电能管理系统在水泥工厂的应用

艾军

电能管理系统在水泥工厂的应用

Electrical Energy Management System Applications in Cement Plant

艾军

介绍了电能管理系统在越南西宁水泥厂的应用配置与系统的功能特点，将智能的电能仪表通过总线通讯到DCS系统中，并经其转换到生产管理系统中，真正实现了管理与控制的有机结合，将电能管理提高到一个新的阶段。

电能管理；总线桥；DCS；管理系统

水泥企业是用能大户，以吨水泥电耗90kWh测算，电力成本占成品比例高达24%，降低电费成本对于经济生产和节能减排都具有重要意义。目前大部分水泥厂均已经建立了能源管理机制，但电能的计量还是以人工抄表为主，对于现代化的企业管理已十分滞后。

在越南西宁水泥厂根据EPC合同配置了自主研发的电能管理系统，这套系统涉及自动化控制的四个层次，即现场设备层、过程控制层、过程操作层和工厂管理层，提高了企业的管理水平和经济效益。

1 电能管理系统的构成

（1）一次检测仪表

选用智能型的具有通讯功能的电力监测仪表，不仅有电流、电压、功率、电量、功率因数等多种检测功能，同时还具有MODBUS通讯数据远传通讯功能。电能仪表型号为PD194Z系列电量表。同时还将ABBREX521系列中压综合保护器接入系统，采集馈电与控制回路的电能电量和其他电能信息以及中压真空断路器的运行状态等。通讯网络为MODBUS RTU，介质为RS485双绞线，传输速率设定为9600bps（可更高）。节点平均数量为10～20个。节点为中压柜的进馈电回路以及重要的低压进馈电回路。

（2）现场通讯网络

现场仪表的通讯网络为MOD⁃BUS，而DCS底层网络为PROFIBUS DP，不能直接将电能信息读入DCS系统。为了顺利接收MODBUS总线的通讯数据，系统配置了总线桥，型号为PB-B-MODBUS。其在PROFI⁃BUS DP总线一侧做PROFIBUS从站；在MODBUS一侧既可做MOD⁃BUS主站，也可以做MODBUS从站。为了顺利读取MODBUS总线数据，其在MODBUS一侧设置为MODBUS主站。在MODBUS侧可以连接多个子站，并读取不同子站的不同地址。对于同一子站同时还可以配置不同的数据地址进行多次读取。接口通过PROFIBUS通信数据区和MOD⁃BUS数据区的数据映射实现PROFI⁃BUS和MODBUS的数据透明通信。PROFIBUS从站采用PROFIBUS-DP/V0协议，波特率自适应，最大波特率12M；输入/输出数量可自由设定，最大PROFIBUS输入/输出为232bytes；MODBUS主站支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H号功能，能够顺利读取现场的电能表计和中压综保的数据，并具有写入功能。

（3）数据采集与处理部分

这部分内嵌至DCS系统内部，利用DCS系统的强大功能，对现场仪表的通讯数据进行处理。通过GSD文件将总线桥的驱动导入DCS系统中，从而根据设备的不同地址读取相应的电流、电量、功率、功率因数以及中压断路器的运行、保护状态等等。现场数据经总线桥读入DCS系统后，将相应的数据显示在用户界面上（HMI）。同时根据实时产量可计算出实时电耗，供操作员操作参考。

（4）上层通讯网络

上层通讯网络负责DCS系统与管理系统的通讯。将电能数据存储于管理系统的数据库，同时将生产数据也一并存储于数据库，以便进行累积以及单位能耗的计算。DCS系统与管理系统通讯接口采用OPC。通讯为高速以太网。

（5）管理系统与关系数据库

由于DCS系统处理历史数据的能力有限，电能管理系统的数据最终存储于外部的数据库中，以便长期保存和比较与统计。关系数据库采用微软的SQL server。同时根据系统情况配置专用的数据服务器。

（6）数据报表和HMI人机界面

成品数据以EXCEL格式和ASP WEB发布的形式提供给相关人员或部门，同时在DCS系统中也有相应的链接，使操作员也能够查询到电能信息，可以方便地进行查询和报表输出，为生产决策提供依据（见图1）。

2 系统的主要功能

（1）根据需要实时读取并记录电力仪表的电流、电压、功率、电量、功率因数等多种检测数据。

（2）实时计算并显示石灰石、生料、熟料、水泥等产品的单位电耗。

（3）计算各生产车间、工序的生产、消耗日、月等电量。

（4）图形报表的生成和报表的定时输出。

（5）历史报表的调用。

3 电能管理系统的特点

（1）真正实现了电力仪表的自动化管理。

（2）和传统的电力系统电能管理比较，引入了生产产量，能够实时计算生产电耗。

（3）与DCS系统融合，不再是孤立的后台保护系统，充分利用了DCS系统的强大功能，减少了系统的硬件投资。

（4）总线技术的应用，使通讯和电气接线更加便捷，也大大节约了安装成本。

（5）可以轻松地实现数据对比，从而有效地进行避峰节能，降低生产成本。

（6）OPC技术的应用实现了通用数据库与DCS系统的双向通讯系统，既可以读取DCS生产的实时数据，也可以将管理系统数据送入DCS系统。

4 结语

采用总线桥技术，将两种不同的总线通讯连接到一起，将现场的多功能电力仪表接入DCS系统，通过DCS系统的强大处理功能进行数据转换和通讯处理，再通过OPC技术将电能数据预生产数据传送到管理系统数据库中，为生产管理提供了实时和准确的信息，是传统的人工抄表和单一的电力后台软件不可比拟的。融合的电能管理系统势必成为电能管理和DCS系统集合的新趋势，为工厂的节能减排和绿色生产提供有力的技术支持。

[1]PD194Z系列液晶多功能网络电力仪表用户手册[K].江苏:江阴长江斯菲尔电力仪表有限公司.

[2]PB-B-MM_V3X产品手册现场总线PRO⁃FIBUS（中国）技术资格中心

[3]OPC Data Access Custom Interface Standard Version 2.0

[4]邹建.深入浅出SQL server2000开发、管理及应用实例[M].北京:人民邮电出版社，2011.

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