庫；按規約將數據信息發(fā)送到控制中心；接收控制中心命令并轉向間隔層、過(guò)程層執行；具有對間隔層、過(guò)程層設備的在線(xiàn)維護、組態(tài)和參數修改功能。間隔層功能是匯總本層過(guò)程實(shí)時(shí)數據信息，具有對一 次設備保護控制功能；優(yōu)先控制數據采集、統計運算和發(fā)出控制命令；具有承上啟下的通信功能，同時(shí)與過(guò)程層及站控層高速通信；必要時(shí)，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(guò)程層是指電氣設備的智能化部分，按主要功能可以分為三類(lèi)

??(1）電力運行實(shí)時(shí)的電氣量檢測；

??(2）運行設備的狀態(tài)參數檢測；

??(3）操作控制執行與驅動(dòng)。 

??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(guò)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)。變電站內的電子設備（IED，測控單元和繼電保護)均采用統一的協(xié)議如 modbus，通過(guò)網(wǎng)路進(jìn)行信息交換。IEC61850 規范電力設備和設備組件的建模，定義了公共數據格式、標識符、行為和控制，例如變電站和饋線(xiàn)設備（斷路器、電壓調節器和 繼電保護等）。協(xié)議顯著(zhù)降低數據管理費用、減少工程量、簡(jiǎn)化數據維 護、減少由于配置錯誤而引起的系統停機時(shí)間。采用該標準，變配電設備具有自述、自診斷和即插即用的特性，方便了系統的集成，降低了變配電系統自動(dòng)化的工程費用。

3.1 變配網(wǎng)自動(dòng)化系統組成 

??配網(wǎng)自動(dòng)化系統遵循分布式結構和集中控制的設計思想，站控層包 含監控系統（或中央監控平臺)主機；間隔層包含交換機、網(wǎng)關(guān)等設備； 過(guò)程層包括配變終端設備（TTU）、饋線(xiàn)終端單元（FTU）、配電終端單 元（DTU）、遠程終端單元（RTU）、數字電表等設備。其中 TTU 監測并 記錄配電變壓器運行工況。FTU 是在饋線(xiàn)開(kāi)光旁的開(kāi)關(guān)監控裝置。DTU 采集開(kāi)關(guān)設備的位置、電壓、功率等數據并進(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)作為電力系統的最終環(huán)節，其自動(dòng)化系統數據龐大、拓撲復雜，主要有以下特點(diǎn)： ??（1）通訊節點(diǎn)多，需安裝大量的通信終端。 

??（2）節點(diǎn)分散，設備分部在園區的各功能建筑。 

??（3）數據量大，采集包括電流、電壓、開(kāi)關(guān)位置、溫度等狀態(tài)變量。 

3.3 通訊方式和系統結構 

??目前自動(dòng)化系統的主要通信方式有：光纖通信、配電線(xiàn)路載波通信、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)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(cháng)、抗干擾能力強等特點(diǎn)。載波通訊是利用電源線(xiàn)傳遞高配載 波信號，具有投資少，管理維護方便、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(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信使用 GPRS、3G等，移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )適用于間歇性、突發(fā)性或少量的數據傳輸，適用于不變敷設光纖的地區。無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通訊使用 DT-LTE、WiMAX、WIFI等，具有抗干擾能力強、傳輸寬帶高等優(yōu)點(diǎn)，適用于位置偏僻的設備。Modbus通信是一種串行通訊協(xié)議，具有速度快、穩定、易實(shí)現總線(xiàn)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，生物制藥企業(yè)設備布局分散，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(zhuān)網(wǎng)通信，部分設備采用無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信。近距離節點(diǎn)使用網(wǎng)線(xiàn)通訊，遠距離節點(diǎn)使用光纖，不便敷設光纖的節點(diǎn)采用 WiFi通訊。過(guò)程層設備統一采用 Modbus通信，通過(guò)串口服務(wù)器或 WIFI設備服務(wù)器和將數據傳輸至以太網(wǎng)SCADA采集服務(wù)器，EMS系統從SCADA系統提取數據，并進(jìn)行可視化展示。 

??AcrelEMS-BP能效管理系統，集電力監控、能源管理、設備運維于一體。平臺采用自動(dòng)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)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、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(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

4.1平臺組成

??安科瑞生物制藥能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成35KV/10KV的10KV/O.4KV電力監控系統、智能馬達監控系統、能耗管理系統、電氣火災監控系統、防火門(mén)監控系統、消防設備電源系統、消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可對制藥廠(chǎng)區全局的用電和用電安全進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)用電可靠、安全、穩定、有效、有序的要求。

4.2平臺拓撲圖

4.3平臺子系統

??（1）電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄 

   

（2）能耗管理系統

??建立的能耗監測管理系統，對生物制藥各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便生物制藥用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)位的報警，并為生物制藥削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

 

 

（3）馬達監控

??馬達監控實(shí)現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實(shí)現對電機過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯(lián)動(dòng)控制。

（4）智慧消防

??智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

（5）充電樁管理平臺

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

??5.1電力監控及馬達保護系統

??5.2能源管理系統

 

??5.3智慧消防系統

??(1)電氣火災監控系統

??(2)消防設備電源監控系統

??(3)防火門(mén)監控系統

??(4)消防應急照明和疏散指示系統

 

??5.4充電樁理系統

 

??基于中央監控平臺的EMS系統具備車(chē)間能耗監控和統計、分析功能，能夠實(shí)現大功率設備監控、關(guān)鍵開(kāi)關(guān)合閘和設備報警功能。這將提升生物制藥企業(yè)變配網(wǎng)的管理水平和穩定性。

 

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[5] 馬達,曹永剛.制藥企業(yè)安全供電系統研究.

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