Acrel-2000电力监控系统在重庆富川机电中的应用

    摘要:本文介绍了重庆富川古圣机电有限公司电力监控系统。系统通过数据工作站与现场监控设备进行串行数据通信，数据后台将实时数据进行分类、计算加工之后形成该企业可以直接用来考核员工的报表，最后系统还采用了客户/服务器（Client/Server）机制以及开放数据库互联（ODBC）技术将系统的内部数据转发至SQL Server数据库服务器，保存在实时及历史数据库中。网络用户可以通过任何一台装有IE浏览器的微机迅速、高效地查询到工厂设备生产运行的实时和历史信息。

    引言

    随着科学技术的发展及现代信息技术的应用和推广，企业的生产和经营管理者越来越迫切地要求能迅速、准确、全面地掌握生产现场的运行情况，以便对企业的生产和经营进行全面的掌控。电力监控系统的出现，给企业管理者们提供了一个设备维护，生产管理的综合性解决方案，为企业的生产管理，提高生产效率等提供了有力的数据依据。

    下面以一个应用了Acrel-2000型电力监控系统的企业为案例，介绍怎么样通过Acrel-2000型电力监控系统来进行企业的生产管理。

    项目概况

    重庆富川机电有限公司是中国生产汽车、摩托车及通用机械电装品和齿轮的知名品牌企业。地处重庆市九龙坡区白市驿工业园区，总占地面积60余亩，厂房面积近4万平方米，拥有员工近1000人。重庆富川古圣机电有限公司是重庆富川在北碚的一个分公司，2011年刚投产。由于本身是一个生产型的企业，车间的用电设备基本上是大功率电机，单个三相回路电流大的时候能够达到400多A，设备的价格都比较昂贵。为了更加便利地对公司员工的作业情况进行管理和用电设备运行状况的掌控，以便在节能降耗的同时提高生产效率，重庆富川于2011年初购买了上海安科瑞电气股份有限公司的Acrel-2000型电力监控系统。

    该系统的监控范围为：新建的低压配电房和生产车间的动力箱，数目总共约为80个回路，监控中心设在低压配电房的旁边。以下是重庆富川机电的一次配电系统图。

    整个低压配电系统包括20个低压配电柜。其中三个进线柜，三个电容补偿柜，两个母联和12个出线柜。12个出线回路的负载基本上是三相大功率电机。

    客户需求

    重庆富川古圣机电有限公司对其产线上昂贵的大功率设备的运行状况及维护都比较重视，但是又想使设备不至于长时间过负荷运行的情况下提高生产效率。所以对电力监控软件的要求是：

    1、电表安装到生产线，其生产线基础表，生产线名称，所有电表按照生产线进行分类；

    2、分布及故障界面：设计一个图形化的界面，分布显示所有的电表，数据接收正常显示绿色，故障为红色；

    3、每天录入生产线所需生产的时间段（产品编码、产品名称、生产开始时间、生产结束时间、产量），统计生产产品的电量；

    4、可以给每个电表定义名字，并且划分到生产线上：编码、电表地址、电表名称、分类、位置、所在生产线编码、所在生产线名称、备注；

    5、实时显示电流、电压、有功、无功、功率因数、电能（界面组态）的图形界面；界面上循环显示各个生产线的电流、电压、有功、无功、功率因数、电能，可以按照生产线查询任何一条线路的运行情况。可以点击具体的电表地址显示其电流、电压、有功、无功、功率因数，电能；

    6、每个电表设置电流上限、报警电流值，同时如果电流达到报警电流值，应具有报警显示；

    7、电参量数据分析功能，既能监督员工，又能监督设备运行情况。

    硬件选型

    系统硬件方面：站控管理层采用一台工控机和一台打印机；通讯层设备采用一个16口串口服务器，因为要和办公网络连接，所以再配一个4口的网络交换机。底层的现场设备，该项目主要需要实现的功能是常用电参量的采集和历史数据查询。安科瑞电气的PZ系列多功能表，是针对电力系统，工矿企业，公用设施,智能大厦的电力监控需求而设计的仪表。它能测量常用电力参数，如三相电压、电流、谐波电压、谐波电流、谐波电压百分量、谐波电流百分量、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有(无)功电能，并能显示日期时间。由于该电力仪表还具备完善的通信联网功能和各种扩展功能（如：开关量输入、输出）。它非常适合于实时电力监控系统。所以上海安科瑞电气股份有限公司PZ系列中的PZ80智能电测仪表即可满足仪表方面的要求。

    软件设计思路

    电力监控系统必须对安装在现场的智能仪表进行全天候的监视，对采集上来的数据进行合理的分析，并制作出相关功能的软件界面，这些基本可以满足客户前六点的常规需求。客户的第七点需求是本系统的难点。我们让该生产企业的生产管理者给我们提供一个衡量机器正常生产所需的功率值。机器在运行中高于这个功率值的时候，产线在正常生产产品，低于这个功率值的时候产线就处于空载或者闲置状态（也就是没有产品生成）。这里引用一个稼动率的名词。稼动率就是设备在一天当中，处于正常生产的时间与开机运行时间的一个比值。提高了稼动率，也就提高了每天人员的利用率和生产产品的数量，最终给企业带来经济效益。电力监控系统可以为企业的每条生产线甚至每个设备设计一个功率曲线，可以查询历史值和实时显示当前的状况。有了这个曲线，企业的生产管理者就可以清楚的看到设备在一天的时间中有多长时间是在开机运行，又有多少时间是在正常生产。更重要的是设备在谷时段的正常生产时间是多少。如果单靠人员来统计，要达到这个效果是很难的。这个也为企业考核员工的工作积极性提供了数据依据。有了这个以后，客户的需求基本上都能得到满足。

    硬件选型和软件设计参照的标准和依据

    GB/50198-94  《监控系统工程技术规范》

    GB/T13730  《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》

    DL/T630   《交流采样远动终端通用技术条件》

    GB/T13729  《远动终端通用技术条件》

    GB2887   《计算站场地技术要求》

    系统结构

    整个系统分11跟总线接入工业级串口服务器。车间的用电设备基本上都是大功率的电机，所以每根总线上的仪表数目在6个左右。总线采用RVSP 2×1.0 型屏蔽双绞线，屏蔽层接地，用以减少大功率电机的电磁干扰。接口为RS485，多功能监控仪表和监控主机通讯采用标准的MODBUS—RTU协议。

    软件功能

    上海安科瑞电气股份有限公司针对重庆富川古圣的这样一个现状，制作出了一套具有重庆富川古圣机电特色的电力监控系统——Acrel-2000富川古圣机电电力监控系统。

    富川古圣机电车间每条生产线都配有一块多功能电力监控仪表，Acrel-2000通过不间断的对这些仪表进行监视，采集并保存产线的功率值，然后经过加工做成曲线和报表的形式。

设备的稼动率报表  

设备的功率曲线

    设备功率曲线 功能窗口可以选择生产线，选完之后会在屏幕上方的中间显示产线名称（如4线设备）。下面有两个曲线显示窗口，此时分别显示一小时的曲线和一天的曲线。功率曲线横轴时间长度和纵轴的功率量程都可以根据需求任意改动。并且具有手动输入时间查询功能，可以查询数据库中任何有记录的历史值。

    设备的稼动率报表 功能窗口显示的是单个回路的开机时间和稼动率值，也就是把功率曲线的各个数据进行加工，然后做成EXCEL表格的形式展示出来，两者相互呼应，以便生产管理者对员工进行考核。从该表格和曲线可以明显的看出设备在什么时候处于开机状态，其中有多长时间是处于生产期，多长时间处于闲置期，很容易的就能掌握员工的工作情况。对单个的设备进行详细的数据展示后，还有一个总的设备数据展示功能窗口，如下图示：

开机时间统计       

各回路稼动率统计表

    开机时间统计报表 统计的是各个设备在查询的时间内分别的总开机时间是多少。查询的时间可以手动设置成任意时段。

    各回路稼动率统计报表 统计的是各个设备在查询时间内的稼动率。查询的时间可以根据企业员工的换班时间设置。比方说早上8点到晚上8点两班轮换的岗位，查询的时间可以设置成长度为12小时，起始时间为早上8点或者晚上8点。这样的话就可以清楚的看到相同工种在同一个班的具体工作情况：有多长时间在正常生产，多长时间机器运行没生产，多长时间机器没有运行。有了这样几个数据做依据，对员工的考核以及激励就有据可查了。

    Acrel-2000电力监控系统的其他功能介绍：

    为了满足该企业ERP系统对电力参数作进一步的加工分析，Acrel-2000型电力监控系统还提供了数据转存功能，即将Acrel-2000电力监控系统数据库中的数据转存到相邻主机SQL 2008数据库中，以便用户对这个企业的用电数据进行操作，而且在本机上可以查询出任何时刻转出的数据，报表窗口如图示：

数据转储查询报表

    为了便于设备维护部门开展工作，实现全电参量实时显示，Acrel-2000电力监控系统还设计制作了厂区模拟一次图实时数据显示和软件使用者管理等功能。

模拟一次图配电系统图   

各分回路详细电参量

负载报警限值设置 

    模拟一次图配电系统图 从图上可以直接看出该具体回路的合分闸情况，绿色表示分闸，红色表示合闸。鼠标左键点击某个具体的一次回路时，监控软件将弹出该回路的详细电参量。

    各分回路详细电参量 上面显示点击回路的具体参数。其右下角有个设置越限报警值按钮。

    负载报警限值设置窗口 可以设置选中回路负载的初限报警值和高限报警值，起到预警和报警的作用。

    Acrel-2000电力监控系统还为用户提供了遥信报警功能，用户账户管理功能等。

用户管理窗口

    用户输入正确的用户名和密码登录后台，保证设置安全；高权限对低权限管理，分级操作，各权限均具修改密码功能。

    软件使用效果

    本系统经过WEB发布之后，不但支持局域网浏览，对广域网Internet 也一样适用。这也意味着重庆富川九龙坡区白市驿工业园区的总部可以通过广域网，足不出户便知道其在古圣分公司的所有生产用电情况和员工的工作情况。本系统为生产管理人员和设备维护人员提供了现代化的管理和分析手段。自该电力监控系统投运以后，员工的考核有据可查，奖惩全部建立在完善的数据基础之上，生产管理明显改善，工厂的生产效率也得到了明显的提高。软件功能对生产管理者来说：其简单，方便，快捷的满足了对员工的管理；对生产线上的员工来说：其考核规则是公平、公正的。所以自系统运行以来，该软件得到了公司员工的一致好评。

    最后，虽然Acrel-2000电力监控系统为用户提供的是一套完整的数据，具体用到生产管理当中时，还需要人为的对数据进行深刻的分析和加工。只有不断的去运用这套系统，才能从中发现它更多的益处。

    参考文献

    任致程、周中编著  电力电测数字仪表原理与应用指南 中国电力出版社 2007.4

    朱立泉 变配电系统的智能管理系统分析  智能建筑电气技术  2007年第1卷第4期<