高性價比的工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)
[導讀]高性價比的工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)
1.前言
工廠用電監(jiān)控實質(zhì)是SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)），主要由監(jiān)控中心計算機主站系統(tǒng)、通訊通道和現(xiàn)場的各種遠程終端單元構(gòu)成（即RTU，英文名稱Remote Terminal Unit），對工廠的重要電器和供電回路的進行遠程監(jiān)測、控制以及保護，即完成遙信、遙測、遙控、遙調(diào)“四遙”功能及保護在內(nèi)的綜合自動化，通過與工廠MIS系統(tǒng)聯(lián)接，提高工廠管理的自動化水平。
工廠用電監(jiān)控的包括：
（1）. 工廠自備變電站的高壓進線的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量的測量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。
（2）. 工廠自備變電站的變壓器的溫度和瓦斯信號的判別。
（3）. 工廠自備變電站的低壓出線的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度、線路諧波等電參量測量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。
（4）. 高壓電動機的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量，過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、溫度保護、電動機熱模型保護、故障范圍判別，電動機遙控啟停。
（5）. 低壓電動機的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量，過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別，電動機遙控啟停、正反轉(zhuǎn)及三角形星形轉(zhuǎn)換。
（6）. 低壓電容器的三相電壓、三相電流、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量及電容器的遠程投退。
2.工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)介紹
RTU英文名稱Remote Terminal Unit，IEC現(xiàn)在給的名稱TeleControl。是一種遠方數(shù)據(jù)采集和控制的設備。北京易控微網(wǎng)公司的STC系列微型RTU是一種符合IEC要求的一種微型RTU設備，其型號STC為Small TeleControl的縮寫。北京易控微網(wǎng)公司的MDS系列微機型電動機保護基于先進的單片機平臺和成熟的電動機保護理論，是綜合電動機測量功能和保護功能于一體的高性價比智能電動機保護產(chǎn)品。
監(jiān)控中心可以選擇電力版組態(tài)軟件或?qū)I(yè)的SCADA軟件，完成數(shù)據(jù)的顯示，遠程設備的控制，數(shù)據(jù)的生成和報表等工作。
下面是方案中所用RTU或微機型電動機保護的簡單介紹：
1.STC-2交流采樣微型RTU的功能
• 不需要電壓等變送器，三表法直接準確測量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、頻率、功率因數(shù)、零序電流、積分電度、等電參量, 可以測量變頻器輸出。
• 具有3路獨立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 2路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 兩路通信接口，支持MODBUS規(guī)約，支持主站端的熱備用。
• FFT算法，可計算0－31次諧波。
2. MDS-1 微機型電動機保護的功能
• 除了具有STC-2的測量功能外，還具有電動機保護功能。
• 三相異步電動機的反時限過負荷（熱過載）保護、不平衡（負序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、接地（零序過流）保護、欠電壓保護、過電壓保護。
• 三相電動機轉(zhuǎn)子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測等故障診斷功能。
3. MDS-104微機型電動機保護的功能
• 三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)、零序電流、零序電壓等電參量，快速數(shù)據(jù)刷新速度100次/S。測量數(shù)據(jù)刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無法進行負序保護
• 具有4路獨立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 4路隔離直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器；
• 2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規(guī)約。
• 三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別等。
• 線路三段過流速斷保護，反時限速斷保護，自動重合閘
• 可以通過正序和負序電流的計算，了解當前電動機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯誤而導致的電動機燒毀。
4.STC-1直流采樣微型RTU的功能
• 8路開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 8路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 1個標準485通信口，1個RS485/232接口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴展更加容易。
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
• 卡式導軌或螺絲固定
5.STC-101微型RTU的功能
• 16路開關(guān)量光隔輸入， 支持脈沖計數(shù)，支持交直流0～400V輸入
• 1個標準485/232通信口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴展更加容易。
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
• 卡式導軌或螺絲固定
6.STC-112直流采樣微型RTU的功能
• 4路開關(guān)量繼電器輸出
• 8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 8路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 2路隔離模擬量輸出，0～10V 或者0～20mA
• 1個隔離 485通信口，1個RS232接口，支持MODBUS RTU或者ASCII或其它規(guī)約
• 卡式導軌或螺絲固定
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
4.系統(tǒng)配置
對于高低壓線路，每個供電回路可以選用一臺STC-2進行監(jiān)控；對于高壓電動機的綜合監(jiān)控選用MDS104微機型電動機保護；低壓電動機的綜合監(jiān)控可以選用MDS-1微機型電動機保護；對于是否通電的檢測，可以選用STC-101微型RTU；對于大量直流量的采集，可以選用STC-1微型RTU；對于需要模擬量進行輸出調(diào)節(jié)，可以選用STC-112微型RTU。[!--empirenews.page--]
5.通訊協(xié)議
基于開放性原則選用業(yè)內(nèi)廣泛使用的MODBUS規(guī)約。MODBUS規(guī)約是MODICOM公司開發(fā)的一個為很多廠商支持的開放規(guī)約。通過此規(guī)約，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。
本方案中的RTU和微機型電動機保護支持MODBUS規(guī)約的子集，主要功能碼為：
Read Coil Status （讀繼電器輸出）
Read Input Status （讀開關(guān)量輸入）
Read Holding Registers（讀保持寄存器）
Read Input Registers （讀輸入寄存器）
Force Single Coil (設置單個繼電器)
Preset Single Register （設置單個保持寄存器）
Force Multiple Coils（設置多個線圈）
Preset Multiple Registers（設置多個保持寄存器）
Read General Reference （讀文件）
Write General Reference （寫文件）
Read FIFO Queue（讀FIFO隊列）
6.典型應用
下面以一個典型的10KV/400V變電站加以說明，一次接線圖如下：
配置如下：
每個開關(guān)采用一臺STC-2產(chǎn)品。10KV采用2表法，400V采用3表法，測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波等。每個開關(guān)有兩個位置信號，每個隔離開關(guān)有一個位置信號，每條線路還有1路電度表脈沖信號，需要5個開關(guān)量輸入，STC-2有6路，1路備用。STC-2開關(guān)量斷電器輸出有3路，分別用于控制合閘、跳閘，1路備用。
131母聯(lián)開關(guān)采用1臺STC-2測量10kv母聯(lián)電流，431采用1臺STC-2測量400V母聯(lián)電流。
電動機保護采用MDS-104，測量電壓，電流，功率，無功，功率因數(shù)，提供三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別等。
電容器可以采用STC-2或者MDS-104，STC-2僅僅進行測量，MDS-104可以進行電容器的過電壓保護。
監(jiān)控中心主站端由于規(guī)模小，采用1臺工業(yè)控制計算機，通過1個隔離RS232/485轉(zhuǎn)換器，連接各臺設備構(gòu)成RS485網(wǎng)絡，軟件采用國內(nèi)的組態(tài)軟件。
7.結(jié)束語
整個系統(tǒng)開放性好，易擴容，易維護，安裝簡單，投資少，性價比高，是系統(tǒng)集成商的理想選擇。
工廠用電監(jiān)控實質(zhì)是SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)），主要由監(jiān)控中心計算機主站系統(tǒng)、通訊通道和現(xiàn)場的各種遠程終端單元構(gòu)成（即RTU，英文名稱Remote Terminal Unit），對工廠的重要電器和供電回路的進行遠程監(jiān)測、控制以及保護，即完成遙信、遙測、遙控、遙調(diào)“四遙”功能及保護在內(nèi)的綜合自動化，通過與工廠MIS系統(tǒng)聯(lián)接，提高工廠管理的自動化水平。
工廠用電監(jiān)控的包括：
（1）. 工廠自備變電站的高壓進線的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量的測量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。
（2）. 工廠自備變電站的變壓器的溫度和瓦斯信號的判別。
（3）. 工廠自備變電站的低壓出線的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度、線路諧波等電參量測量，斷路器位置判別，斷路器的遙控。
（4）. 高壓電動機的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量，過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、溫度保護、電動機熱模型保護、故障范圍判別，電動機遙控啟停。
（5）. 低壓電動機的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量，過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別，電動機遙控啟停、正反轉(zhuǎn)及三角形星形轉(zhuǎn)換。
（6）. 低壓電容器的三相電壓、三相電流、無功功率、頻率、功率因數(shù)、積分電度等電參量測量及電容器的遠程投退。
2.工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)介紹
RTU英文名稱Remote Terminal Unit，IEC現(xiàn)在給的名稱TeleControl。是一種遠方數(shù)據(jù)采集和控制的設備。北京易控微網(wǎng)公司的STC系列微型RTU是一種符合IEC要求的一種微型RTU設備，其型號STC為Small TeleControl的縮寫。北京易控微網(wǎng)公司的MDS系列微機型電動機保護基于先進的單片機平臺和成熟的電動機保護理論，是綜合電動機測量功能和保護功能于一體的高性價比智能電動機保護產(chǎn)品。
監(jiān)控中心可以選擇電力版組態(tài)軟件或?qū)I(yè)的SCADA軟件，完成數(shù)據(jù)的顯示，遠程設備的控制，數(shù)據(jù)的生成和報表等工作。
下面是方案中所用RTU或微機型電動機保護的簡單介紹：
1.STC-2交流采樣微型RTU的功能
• 不需要電壓等變送器，三表法直接準確測量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、頻率、功率因數(shù)、零序電流、積分電度、等電參量, 可以測量變頻器輸出。
• 具有3路獨立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 2路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 兩路通信接口，支持MODBUS規(guī)約，支持主站端的熱備用。
• FFT算法，可計算0－31次諧波。
2. MDS-1 微機型電動機保護的功能
• 除了具有STC-2的測量功能外，還具有電動機保護功能。
• 三相異步電動機的反時限過負荷（熱過載）保護、不平衡（負序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、接地（零序過流）保護、欠電壓保護、過電壓保護。
• 三相電動機轉(zhuǎn)子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測等故障診斷功能。
3. MDS-104微機型電動機保護的功能
• 三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)、零序電流、零序電壓等電參量，快速數(shù)據(jù)刷新速度100次/S。測量數(shù)據(jù)刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無法進行負序保護
• 具有4路獨立的開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 6路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 4路隔離直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器；
• 2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規(guī)約。
• 三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別等。
• 線路三段過流速斷保護，反時限速斷保護，自動重合閘
• 可以通過正序和負序電流的計算，了解當前電動機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯誤而導致的電動機燒毀。
4.STC-1直流采樣微型RTU的功能
• 8路開關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
• 8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 8路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 1個標準485通信口，1個RS485/232接口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴展更加容易。
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
• 卡式導軌或螺絲固定
5.STC-101微型RTU的功能
• 16路開關(guān)量光隔輸入， 支持脈沖計數(shù)，支持交直流0～400V輸入
• 1個標準485/232通信口，支持MODBUS或其它規(guī)約，擴展更加容易。
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
• 卡式導軌或螺絲固定
6.STC-112直流采樣微型RTU的功能
• 4路開關(guān)量繼電器輸出
• 8路開關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
• 8路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
• 2路隔離模擬量輸出，0～10V 或者0～20mA
• 1個隔離 485通信口，1個RS232接口，支持MODBUS RTU或者ASCII或其它規(guī)約
• 卡式導軌或螺絲固定
• 貼片安裝，無外部總線，可靠性高，抗干擾能力強。
4.系統(tǒng)配置
對于高低壓線路，每個供電回路可以選用一臺STC-2進行監(jiān)控；對于高壓電動機的綜合監(jiān)控選用MDS104微機型電動機保護；低壓電動機的綜合監(jiān)控可以選用MDS-1微機型電動機保護；對于是否通電的檢測，可以選用STC-101微型RTU；對于大量直流量的采集，可以選用STC-1微型RTU；對于需要模擬量進行輸出調(diào)節(jié)，可以選用STC-112微型RTU。[!--empirenews.page--]
5.通訊協(xié)議
基于開放性原則選用業(yè)內(nèi)廣泛使用的MODBUS規(guī)約。MODBUS規(guī)約是MODICOM公司開發(fā)的一個為很多廠商支持的開放規(guī)約。通過此規(guī)約，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。
本方案中的RTU和微機型電動機保護支持MODBUS規(guī)約的子集，主要功能碼為：
Read Coil Status （讀繼電器輸出）
Read Input Status （讀開關(guān)量輸入）
Read Holding Registers（讀保持寄存器）
Read Input Registers （讀輸入寄存器）
Force Single Coil (設置單個繼電器)
Preset Single Register （設置單個保持寄存器）
Force Multiple Coils（設置多個線圈）
Preset Multiple Registers（設置多個保持寄存器）
Read General Reference （讀文件）
Write General Reference （寫文件）
Read FIFO Queue（讀FIFO隊列）
6.典型應用
下面以一個典型的10KV/400V變電站加以說明，一次接線圖如下：
配置如下：
每個開關(guān)采用一臺STC-2產(chǎn)品。10KV采用2表法，400V采用3表法，測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波等。每個開關(guān)有兩個位置信號，每個隔離開關(guān)有一個位置信號，每條線路還有1路電度表脈沖信號，需要5個開關(guān)量輸入，STC-2有6路，1路備用。STC-2開關(guān)量斷電器輸出有3路，分別用于控制合閘、跳閘，1路備用。
131母聯(lián)開關(guān)采用1臺STC-2測量10kv母聯(lián)電流，431采用1臺STC-2測量400V母聯(lián)電流。
電動機保護采用MDS-104，測量電壓，電流，功率，無功，功率因數(shù)，提供三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障范圍判別等。
電容器可以采用STC-2或者MDS-104，STC-2僅僅進行測量，MDS-104可以進行電容器的過電壓保護。
監(jiān)控中心主站端由于規(guī)模小，采用1臺工業(yè)控制計算機，通過1個隔離RS232/485轉(zhuǎn)換器，連接各臺設備構(gòu)成RS485網(wǎng)絡，軟件采用國內(nèi)的組態(tài)軟件。
7.結(jié)束語
整個系統(tǒng)開放性好，易擴容，易維護，安裝簡單，投資少，性價比高，是系統(tǒng)集成商的理想選擇。
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