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)技術的水廠智能配電系統(tǒng)，使功耗更經(jīng)濟，企業(yè)管理更高效。

關鍵詞：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)值進行數(shù)據(jù)分析和處理。即使有些配電有計算機監(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、綜合保護器等高低壓配電柜的監(jiān)測、繼保已得到廣泛應用。多功能智能電力儀表一表多用，通過其通信接口實現(xiàn)儀表編程、數(shù)據(jù)采集等功能綜合保護器，不僅實現(xiàn)電力參數(shù)測量，還實現(xiàn)電機保護、變壓器保護、配電線路保護等功能。可編程邏輯控制器是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的工業(yè)控制計算機，已成為電氣控制系統(tǒng)中廣泛使用的核心裝置，可實現(xiàn)復雜的邏輯控制，編程簡單，維護方便，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器的通信功能，(PLC)以實時監(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，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備和控制設備的開關柜，還可以配置成所有使用傳統(tǒng)電氣元件和控制設備的開關柜，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。

在這個智能配電系統(tǒng)中，使用普通電控斷路器作為執(zhí)行器，使用安科瑞公司(PLC)作為運行狀態(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、綜合保護器作為從站，分別安裝在各開關柜內。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)絡接口連接，從站與從站與主站之間進行數(shù)據(jù)交換。從車站可將各開關柜中斷路器開關的狀態(tài)和功率參數(shù)送至主站，或接受上位機的遙控操作命令，控制斷路器開關。但目前由于水廠供電的特殊性，現(xiàn)場總線設備過多，通信控制有時相應滯后，實際模式是電機電路電源參數(shù)通信傳輸，PLC接點控制分合斷路器，即使用PLC輸出模塊，斷路器開關信號、位置信號、故障信號以干接點的形式發(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，實現(xiàn)上位機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接點控制方式控制為備用方式。工作站通過交換機和中控室監(jiān)控服務器進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)報表生成等功能。

2系統(tǒng)構成

2.1系統(tǒng)硬件

2.1.1高低壓配電柜

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

（2）采用二路進線、雙母線供電、進線、母聯(lián)三開關兩合閘連鎖、分段電容補償，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）通過交換機與工控以太網(wǎng)連接

（3）監(jiān)控服務器和上位機

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)技術完成數(shù)據(jù)轉換、存儲和報表生成。

2.3系統(tǒng)監(jiān)測元件和開關元件

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)。

普通電控斷路器是智能配電系統(tǒng)的主要設備，主要用于主進電路和接觸母線的開關控制，也用于大負荷饋電電路的開關控制。低壓配電開關具有過載脫扣、過載、短路、失壓保護等功能。脈沖控制信號分別用于開關、開關和脫扣指示開關線圈和開關線圈。如中國安科瑞ASCB系列低壓開關產(chǎn)品，高壓配電斷路器應配備綜合保護器，具有過載長延遲反時限、短延遲反時限、定時限、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器，高壓柜上安裝綜合保護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)場總線是應用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(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器。它描述了一個控制器訪問其他設備的過程。當使用MODBUS協(xié)議通信時，該協(xié)議規(guī)定每個控制器需要知道自己的設備地址，識別根據(jù)地址發(fā)送的信息，如何響應其他設備的要求，如何檢測錯誤并記錄。通信采用主從技術，即只有主設備才能發(fā)出查詢，從設備響應消息。主要設備可以單獨與設備通信，從設備返回一條消息。MODBUS通信有兩種模式。消息的起始位置開始停止至少3.5個字符的傳輸時間(通常使用4個字符)。傳輸*后一個字符后，停止至少3.5個字符的傳輸時間來識別結束。停頓后可以開始一個新消息。在接收期間，如果等待接收下一個字符的時間超過1.5個字符的傳輸時間，則認為是下一個消息的開始。僅針對設備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段。整個信息幀作為一個連續(xù)的流傳，傳輸速率較高。

當消息從主站發(fā)送到從站時，功能代碼域將告知從站需要執(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:單個線圈輸出，06H編寫寄存器數(shù)據(jù)。讀取寄存器的內容包括開關開關狀態(tài)、當前電流值、電壓值、故障記錄值等。當從車站回應時，它使用功能代碼域來指示是正常回應還是某些錯誤被稱為異議回應。對于正常回應，從車站只回應相應的功能代碼。對于異議回應，從車站返回相當于正常代碼的代碼，并將功能代碼作為邏輯。功能代碼是單個線圈輸出，可以通過從車站設備輸出來控制相應斷路器的分離。在程序中設置幀計時器。當線路上有數(shù)據(jù)時，刷新計時器。當線路空閑時，停止刷新。當計時時間達到3.5幀時，軟件將清除計時器，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)絡和監(jiān)控管理

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

（2）監(jiān)控管理采用配置軟件，監(jiān)控服務器運行數(shù)據(jù)連接軟件，完成服務功能。中央控制室的計算機界面可以同時看到每個配電室中每個開關柜的功率參數(shù)，也可以通過上位機命令控制現(xiàn)場設備的運行。

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

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、監(jiān)測、分析、處理裝置，監(jiān)測污水廠總能耗和能耗強度，重點監(jiān)測主要能源設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理能效管理提供科學、精細的解決方案。

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、應急電源、能源管理、照明控制、設備運行維護等，幫助運維管理人員通過一套平臺和APP實時了解水配電系統(tǒng)的運行情況，可根據(jù)權限適用于水后勤部門的管理需要。

5.3平臺拓撲圖

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、電能質量監(jiān)測與治理、電機管理、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相關平臺部署硬件選型清單

7結束語

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

參考文獻

[1]林軍。水廠智能配電系統(tǒng)的應用

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊。2022.05版智能配電系統(tǒng)在水廠