电力监控系统在厂房电力工程中的应用
电力监控系统可以提高对供电系统的管理和控制，实现了对设备的实时监测和控制， 同时也是工业以太网的典型应用。 该系统自调试完成开始运行以来， 兼容性和可扩展性强， 通信速度快， 成为厂房电力管理中的重要工具。
在某些大型生产企业里， 厂房对供电系的安全性、 可靠性及连续性要求越来越高， 尤其是对厂房电力系统的管理已进入了一个管理集中化、信息化的时代。 根据工业生产的重要性与管理要求， 厂房供电系统安装电力监控系统成为必然。本文以东莞某大型厂房工程为例， 说明电力监控系统的应用及工作原理。
电力监控系统依靠现场监控仪表采集电力回路数据， 配电柜的电气性能和分布对方案设计来说是很重要的。 厂房的电力系统按照电房的平面分布而划为高压配电线路、 低压配电线路和 UPS 系统。 高低压配电柜作为整个厂房的电力系统核心， 带有生产设备和厂房设施重要负荷， 这些回路成为监控的主要对象。 确定了需监控的重要回路和采样方式，统计出厂房供电系统所有回路需安装智能仪表的数量及做出初步可选型号比较和分析， 再按照配电屏的组成及位置进行分组， 最后结合现场监控仪表的性能和监控要求，确定监控系统的组成和通信方案，系统图如图 1 所示。
系统分为上位机管理层， 通信接口层和现场监控层。 管理层通过通信接口网络与现场监控仪表双向数据通信， 在管理层的监控电脑屏幕可以监视并且记录处理电力系统的状态和数据， 实现电力系统信息集中管理。
硬件配置
电力监控系统集成硬件资源， 由监控中心硬件、 通信设备及管线材料、 信号采集及测量设备三大部分组成。
1. 监控中心硬件
监控中心的操作台配置 DELL 工业级主机和标准19 in显示器一台， 主机连接打印机。
2. 通信设备及管线材料部分
通信接口层主要由交换机和通信管理机组成。由于即时传输的信息量比较大， 选用快速以太网工业交换机 3C16470( 10/100 M) 。 该型号交换机支持全双工/半双工， 采用存储-转发的交换方式，背板带宽为3.2 Gbit/s，支持多种网络标准，具有16个固定端口。 通信管理机Moxa NPort5630又称为串口设备联网服务器， 机架提供 16 个 RS232/422/485 的RJ45接口输入， 串口速率为50 bit/s～ 921.6 Kbit/s，并且支持多种网络协议( ICMP、 IP、 TCP及Real Com等)， 具有自动重启触发机制。 现场监控设备与通信机的连线采用优质 4 芯屏蔽双绞线( RVVP4 * 0.5)作为收发数据的通信线， 其中屏蔽线需接地。 通信管理机和交换机放置在具有防潮和隔离灰尘的通信机柜里， 由一台小型 UPS 供电以满足停电期间的监控要求。
3. 现场信号采集及测量设备部分
配电柜面板安装可视监控仪表， 方便值班人员日常巡查和记录。 低压配电柜监控采用低压智能电力仪表 PM810(施耐德公司生产) 与电力仪表输入输出模块 P M 8 M 2 6 组合。 P M 8 1 0 是应用广泛的高性能电力监控仪表， 具有真实测量有效值， 直接测量电压达 600 V， 防反光屏幕， RS485 通信接口。 电压信号采样信号回路无需安装电压互感器便可直接从配电柜内的电压表测量回路测得电压值。 由于 PM810 本身不具有直接获得万能断路器工作状态(断开或闭合) 信号的功能， 因此要求安装扩展模块(本系统采用 P M 8 M 2 6 输入输出模块)。 高压配电柜、 直流屏以及 UPS 主机数据采样方法是利用其设备内部的集成通信设备。 高压配电柜内置的综合继电保护装置 AGE MPM800 配置R S 4 8 5 通信接口， 通信协议为 M O D B U S - R T U ，同时具备状态数据采集和远程控制功能。 直流屏和 U P S 主机则需要与其内置的专用通信卡建立连接。 某些设备如果配置的是 RS232 通信接口， 还需要安装转换模块( RS232 转 RS485)， 因此， 电力监控系统在设计和调试阶段都需要有关单位的技术人员共同参与， 以便双方及时了解通信协议和接口类型。
通信原理和功能
电力监控系统通信基层网络是基于目前成熟的现场总线技术， 采用功能强大的系统硬件设备使得现场数据通过标准协议得以在以太网和串口设备之间双向传送， 属于总线拓扑网络结构。 按照电力系统的组成结构， 把系统主要回路电气设备作为监控组别， 一个组别的电气设备(如 1# 变压器二次配电柜) 的所有智能仪表用通信线把 RS485 接口以菊花链式的进行连接。 本系统采用Moxa NPort5630串口通信管理机， 其具有串口设备与以太网的连接功能( 10～ 100 M 自适应以太网络)， 实现串口设备和以太网界面之间数据双向传送。 安装驱动程序后， 会被 Windows 操作系统识别为 Real Com 端口。 监控系统运行时， 通信管理机和现场仪表之间以 Modbus- RTU 协议进行通信。 串口服务器监听来自管理层上位机的指令， 上位机监控软件向串口服务器发送 含有某一个现场串口仪表通信地址的数据， 对应的现场监控仪表根据系统的请求地址来发出响应， 向串口服务器返回系统所需要的信息。 Modbus 通信特点要求被监控对象设备通信程序采用一致的通信协议才能被监控系统识别并正确采集和显示现场的参数和状态， 智能仪表接通电源后将其通信协议设置为 Modbus 通信协议， 避免产生错误信息返回上位机。这种通信方式特点是会在总线形成大量的数据，线路发生故障时会造成部分仪表无法与通信管理机通信， 优点是可以减少繁多的通信线并且方便线路安装和维护。 当某一个现场仪表发生故障，不会影响同一菊花链的其他仪表。 一般情况下， 串口通信管理机可以设置在“流转发模式”， 在这种模式下， 收到数据后立即将此数据转发， 中间不做任何等待及缓冲， 其速度快， 效率高。 NPort5630在硬件上为未来监控范围扩大预留了足够的接入点。理论上说，RS485接口的传输距离为2 400 m ( 9 600 bit/s)，可在菊花链上连接负载仪表多达 32 个， 本系统所涉及的监控对象分布相对比较集中， 满足了上述要求，达到良好的传输速率， 无需中继。 3 C O M 以太网交换机作为通信机和多台监控计算机之间的一个多端口的网桥， 为将来管理层的监控计算机组成局域网共享现场数据提供了硬件基础。
监控软件特点
变电站监控软件 I N T O U C H 提供比较完善的安全和用户管理功能， 通过对用户权限的配置， 实现对系统的安全管理， 如图 2 所示。 通过使用 INTOUCH该监控系统不仅在设计和实现上非常简单， 而且在功能上也十分强大， 同时还具有较高的性能和稳定性。 软件界面的上条和下条导航功能可以直接进入用户所需的界面， 一目了然， 方便快捷地查询各个回路的实时电流、 电压、 功率因数、 有功功率、 无功功率和电能计量等参数。 该系统还提供了实时趋势曲线图功能、 历史趋势曲线图查询、 报表功能和打印功能， 直观地向用户反映当前的运行情况， 作为用户分析的根据。 其中的报表功能更是大大减少了监控值班人员抄表的工作量，监控系统中的电流、电压、 功率因数、 功率、 电能及温度等参数的历史数据， 可以以曲线、 日报表、 月报表或年报表的形式显示， 用户可以自由选择时间段、 设备或监测点等查询条件。 其他功能如事件报警功能、 历史事件查询功能对于厂房电力系统的有效管理与值班人员对故障的快速反应起到了十分重要的作用。
结束语
电力监控系统集成是由电子技术、 通信技术和计算机技术相结合并且不断发展的产物。串口通信协议和以太网通信协议的标准化使得不同厂家的设备得以联网。监控软件和中间服务器的性能技术已经比较成熟，着重要解决的是现场监控仪表是否能直接对电力回路进行采样; 其次， 评估某些厂商生产的配电柜，柜内配置的通信模块或者仪表是否能正确地被监控系统识别并且进行通信。本系统可以提高对供电系统的管理和控制， 实现了对设备的实时监测和控制，同时也是工业以太网的典型应用。 该系统运行表明，兼容性和可扩展性强， 通信速度快， 成为厂房电力管理中的重要工具。
