EMCS在工业电气系统中的应用

王普杰（上海化学工业区工业气体有限公司，上海 201507）

EMCS在工业电气系统中的应用

王普杰（上海化学工业区工业气体有限公司，上海 201507）

本文介绍了EMCS系统，以工业中的实际应用讲述了EMCS系统的组成，阐述了EMCS与DCS系统的通讯连接，EMCS系统在电力系统中对电气设备的自动化控制、测量和保护等功能的实现，EMCS对电力系统的管理和对历史事件的记录等。通过对基于RTU560的EMCS系统应用广泛，操作简单并可以进行个性化开发的分析，提出了在不久的将来，EMCS必将在各行各业的电力系统中得到更加广泛的应用，成为电力系统标准配置的观点。

EMCS；通讯；自动化控制；微机保护；智能管理

随着计算机技术和自动化技术的高速发展，常规的电气设备的监视、控制和数据采集方式已经远远不能满足工业生产的需要。EMCS系统采用了先进的IT技术，为用户提供现代化的设备监视控制和数据采集模式，实现了变电站自动化和对电力负荷的最优化管理，其信息通过网络通信方式接入DCS实现与DCS系统的优势互补，已经成为一种新的工业应用。上海化学工业区工业气体有限公司的新建合成气装置就采用了EMCS系统。

1 EMCS系统简介

EMCS是电气监控系统（Electrical Monitoring & Control System）的英文简称，是基于数据服务器、监控工作站（PC）、工业监控软件、工业控制器（PLC）、现场总线、传感器、执行器、微机综合保护继电器等设备和计算机网络通信技术的集成的工业自动化监控系统，能够实现对电气设备的监视、控制和管理。一般情况下，DCS和EMCS之间采用串行通讯（Modbus TCP冗余），EMCS和电气设备（开关柜，UPS等）之间也采用串行通讯实现控制、监视、遥测、状态显示、报警、管理和调节，对可靠性要求很高的电气联锁和控制，采用硬接线的方式[1]。上海化学工业区工业气体有限公司合成气新建项目采用了ABB的基于RTU560装置的EMCS系统[2]，负责现场低压电气设备、中压电气设备、中压保护继电器与DCS系统和MicroSCADA系统之间的信息传送,它也是EMCS与电力调度中心信息共享的核心装置[3]。图1所示是EMCS系统中的新建合成气装置电气单线图。由于该变电站容量比较大，要求电源和专业通信控制单元采用冗余结构，所以选用ABB的远程终端单元RTU560A，采用冗余技术保证单一的部件故障不会导致系统及其相关电子组件完全失效，大大提高了系统工作的可靠性。

图1 新建合成气装置电气单线图

图2所示为RTU通讯原理图。RTU是Remote Terminal Unit（远程终端单元）的缩写，是SCADA系统的基本组成单元，是对分布距离远、生产单位分散的生产系统的一种数据采集与监视控制系统。我公司的合成气新建项目采用的是ABB的MicroSCADAPro Control System SYS 600C系统进行变电站监控，可以监视现场中低压电气设备的运行。

图2 RTU通讯原理图

2 EMCS的系统组成

EMCS系统由一套冗余的EMCS主控制单元和一套工作站组成。EMCS主控单元典型配置为：一套含有CPU、I/O卡、电源卡等组件的冗余PLC，与DCS通讯的网络接口设备，安装在电气设备内的通讯接口设备（综合保护继电器）。EMCS的软件系统是基于windows操作系统的标准的软件系统。采用菜单式管理，工程软件和操作软件相分离，通过密码控制工作权限。系统软件充分进行了文档化，使用时可以和逻辑图相互参照对比。我公司使用的ABB的MicroSCADA Pro Control System SYS 600监控系统[4]，项目中共配置了4台RTU560装置，如图2所示，K1：RTU560A，负责与I段低压电气设备的通讯及硬接点信号的接入；K4：RTU560A，负责与II段低压电气设备的通讯及硬接点信号的接入，K7和K8：RTU560G是相互冗余的两台通信设备，分别接入所有的低压、中压继电器及硬接点信号，为DCS系统提供两个通信信道，支持DCS的主备通道通信。两台RUGGEDCOM的网络交换机，负责整个通信系统中的所有网络设备的连接。另外，2~3小时备用的保证系统正常操作的一套UPS设备，供EMCS主单元和工作站使用。

3 EMCS对开关柜的控制、测量和保护

所有的高中低压开关柜的智能保护继电器都安装在各自的开关柜里（包括进线柜、母联柜、变压器出线柜、电容器柜、电动机起动器和一些低压非电动机支路）。通过智能保护继电器的通讯接口与EMCS进行通讯，用于控制和测量[5]，并具有如下功能：

• 就地控制、保护、监视、显示状态信号和测量值；

• 通过EMCS远程控制、远程显示信号状态和测量值；

• 通过EMCS远程访问各个设备的状态和参数。

控制功能用于控制和监视对象，对断路器来说包括开关、手车和接地刀闸等设备，其位置由符号的形状表示，状态由不同的颜色表示,如图1和图3所示。操作开关设备时要确保该命令源有权进行操作，确保同一时间只有一个命令源可以控制开关，只允许执行安全命令（联锁），并且监视命令的执行。

测量功能提供了一个方便快捷的方式在画面上监视工程量，测量值可以以数字和图形的形式表达，并且可以设置报警值，最大最小值等，便于进行报警管理。

电气设备的保护功能由智能综合保护继电器提供，所有的测量结果和保护信息均被EMCS系统采集,并发出相应的报警，其监控画面如图1和图3所示。

图3 低压电气设备状态图

4 EMCS与DCS的连接及应用

EMCS的应用，改变了DCS与电气数据之间纯粹硬接线的接入方式。由于电气设备的电压、电流、功率和各种保护动作信息均通过通信接入DCS，实现对DCS逻辑功能的补充或将DCS的部分连锁功能由EMCS实现，电气设备的控制也通过通信实现。通信连接方式的采用避免了在电气设备上大量配置变送器，在DCS机柜内大量配置I/O卡件，成本大大降低，而且得到的信息更加丰富，增强系统可靠性。以锅炉给水泵为例，DCS逻辑中电动机的手动启动和停止对应EMCS中该电动机断路器的手动合闸与分闸；允许启动和停止由EMCS系统中的综合保护测控装置自己判断。此方案可在不增加太多成本的情况下，实现电动机的联锁和闭锁功能，可与DCS工艺联锁逻辑实现冗余配置，提高电动机工艺联锁的可靠性。此外，该方案可使各系统功能分布更加合理，EMCS采用通信方式能够很容易实现设备故障波形记录和分析，设备运行历史记录管理，综保保护定值管理等，并且能够实现自动抄表，从而实现对DCS功能的补充，使DCS更专注于工艺流程控制。

5 系统管理和事件记录

在EMCS系统中能够清楚地显示变电站的控制系统单线图（如图1）、总体结构图、各个设备的工作状态和所有进线柜、联络柜、电动机起动柜、非电动机馈线柜、UPS和直流屏等的电气数据。提供通讯网络的状态信息、冗余信息、实时打印信息和报告管理。EMCS系统可以对所有的电子模块和控制系统进行状态管理，并对所有影响系统性能的干扰事件进行报警和记录。系统故障和报警信息直到被确认才不再提示，报警确认时只确认当前报警，并能够区分已经确认的报警和没有确认的报警。另外，可以对事件历史信息进行检索、显示和打印。状态信息和分类报警信息可以上传到DCS系统。对这些信息按照事先分配的优先级发出，例如：立即动作需求，延时动作需求，能够等待的定时限工作信息等。

EMCS系统采集了所有我们需要的电气设备信息，根据实际需要，可以传送到DCS，供仪表DCS系统调用。EMCS系统使监视和控制集中化，总体布局便于操作，便于运行维护和管理[7]。

6 结语

EMCS作为一种新型的电力控制系统，具有安全可靠，性能稳定，操作方便等优点，大大提高了电力系统的自动化水平[6]。随着我国电力事业的飞速发展，EMCS已经成为电气设备运行维护和管理的发展方向。由于基于RTU560的EMCS系统应用广泛，操作简单并可以根据用户的需求进行个性化开发，在国民经济各行各业的应用越来越广泛，例如：用于电厂和电力系统，变电站自动化，天然气和石油管道应用，运输系统和铁路，供水及水处理等。相信在不久的将来，EMCS必将在各行各业的电力系统中得到更加广泛的应用，成为电力系统的一种标准配置。

[1] 闰天军, 郭伟, 赵树春. 火电厂电气监控系统接入DCS方式的分析[J]. 电力系统自动化, 2006 (11) , 86-89.

[2] ABB.Remote Terminal Unit RTU560, [EB], ABB Document Identify: 1KGT 150 541 V002 1, 电子文献网址：http://www.abb.com.cn/abblibrary/Download Center/?showresultstab=true&categoryid=9AAF402090.

[3] 柴昕, 赵萍, 蒲君惠. 电气控制ECS系统[J]. 农村电气化, 2008 (9) , 40-41.

[4] ABB.MicroSCADA Pro SYS 600C 变电站综合自动化监控系统. [EB], 2011, 5,电子文献网址: http://www.abb.com/product/db0003db004281/c6f2dce bc3b7f3e3c1257555002750b5.aspx.

[5] 杨凌波, 刘耀宇, 吴志鹏. ECS在电厂DCS中的应用探讨[J]. 自动化博览, 2009 (S1) , 123-124.

[6] 许兴源. 浅谈ECS系统的应用[J]. 大众科技, 2010(9), 121-121.

[7] 管建华, 秦小光, 金世杰, 等. 城市轨道交通设备综合监控系统[A]. 中国城市轨道交通新技术 (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，电气工程师，从事高低压电气设备的运行和维护工作。

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1003-0492(2014)03-0060-03

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