易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要: 針對(duì)制造業(yè)智能制造升級(jí)改造過(guò)程中，設(shè)備電能監(jiān)控管理的需求，提出一種基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念的設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)體系，研究系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及平臺(tái)架構(gòu)，進(jìn)行電能監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)功能、系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)采用智能電表監(jiān)測(cè)設(shè)備的電能參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)把電表的 Modbus 協(xié)議轉(zhuǎn)換成MOTT協(xié)議，并上傳到云平臺(tái)。在某工廠實(shí)際場(chǎng)景下，進(jìn)行系統(tǒng)的安裝部署及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備電能參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)該工廠的設(shè)備、產(chǎn)線、車(chē)間用電的*確計(jì)量，提高了設(shè)備用電統(tǒng)計(jì)分析效率，有效地支撐了工廠電能管理、用電優(yōu)化，提高機(jī)器生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有建設(shè)成本低、容易實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行可靠利于復(fù)制推廣的優(yōu)點(diǎn)，可以基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)積累數(shù)據(jù)，進(jìn)一步挖掘分析，構(gòu)建能耗優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)工廠電能的智能管理。
關(guān)鍵詞: 電能監(jiān)控；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；電能管理；能源管理；云平臺(tái)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
0引言
在我國(guó)的能源消耗中，企業(yè)是能源消耗的大戶(hù)，企業(yè)能源消耗量占全國(guó)能源消耗總量的70%左右。電能消耗，是企業(yè)生產(chǎn)的主要成本，降低用電成本，是生產(chǎn)過(guò)程的主要關(guān)注點(diǎn)之一。建設(shè)一個(gè)集中統(tǒng)一的工廠電能監(jiān)控系統(tǒng)，已成為近年研究的熱點(diǎn)。通過(guò)獲取機(jī)器詳細(xì)用電數(shù)據(jù)，電能監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備電能的集中采集、監(jiān)控、計(jì)算、分析及處理，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或者決策層展示設(shè)備能耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)和不合理的耗能習(xí)慣，有利于電能消耗的*確分析與優(yōu)化，有效節(jié)約能源，從而在企業(yè)能源平衡、調(diào)度與優(yōu)化、設(shè)備運(yùn)行與能源管理等方面發(fā)揮重要作用。
近年來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展日趨成熟，它融合了先進(jìn)制造技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，是一種新型的網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)模式，是工業(yè)互聯(lián)的信息*樞，是制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施在智慧工廠建設(shè)或企業(yè)智能制造升級(jí)改造中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正逐步應(yīng)用于設(shè)備管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、供應(yīng)鏈管理安環(huán)管理!3-61等環(huán)節(jié)。本文將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)，研究了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工廠設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)體系，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了該系統(tǒng)，并在實(shí)際工廠中開(kāi)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工廠設(shè)備電能的實(shí)時(shí)采集監(jiān)控及處理與分析，有效地支撐了設(shè)備電能優(yōu)化應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率、機(jī)器效能，降低用電成本。
1 架構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖1所示，由設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)、車(chē)間局域網(wǎng)、企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成。設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)主要負(fù)責(zé)設(shè)備層級(jí)聯(lián)網(wǎng)，是指現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、Loral/WiFi/5G等設(shè)備層級(jí)局域網(wǎng);車(chē)間局域網(wǎng)一般是以太網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)或5G專(zhuān)網(wǎng)構(gòu)建的車(chē)間級(jí)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)是為企業(yè)生產(chǎn)與辦公設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)或光纖通信網(wǎng)。
在*點(diǎn)高耗能設(shè)備上安裝智能電表，在車(chē)間或產(chǎn)線側(cè)部署數(shù)據(jù)采集終端，采集電表中的電能參數(shù)并發(fā)送至云端，云平臺(tái)接收設(shè)備電能數(shù)據(jù)后，進(jìn)行處理、存儲(chǔ)與展示分析。
1.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念17-201設(shè)計(jì)的電能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示，分別由邊緣層、基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)、工業(yè)平臺(tái)層(PaaS)、工業(yè)應(yīng)用層 (SaaS) 及工業(yè)安全防護(hù)模塊組成。
邊緣層面向工廠設(shè)備、傳感器接入與數(shù)據(jù)采集而設(shè)計(jì)，在能源監(jiān)控管理系統(tǒng)中，主要負(fù)責(zé)接入各類(lèi)能源消耗相關(guān)傳感器和儀表并采集數(shù)據(jù)。
IaaS層是虛擬化的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源可以通過(guò) OpenStack、VMware 等軟件自行搭建，或者選用華為云、阿里云等商業(yè)云搭建。
PaaS層主要包含中間件、通用PaaS平臺(tái)、工業(yè)建模和數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、工業(yè)微服務(wù)庫(kù)等模塊。其中中間件提供電表接入、數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理及存儲(chǔ)服務(wù)通用PaaS平臺(tái)模塊提供基礎(chǔ)資源的管理與運(yùn)維能力;工業(yè)建模和數(shù)據(jù)分析模塊提供電能模型、設(shè)備建模、工廠建模等的建模與分析能力;應(yīng)用開(kāi)發(fā)與工業(yè)微服務(wù)庫(kù)模塊提供平臺(tái)工具支撐系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行與管理。
SaaS層為微服務(wù)化部署的設(shè)備電能監(jiān)測(cè)、產(chǎn)線電能監(jiān)控、能耗預(yù)警、電能統(tǒng)計(jì)分析、電能對(duì)比分析、能耗優(yōu)化分析等應(yīng)用，支撐工廠電能全要素、多維度的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析改善，助力電能管理優(yōu)化。
2 電能監(jiān)測(cè)
2.1 電能監(jiān)測(cè)點(diǎn)
工廠中用電消耗關(guān)注點(diǎn)主要為高能耗的設(shè)備、產(chǎn)線車(chē)間，通用輔助設(shè)備、設(shè)施及工廠等。首先需對(duì)工廠全域進(jìn)行電能監(jiān)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)。某工廠電能監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)示例如表1所示。
2.2 智能電表選擇
工廠設(shè)備常用380 V三相電，考慮設(shè)備電能監(jiān)測(cè)需要高精度、高質(zhì)量、安全可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，且外形緊湊具備通信接口，易于安裝的需求，本文選擇安科瑞三相電能表ACR230ELH/ACR330ELH進(jìn)行設(shè)備的電能監(jiān)測(cè)它是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施等的電能監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的，符合 Class 0.5S/Class 1精度標(biāo)準(zhǔn)，具有三相交流有功功率、無(wú)功功率和視在功率測(cè)量與顯示具有 RS485 通信接口(Modbus RTU協(xié)議)，可用于供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷以及電能管理。
2.3 電能數(shù)據(jù)采集
首先，通過(guò)串口服務(wù)器USR-N580-H7 連接智能電表，實(shí)現(xiàn)RS485-以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換，將電表接入設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)中。然后，采用工業(yè)網(wǎng)關(guān)、SCADA或數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)電表參數(shù)的采集。由于電表的通信協(xié)議為 ModbusRTU，其協(xié)議棧簡(jiǎn)單，考慮低成本、自主可控因素，本文利用自行開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，進(jìn)行設(shè)備的電能采集。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
電能監(jiān)控系統(tǒng)的功能框圖如圖3所示。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理、系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)展示與分析、能耗預(yù)警、權(quán)限控制等功能.
(1) 數(shù)據(jù)采集與處理。在各用電計(jì)量節(jié)點(diǎn)及重要耗電設(shè)備的配電柜荃癌傲憊斑艾挨卑啊奔耙豹愛(ài)豹拆斃滁胺班苞襖奔榜苞堡報(bào)內(nèi)安裝智能電表，進(jìn)行電能參數(shù)的監(jiān)測(cè)，利用邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)把電能參數(shù)發(fā)送到云端，云端中間件接收電能參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析、處理與存儲(chǔ)。
(2)系統(tǒng)建模。系統(tǒng)建模包括工廠建模和設(shè)備建模工廠建模是指根據(jù)實(shí)施規(guī)劃，進(jìn)行工廠的實(shí)體建模，配置好工序、車(chē)間、工廠、基地、集團(tuán)等關(guān)系，并按照管理要求構(gòu)建用電成本中心;設(shè)備建模是指創(chuàng)建設(shè)備類(lèi)型設(shè)備屬性、設(shè)備配置，并實(shí)例化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括:智能儀表、車(chē)間配電柜、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
(3) 數(shù)據(jù)展示與分析。能源圖表以所建模型為原型將相關(guān)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)電能參數(shù)在模型上打點(diǎn)，顯示實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)值和電能流向，并以顏色差異提供初步狀態(tài)提示，能按產(chǎn)線、按區(qū)域、按設(shè)備類(lèi)型、按時(shí)段展示與分析，查詢(xún)?cè)O(shè)備的實(shí)時(shí)電能參數(shù)與狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)曲線，生成分析報(bào)表等。
(4)能耗預(yù)警。設(shè)置系統(tǒng)中的報(bào)警類(lèi)型以及報(bào)警之后對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)設(shè)備發(fā)生能耗異常報(bào)警，以短信微信、郵件、頁(yè)面消息等方式通知到對(duì)應(yīng)的責(zé)任人。
(5) 權(quán)限控制。主要是部門(mén)、角色、用戶(hù)、菜單的系統(tǒng)賬號(hào)及賬號(hào)的權(quán)限管理。
3.2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)
(1)設(shè)備電能監(jiān)控界面
系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控界面進(jìn)行數(shù)據(jù)展示與分析，設(shè)備電能監(jiān)控界面如圖4所示，主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備、產(chǎn)線、車(chē)間的電能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與展示。
(2)設(shè)備電能統(tǒng)計(jì)及趨勢(shì)分析界面
以一臺(tái) (套)機(jī)器的能耗作為分析對(duì)象，依據(jù)機(jī)器的性能及技術(shù)參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)器的電能數(shù)據(jù)建模計(jì)算分析，以可視化的圖表，展示機(jī)器的性能及生產(chǎn)運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)、高效，生成計(jì)劃、維護(hù)、維修建議，讓機(jī)器保持高效運(yùn)行。設(shè)備電能統(tǒng)計(jì)及趨勢(shì)分析界面如圖5所示。
(3)廠區(qū)/車(chē)間/產(chǎn)線能耗對(duì)比分析界面
系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以時(shí)間為維度，查詢(xún)與展示生產(chǎn)和非生產(chǎn)時(shí)段的設(shè)備、產(chǎn)線、車(chē)間的耗能情況以及趨勢(shì)，能夠進(jìn)行電能數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)，可以展開(kāi)廠區(qū)、車(chē)間、產(chǎn)線能耗同比、環(huán)比、量化對(duì)比分析。廠區(qū)、車(chē)間、產(chǎn)線能耗對(duì)比分析界面如圖6所示。
通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，整體把握工廠能耗情況，并與上一周、月或年的數(shù)據(jù)做橫向?qū)Ρ龋山Y(jié)合產(chǎn)量，將能耗預(yù)分配到一個(gè)單位的產(chǎn)品耗能上。在此基礎(chǔ)上細(xì)分，可下分到產(chǎn)線、班組、工位等。以此可分析出企業(yè)整體耗能情況，*點(diǎn)耗能區(qū)域，做總體量化自身趨勢(shì)分析。根據(jù)不同的方式和算法進(jìn)行分析處理，挖掘出其中的某種規(guī)律并給出節(jié)能優(yōu)化建議，提供給管理人員作為參考決策實(shí)現(xiàn)工廠電能的優(yōu)化管理。
4系統(tǒng)實(shí)施
4.1智能電表安裝部署
在某工廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的控制柜中安裝電流互感器與智能電表。通過(guò)安裝電流互感器感應(yīng)回路中電流的大小，智能電表與電流互感器連接，進(jìn)行回路電流、電壓、功率、電耗等電能參數(shù)的監(jiān)測(cè)，來(lái)獲取車(chē)間、產(chǎn)線、機(jī)器的電能參數(shù)。
4.2系統(tǒng)配置
智能電表配置參數(shù):協(xié)議ModbusRTU，波特率9600停止位1位，偶檢驗(yàn);串口服務(wù)器USR-N580-H7的配置參數(shù)是通信方式設(shè)置為雙向透明傳輸，其他參數(shù)設(shè)置與智能電表相同:參數(shù)配置完成后，需要給智能電表串口服務(wù)器重新上電，實(shí)現(xiàn)重啟。
4.3系統(tǒng)具體應(yīng)用
某工廠中實(shí)際場(chǎng)景下部署的設(shè)備電能數(shù)據(jù)采集平臺(tái)如圖7所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 75臺(tái)智能電表的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)與采集，并以MOTT協(xié)議把采集到的電能參數(shù)上傳云端。
電能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的 WEB 界面(部分截圖) 如圖8所示。實(shí)現(xiàn)設(shè)備電能參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)該工廠的設(shè)備、產(chǎn)線、車(chē)間用電的*確計(jì)量。
在該工廠的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析效率提高 300%，有效地支撐了工廠電能管理、用電優(yōu)化。結(jié)合設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)系統(tǒng)以可視化的圖表展示機(jī)器的性能及生產(chǎn)運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)、高效，為生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備維護(hù)、維修提供建議，提高機(jī)器生產(chǎn)效率。
5 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
5.1概述
用戶(hù)端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對(duì)用戶(hù)可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
5.2應(yīng)用場(chǎng)所
（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；
（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）；
（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；
（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；
（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.4系統(tǒng)功能
1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。
3）詳細(xì)電參量查詢(xún)
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。
4）運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶(hù)要求導(dǎo)出PDF格式文件。
5）變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
6）實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。
7）歷史事件查詢(xún)
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。
8）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。
9）遙控操作
系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
10）用戶(hù)權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
11）通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
12）視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
13）用戶(hù)報(bào)告
用戶(hù)報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
14）APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢(xún)，設(shè)備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。
5.5系統(tǒng)硬件配置清單
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應(yīng)用場(chǎng)合 |
型號(hào) |
圖 片 |
功能 |
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電能管理軟件 |
Acrel-3000WEB |
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Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶(hù)配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為用戶(hù)提供更好的運(yùn)維服務(wù)。平臺(tái)提供用戶(hù)概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電分析、日/月/年用能數(shù)據(jù)報(bào)表、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能，并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。 |
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智能網(wǎng)關(guān) |
Anet-2E8S1 |
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8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持不同協(xié)議向多平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);輸入電源:AC/DC 22ov，導(dǎo)軌式安裝。 |
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ANet-2E4SM |
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4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC 12 V ~36 V .支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
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ANet-485 |
M485模塊:4路光耦隔離RS485 |
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ANet-M4G |
M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 |
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35kV/10kV/6kV微機(jī)保護(hù)裝置 |
AM6系列 |
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35kV及以下配電系統(tǒng)線路、主變、配電變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器、PT監(jiān)測(cè)/PT并列、母聯(lián)/備自投等保護(hù)。 |
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35kV/10kV/6kV弧光保護(hù) |
ARB5-M |
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主控單元，可接20路弧光信號(hào)或4個(gè)擴(kuò)展單元，弧光保護(hù)〈8組）、失靈保護(hù)(4組）、TA斷線監(jiān)測(cè)（4組）、非電量保護(hù)、裝置故障告警 |
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ARB5-E |
擴(kuò)展單元，可以插接6塊擴(kuò)展插件，每個(gè)擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號(hào) |
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ARB5-S |
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弧光探頭，建議安裝地點(diǎn)包括（但不限于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開(kāi)孔安裝，亦可支架式安裝。弧光探頭的檢測(cè)范圍是一個(gè)角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。 |
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35kV/10kV/6kV進(jìn)線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè) |
APView500 |
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裝置1024點(diǎn)波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度監(jiān)測(cè)、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求。 |
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35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點(diǎn)測(cè)溫 |
ASD500 |
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液晶屏顯示一次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕、預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測(cè)量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對(duì)時(shí)、高壓內(nèi)電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫、全電參量測(cè)溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
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35kV/10kV/6kV傳感器 |
ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125℃，測(cè)量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
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35kV/10kV/6kV間隔電參量測(cè)量 |
APM830 |
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三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos） ，零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
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高壓重要回路 或低壓進(jìn)線柜 |
APM810 |
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三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類(lèi)型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
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AEM96 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí),無(wú)功電能精度2級(jí) |
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ADW300/4G |
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三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率測(cè)量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測(cè)量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測(cè)量當(dāng)月及上三月的電壓、電流、功率;需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復(fù)費(fèi)率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開(kāi)關(guān)量輸入、2路開(kāi)關(guān)量輸出;支持4路測(cè)溫;支持1路剩余電流測(cè)量;支持本地顯示及按鍵設(shè)置;有功電能精度1級(jí)。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無(wú)線通訊、4G通訊;WIFI通訊 |
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0.4kV出線 |
AEM72 |
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三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測(cè)量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí).無(wú)功電能精度2級(jí) |
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DTSD1352 |
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三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測(cè)量，分相正向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì)﹔紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí)。 |
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ACR120EL |
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LCD顯示、全電參量測(cè)量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計(jì)量;RS485/Modbus;可選復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、需量統(tǒng)計(jì);4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus 協(xié)議 |
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照明箱 |
DDSD1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1級(jí)，無(wú)功精度2級(jí);可選配復(fù)費(fèi)率 |
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DDS1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1級(jí)，無(wú)功精度2級(jí);尺寸:1P |
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電流互感器 |
AKH-0.66/K型 |
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開(kāi)口式電流互感器 |
6 結(jié)束語(yǔ)
本文研究了一種基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)體系的設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行了系統(tǒng)功能、架構(gòu)、電能監(jiān)測(cè)以及用戶(hù)交互界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并在實(shí)際工廠中落地應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工廠設(shè)備電能的實(shí)時(shí)采集、電能監(jiān)控、設(shè)備用電統(tǒng)計(jì)分析，以及廠區(qū)、車(chē)間、產(chǎn)線的多維度能耗對(duì)比分析，有效地支撐了設(shè)備電能優(yōu)化應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率、機(jī)器效能，降低用電成本。該系統(tǒng)具有建設(shè)成本低、容易實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行可靠、利于復(fù)制推廠的優(yōu)點(diǎn)。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以積累數(shù)據(jù)，進(jìn)一步挖掘分析，構(gòu)建能耗優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)工廠電能的智能管理。未來(lái)系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展，可建成工廠的水、電、汽、熱等全要素能源智慧管理系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]浦漢軍，王宇華，江開(kāi)放，等.基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備電能監(jiān)控系統(tǒng)[J] .機(jī)電工程技術(shù)，2023,52(10): 166-169
[2]張利平,王航,張瑾,等.能源管理系統(tǒng)在離散型制造業(yè)園區(qū)項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2019(6):70-73
[3]祁兵,翟天一,李彬,等.基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的智能用電互動(dòng)模式研究[J].電測(cè)與儀表,2019,56(19):46-52
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2023.07版
作者簡(jiǎn)介：
易允恒，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。
