技術(shù)

0　 引言
　　中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱醫(yī)工所）位于蘇州高新區(qū)太湖之濱的蘇州科技城，生物醫(yī)學(xué)工程是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，為響應(yīng)國(guó)務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。因此建立了后臺(tái)電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，對(duì)配電進(jìn)行智能化管理。

1　 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　變配電系統(tǒng)主要由A區(qū)變電所和B區(qū)變電所進(jìn)行變配電管理，提供整個(gè)醫(yī)工所所需電力，A區(qū)變電所附近設(shè)有值班室，實(shí)時(shí)查看、處理現(xiàn)場(chǎng)情況，整個(gè)醫(yī)工所占地較廣，由B區(qū)變電所提供另一區(qū)域的電力。因此，為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)醫(yī)工所電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及對(duì)各區(qū)用電的電能管理，在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心，基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能管理。
1.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)以監(jiān)控主機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層^[1]。

　　1）站控管理層
　　站控管理層針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
　　監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
　　打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。
　　UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
　　2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
　　通訊層設(shè)備為由串口擴(kuò)展卡。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
　　通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。
　　3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī)。
1.2  現(xiàn)場(chǎng)儀表
　　對(duì)于中壓10kv回路的線路保護(hù)，采用微機(jī)繼電保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的過流速斷保護(hù)，并具有遙測(cè)及遙信功能。開關(guān)量：斷路器分合狀態(tài)、隔離手車位置等信號(hào)。對(duì)于該回路的電能計(jì)量，采用ACR220EL電力儀表對(duì)電參量進(jìn)行采集與計(jì)量，采集的主要電參量有三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度以及頻率、功率因數(shù)等。
　　對(duì)于0.4kv變壓器出線回路，采用的都是ACR220EL電力儀表，ACR220EL多功能電表，為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級(jí)，廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議[2]。

2　 系統(tǒng)功能
　　上位機(jī)軟件為Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各電參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能[3]。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、電力監(jiān)控與電能管理功能。
　　1） 數(shù)據(jù)采集和顯示
　　現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)軟件再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲(chǔ)，可以自由設(shè)置采集的時(shí)間周期，最小的系統(tǒng)支持的采集周期?？梢噪S時(shí)查看任一表計(jì)的瞬時(shí)表值、累計(jì)量等信息，記錄時(shí)間間隔內(nèi)電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動(dòng)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于查詢。
　　系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，便于普通的現(xiàn)場(chǎng)值班人員查看并記錄相關(guān)信息，系統(tǒng)一次圖不僅顯示了線路的開關(guān)狀態(tài)，還實(shí)時(shí)顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　2） 遠(yuǎn)程抄表
　　系統(tǒng)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的顯示，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此可以手動(dòng)查詢每個(gè)回路的所有實(shí)時(shí)及歷史電參量數(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶，便于打印、保存。

　　3） 電能報(bào)表與棒圖
　　系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表并有報(bào)表打印功能，并可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時(shí)這些報(bào)表也能以Excel的格式導(dǎo)出。
　　系統(tǒng)還可以根據(jù)生成的電能報(bào)表，對(duì)每一回路的用電量根據(jù)時(shí)間不同形成年用電棒圖、月用電棒圖以及每日的用電棒圖，便于查看。

　　4） 電流趨勢(shì)曲線
　　對(duì)于重要回路，不僅可以對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測(cè)，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢(shì)曲線，可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)電力負(fù)荷容量，并可對(duì)電力故障進(jìn)行查詢，保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)行。
　　

　　5）事件記錄與報(bào)警
　　主要用于查看歷史報(bào)警信息；幫助用戶進(jìn)行事故查詢與追憶；支持歷史查詢，打印等功能。實(shí)時(shí)報(bào)警信息會(huì)即時(shí)彈出，提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對(duì)所有操作具有自動(dòng)事件記錄功能。

3　 結(jié)束語(yǔ)
　　隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，對(duì)智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)的必然趨勢(shì)，本文介紹的基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)時(shí)顯示電力運(yùn)行狀態(tài)及用電狀況，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以用戶適用的方式展現(xiàn)出來，滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，其生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，極大的方便了用戶的使用，便于配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。

參考文獻(xiàn)
[1] 王斌 杜運(yùn)東等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù).2009.3(5)
[2] 任致程 周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4
[3] 周中.杜運(yùn)東.電力儀表在大型公共建筑電能分項(xiàng)計(jì)量中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣 2010. 6