摘要：工廠配用電監(jiān)控系統(tǒng)作為工廠自動(dòng)化的一部分,，提高工廠配用電的智能化和保證用電的可靠性,，已越來(lái)越受到工廠管理高層的重視,。本文通過介紹一種高性價(jià)比的工廠用電監(jiān)控方案,，為工廠的管理層提供一個(gè)有效的參考, 該方案同樣適用于小區(qū),、大型寫字樓,、體育場(chǎng)館,、機(jī)場(chǎng)等大型設(shè)施配用電的智能監(jiān)控,。
關(guān)鍵詞：工廠配用電監(jiān)控系統(tǒng)、RTU,、微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)
1 前言
工廠配用電監(jiān)控實(shí)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(jì)算機(jī)主站系統(tǒng),、通訊通道和現(xiàn)場(chǎng)的各種遠(yuǎn)程終端單元構(gòu)成（即 RTU，英文名稱Remote Terminal Unit）,，對(duì)工廠的重要電器和供電回路的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),、控制以及保護(hù)，即完成遙信,、遙測(cè),、遙控、遙調(diào) “四遙”功能及保護(hù)在內(nèi)的綜合自動(dòng)化,，通過與工廠MIS系統(tǒng)聯(lián)接,，提高工廠管理的自動(dòng)化水平。
工廠配用電監(jiān)控的包括：
1.工廠自備變電站的高壓進(jìn)線的三相電壓,、三相電流,、有功功率、無(wú)功功率,、頻率,、功率因數(shù)、積分電度等電參量的測(cè)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(hào)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(wú)功功率,、頻率、功率因數(shù),、積分電度,、線路諧波等電參量測(cè)量，斷路器位置判別,，斷路器的遙控,。
4.高壓電動(dòng)機(jī)的三相電壓、三相電流,、有功功率,、無(wú)功功率、頻率,、功率因數(shù),、積分電度等電參量測(cè)量，過電流保護(hù),、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù),、接地（零序過流）保護(hù),、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù),、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù),、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù),、溫度保護(hù),、電動(dòng)機(jī)熱模型保護(hù)、故障范圍判別,，電動(dòng)機(jī)遙控啟停。
5.低壓電動(dòng)機(jī)的三相電壓,、三相電流,、有功功率、無(wú)功功率,、頻率,、功率因數(shù)、積分電度等電參量測(cè)量,，過電流保護(hù),、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù),、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù),、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù),、欠電壓保護(hù),、過電壓保護(hù)、故障范圍判別,，電動(dòng)機(jī)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(wú)功功率、頻率,、功率因數(shù),、積分電度等電參量測(cè)量及電容器的遠(yuǎn)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(yuǎn)方數(shù)據(jù)采集和控制的設(shè)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(shè)備,，其型號(hào)STC為Small TeleControl的縮寫,。北京易控微網(wǎng)公司的MDS系列微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)基于先進(jìn)的單片機(jī)平臺(tái)和成熟的電動(dòng)機(jī)保護(hù)理論,，是綜合電動(dòng)機(jī)測(cè)量功能和保護(hù)功能于一體的高性價(jià)比智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(yuǎn)程設(shè)備的控制，數(shù)據(jù)的生成和報(bào)表等工作,。
下面是方案中所用RTU或微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的簡(jiǎn)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(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓、三相電流,、三相有功功率,、三相無(wú)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(cè)量變頻器輸出,。
●具有3路獨(dú)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(jì)算0－31次諧波,。
2．MDS-1 微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
●除了具有STC-2的測(cè)量功能外,，還具有電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能。
●三相異步電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù),、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù),、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù),、接地（零序過流）保護(hù),、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù),。
●三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條,、軸承損壞、絕緣監(jiān)測(cè)等故障診斷功能。
3．MDS-104微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
●三表法測(cè)量準(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓,、電流,、有功、無(wú)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(cè)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(wú)法進(jìn)行負(fù)序保護(hù)
●具有4路獨(dú)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(dòng)機(jī)的過電流保護(hù),、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù),、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù),、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù),、欠電壓保護(hù),、過電壓保護(hù)、故障范圍判別等,。
●線路三段過流速斷保護(hù),，反時(shí)限速斷保護(hù)，自動(dòng)重合閘
●可以通過正序和負(fù)序電流的計(jì)算,，了解當(dāng)前電動(dòng)機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn),，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)485通信口,，1個(gè)RS485/232接口,，支持MODBUS或其它規(guī)約,，擴(kuò)展更加容易。
●貼片安裝,，無(wú)外部總線,，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng),。
●卡式導(dǎo)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(jì)數(shù)，支持交直流0～400V輸入
●1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485/232通信口,，支持MODBUS或其它規(guī)約,，擴(kuò)展更加容易。
●貼片安裝,，無(wú)外部總線,，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng),。
●卡式導(dǎo)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(gè)隔離 485通信口，1個(gè)RS232接口,，支持MODBUS RTU或者ASCII或其它規(guī)約
●卡式導(dǎo)軌或螺絲固定
●貼片安裝,，無(wú)外部總線，可靠性高,，抗干擾能力強(qiáng),。
4 系統(tǒng)配置
對(duì)于高低壓線路，每個(gè)供電回路可以選用一臺(tái)STC-2進(jìn)行監(jiān)控,；對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)控選用MDS104微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù),；低壓電動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)控可以選用MDS-1微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)；對(duì)于是否通電的檢測(cè),，可以選用STC-101微型RTU,；對(duì)于大量直流量的采集，可以選用STC-1微型RTU,；對(duì)于需要模擬量進(jìn)行輸出調(diào)節(jié),，可以選用STC-112微型RTU。
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(gè)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(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信,，它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。
本方案中的RTU和微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(shè)置單個(gè)繼電器）
●Preset Single Register （設(shè)置單個(gè)保持寄存器）
●Force Multiple Coils （設(shè)置多個(gè)線圈）
●Preset Multiple Registers （設(shè)置多個(gè)保持寄存器）
●Read General Reference （讀文件）
●Write General Reference （寫文件）
●Read FIFO Queue （讀FIFO隊(duì)列）
6 典型應(yīng)用
下面以一個(gè)典型的10KV/400V變電站加以說(shuō)明,，一次接線圖如下：
配置如下：
每個(gè)開關(guān)采用一臺(tái)STC-2產(chǎn)品,。10KV采用2表法，400V采用3表法,，測(cè)量電壓,、電流、有功功率,、無(wú)功功率,、功率因數(shù)、諧波等,。每個(gè)開關(guān)有兩個(gè)位置信號(hào),，每個(gè)隔離開關(guān)有一個(gè)位置信號(hào)，每條線路還有1路電度表脈沖信號(hào),，需要5個(gè)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(tái)STC-2測(cè)量10kv母聯(lián)電流,，431采用1臺(tái)STC-2測(cè)量400V母聯(lián)電流,。
電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用MDS-104，測(cè)量電壓,，電流,，功率，無(wú)功,，功率因數(shù),，提供三相異步電動(dòng)機(jī)的過電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù),、接地（零序過流）保護(hù),、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù),、反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù),、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、故障范圍判別等,。
電容器可以采用STC-2或者M(jìn)DS-104,，STC-2僅僅進(jìn)行測(cè)量，MDS-104可以進(jìn)行電容器的過電壓保護(hù),。
監(jiān)控中心主站端由于規(guī)模小,，采用1臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過1個(gè)隔離RS232/485轉(zhuǎn)換器,，連接各臺(tái)設(shè)備構(gòu)成RS485網(wǎng)絡(luò),，軟件采用國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件。
7 結(jié)束語(yǔ)
整個(gè)系統(tǒng)開放性好,，易擴(kuò)容,，易維護(hù)，安裝簡(jiǎn)單,，投資少,，性價(jià)比高，是系統(tǒng)集成商的理想選擇,，該方案同樣適用于小區(qū),、大型寫字樓、體育場(chǎng)館,、機(jī)場(chǎng)等大型設(shè)施配用電的智能監(jiān)控,。