摘要：介紹了基于MODBUS通信協(xié)議的RS-485現(xiàn)場總線和工業(yè)控制以太網(wǎng)技術(shù)的水廠智能配電系統(tǒng)，使功耗更經(jīng)濟(jì)，企業(yè)管理更高效。

關(guān)鍵詞：PLC，現(xiàn)場總線、智能配電系統(tǒng)

1智能配電系統(tǒng)概述

在原水廠配電系統(tǒng)中，高低壓配電柜經(jīng)常安裝各種儀器，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的監(jiān)控。有專人定期到廠區(qū)配電室檢查，記錄數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。即使有些配電有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，大多只是監(jiān)控，所以測量精度和同步性不高，不能滿足提高配電質(zhì)量的要求。

隨著智能配電系統(tǒng)概念的出現(xiàn)，可編程邏輯控制器(PLC)多功能智能電力儀表的核心使用、綜合保護(hù)器等高低壓配電柜的監(jiān)測、繼保已得到廣泛應(yīng)用。多功能智能電力儀表一表多用，通過其通信接口實(shí)現(xiàn)儀表編程、數(shù)據(jù)采集等功能綜合保護(hù)器，不僅實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)測量，還實(shí)現(xiàn)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、配電線路保護(hù)等功能。可編程邏輯控制器是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，已成為電氣控制系統(tǒng)中廣泛使用的核心裝置，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，編程簡單，維護(hù)方便，配備各種通信接口和模塊處理，可方便各級連接。因此，利用多功能智能電力儀表和綜合保護(hù)器的通信功能，(PLC)以實(shí)時(shí)監(jiān)控配電線路為核心，與工業(yè)控制以太網(wǎng)建立連接，完成(PLC)在工作站與監(jiān)控服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換中，智能配電系統(tǒng)的使用可以大大降低勞動力，提高效率，使功耗更經(jīng)濟(jì)，企業(yè)管理更高效。

原則上，智能配電系統(tǒng)不同于智能高低壓開關(guān)柜。智能配電系統(tǒng)的配置是根據(jù)具體工程的需要，不僅可以配置智能設(shè)備和控制設(shè)備的開關(guān)柜，還可以配置成所有使用傳統(tǒng)電氣元件和控制設(shè)備的開關(guān)柜，還可以混合配置。它為用戶選擇提供了更大的靈活性，以滿足不同的需求。

在這個(gè)智能配電系統(tǒng)中，使用普通電控?cái)嗦菲髯鳛閳?zhí)行器，使用安科瑞公司(PLC)作為運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)自動檢測、自動控制的控制器件。各多功能智能電力儀表、綜合保護(hù)器作為從站，分別安裝在各開關(guān)柜內(nèi)。主站通信模塊均選用安科瑞公司。通過現(xiàn)場總線與RS485通信網(wǎng)絡(luò)接口連接，從站與從站與主站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從車站可將各開關(guān)柜中斷路器開關(guān)的狀態(tài)和功率參數(shù)送至主站，或接受上位機(jī)的遙控操作命令，控制斷路器開關(guān)。但目前由于水廠供電的特殊性，現(xiàn)場總線設(shè)備過多，通信控制有時(shí)相應(yīng)滯后，實(shí)際模式是電機(jī)電路電源參數(shù)通信傳輸，PLC接點(diǎn)控制分合斷路器，即使用PLC輸出模塊，斷路器開關(guān)信號、位置信號、故障信號以干接點(diǎn)的形式發(fā)送，分合閘控制命令以繼電器輸出的形式接收電氣二次回路，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對斷路器的分合閘控制。電源饋線電路的電源參數(shù)通過通信方式傳輸PLC，人工現(xiàn)場分合斷路器，PLC接點(diǎn)控制方式控制為備用方式。工作站通過交換機(jī)和中控室監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)報(bào)表生成等功能。

2系統(tǒng)構(gòu)成

2.1系統(tǒng)硬件

2.1.1高低壓配電柜

（1）采用二路進(jìn)線，單母線分段運(yùn)行供電，進(jìn)線與母聯(lián)三開關(guān)連鎖。每個(gè)饋線柜的原理與傳統(tǒng)相同。例如，綜合保護(hù)器選擇AM3SE-I,MODBUS-RTU通信協(xié)議。

（2）采用二路進(jìn)線、雙母線供電、進(jìn)線、母聯(lián)三開關(guān)兩合閘連鎖、分段電容補(bǔ)償，各饋線柜原理與傳統(tǒng)相同，如多功能智能電力儀表選用安科瑞APM810，通信協(xié)議MODBUS-RTU協(xié)議。

2.1.2 PLC工作站

（1）選擇安科瑞公司處理器，通信模塊選擇安科瑞AWT1000、首先，通過背板與處理器完成數(shù)據(jù)通信

（2）通過交換機(jī)與工控以太網(wǎng)連接

（3）監(jiān)控服務(wù)器和上位機(jī)

2.2系統(tǒng)軟件

（1）饋線控制和數(shù)據(jù)采集處理由處理器完成，采用與系統(tǒng)相匹配的編程環(huán)境。

（2）上位機(jī)監(jiān)控界面采用安科瑞EMS能效管理平臺監(jiān)控軟件。

（3）數(shù)據(jù)庫存儲和數(shù)據(jù)報(bào)表生成采用安科瑞數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用軟件開發(fā)技術(shù)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲和報(bào)表生成。

2.3系統(tǒng)監(jiān)測元件和開關(guān)元件

在智能配電系統(tǒng)中，通過電流互感器鐵心互感器、空心互感器、霍爾傳感器、電壓互感器、漏電流檢測互感器等檢測電流、電壓等功率參數(shù)。

普通電控?cái)嗦菲魇侵悄芘潆娤到y(tǒng)的主要設(shè)備，主要用于主進(jìn)電路和接觸母線的開關(guān)控制，也用于大負(fù)荷饋電電路的開關(guān)控制。低壓配電開關(guān)具有過載脫扣、過載、短路、失壓保護(hù)等功能。脈沖控制信號分別用于開關(guān)、開關(guān)和脫扣指示開關(guān)線圈和開關(guān)線圈。如中國安科瑞ASCB系列低壓開關(guān)產(chǎn)品，高壓配電斷路器應(yīng)配備綜合保護(hù)器，具有過載長延遲反時(shí)限、短延遲反時(shí)限、定時(shí)限、速度等功能。

3系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與通信

低壓配電采用多功能電力儀表，高壓配電采用多功能綜合保護(hù)器，高壓柜上安裝綜合保護(hù)器和多功能電力儀表，但無論安裝什么品牌的產(chǎn)品，通過現(xiàn)場總線提供的RS-485接口完成同一工作站的通信。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機(jī)測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，系統(tǒng)現(xiàn)場總線為RS-485總線，通信協(xié)議為MODBUS-RTU協(xié)議，主站為PLC工作站1756機(jī)架插入AWT通信模塊，站為配電柜上的各種多功能電力儀表和綜合保護(hù)器。它描述了一個(gè)控制器訪問其他設(shè)備的過程。當(dāng)使用MODBUS協(xié)議通信時(shí)，該協(xié)議規(guī)定每個(gè)控制器需要知道自己的設(shè)備地址，識別根據(jù)地址發(fā)送的信息，如何響應(yīng)其他設(shè)備的要求，如何檢測錯(cuò)誤并記錄。通信采用主從技術(shù)，即只有主設(shè)備才能發(fā)出查詢，從設(shè)備響應(yīng)消息。主要設(shè)備可以單獨(dú)與設(shè)備通信，從設(shè)備返回一條消息。MODBUS通信有兩種模式。消息的起始位置開始停止至少3.5個(gè)字符的傳輸時(shí)間(通常使用4個(gè)字符)。傳輸*后一個(gè)字符后，停止至少3.5個(gè)字符的傳輸時(shí)間來識別結(jié)束。停頓后可以開始一個(gè)新消息。在接收期間，如果等待接收下一個(gè)字符的時(shí)間超過1.5個(gè)字符的傳輸時(shí)間，則認(rèn)為是下一個(gè)消息的開始。僅針對設(shè)備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段。整個(gè)信息幀作為一個(gè)連續(xù)的流傳，傳輸速率較高。

當(dāng)消息從主站發(fā)送到從站時(shí)，功能代碼域?qū)⒏嬷獜恼拘枰獔?zhí)行哪些行為。這里主要使用三種功能代碼，03H:讀取寄存器數(shù)據(jù)，05H:單個(gè)線圈輸出，06H編寫寄存器數(shù)據(jù)。讀取寄存器的內(nèi)容包括開關(guān)開關(guān)狀態(tài)、當(dāng)前電流值、電壓值、故障記錄值等。當(dāng)從車站回應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來指示是正?；貞?yīng)還是某些錯(cuò)誤被稱為異議回應(yīng)。對于正?；貞?yīng)，從車站只回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對于異議回應(yīng)，從車站返回相當(dāng)于正常代碼的代碼，并將功能代碼作為邏輯。功能代碼是單個(gè)線圈輸出，可以通過從車站設(shè)備輸出來控制相應(yīng)斷路器的分離。在程序中設(shè)置幀計(jì)時(shí)器。當(dāng)線路上有數(shù)據(jù)時(shí)，刷新計(jì)時(shí)器。當(dāng)線路空閑時(shí)，停止刷新。當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到3.5幀時(shí)，軟件將清除計(jì)時(shí)器，下一幀為地址幀。MODBUS通信查詢發(fā)送處理程序流程見圖2。

作為主站的通信模塊，它是平臺開發(fā)的通信接口模塊。每個(gè)站收集的數(shù)據(jù)信息存儲在自己的數(shù)據(jù)緩存區(qū)域中。模塊讀取每個(gè)站的數(shù)據(jù)并存儲在自己的數(shù)據(jù)區(qū)域后，PLC可以通過塊寫和塊讀操作發(fā)送指令并接收信息。

4系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控管理

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后，站內(nèi)配備以太網(wǎng)交換機(jī)，通過光纜連接中央控制室完成PLC工作站與監(jiān)控服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換

（2）監(jiān)控管理采用配置軟件，監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)連接軟件，完成服務(wù)功能。中央控制室的計(jì)算機(jī)界面可以同時(shí)看到每個(gè)配電室中每個(gè)開關(guān)柜的功率參數(shù)，也可以通過上位機(jī)命令控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。

（3）人機(jī)界面可查看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動生成的電源參數(shù)日報(bào)表、月報(bào)表等。

5安科瑞電氣推出水廠監(jiān)測能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智能水務(wù)能效管理平臺

5.1平臺概述

安科瑞電氣擁有從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)，AcrelEMS-SW智能水能效管理平臺通過安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、處理裝置，監(jiān)測污水廠總能耗和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測主要能源設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

5.2平臺組成

AcrelEMS智能水綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控和能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋水壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺和APP實(shí)時(shí)了解水配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可根據(jù)權(quán)限適用于水后勤部門的管理需要。

5.3平臺拓?fù)鋱D

5.4平臺子系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、電機(jī)管理、能耗管理、智能照明控制、

智能照明控制、電氣安全、環(huán)境監(jiān)測、分布式光伏監(jiān)測、工藝仿真監(jiān)測

6相關(guān)平臺部署硬件選型清單

7結(jié)束語

智能配電系統(tǒng)集自動化程度高、可靠性好、可操作性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)于一體。隨著水廠自動化要求的不斷提高，各種智能生產(chǎn)設(shè)備將不斷出現(xiàn)。認(rèn)為核心集成現(xiàn)場總線的智能配電系統(tǒng)是水廠強(qiáng)電管理的創(chuàng)新，是所有自動化和智能設(shè)備的基礎(chǔ)，將在企業(yè)成本核算和優(yōu)化運(yùn)營管理中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]林軍。水廠智能配電系統(tǒng)的應(yīng)用

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊。2022.05版智能配電系統(tǒng)在水廠