多种通讯协议在工厂配电监测系统中的应用廖世克，赵仰东，何斌显
概述
　　工厂（如水厂或泵站等）一般都有多台6kV或10kV和400V异步或同步电动机驱动的水泵、鼓风机或其它动力设备，因此，高、低压配电柜较多。为在工厂中央控制室对各台配电柜的三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数和电度进行监视并进行电量计算，并在远程对电机等动力设备进行启停／开关控制，传统的方式是配置相应的变送器，再通过I／O信号电缆把信号引入分散控制系统。这种方式要配备大量的变送器和敷设大量的信号电缆及相应数量的I／O通道，不仅投资大，而且使用和维护都不方便。
　　现在有多个厂家开发出不同的多功能智能检测仪、测控装置或者电动机管理继电器，能对不同的接线方式测量三相电流、电压、功率、功率因数等电量参数，有的产品（如电动机管理继电器）还可测量热电阻、热电偶、电机状态量和输出开关接点控制电机启、停等，并有标准的MODBUS规约、ProfiBus－DP、DNP等通讯接口。这些产品可以直接安装在配电开关柜内，通过RS－485总线或ProfiBus总线等组网后接入工厂生产过程分散控制系统，代替大量变送器、信号电缆和I／O通道，不仅可以减少投资，而且易于使用和维护。
2　系统结构
　　由于多功能智能电力监测仪不仅实现多个变送器的功能，且有A／D转换电路和微处理器，把测量的模拟量转换成数据信号，把脉冲量／开关量转换成数字量，还具有标准MODBUS规约RS－485总线、ProfiBus总线和DNP等网络通讯接口。因此，多个多功能智能电力监测仪及计算机可组成独立的配电监控系统。如图2—1所示。
　　工厂生产过程分散控制系统目前多以PLC为硬件平台集成开发生产过程检测和控制单元，而以工控机为人机接口的装置，通过通讯网络联成分散控制系统（DCS），有的电厂和化工厂也用专用的DCS系统。而工厂有的车间，如水厂的进水泵车间和出水车间在水厂中耗电量最大，因此，配电系统较少，精度较高大，采用智能型多功能电力监测仪组网实现配电监控网络尤为必要。该配电监控网络就近接入相应的进水车间和出水泵车间PLC站。　　如果工厂的分散控制系统所选PLC本身带有MODBUS通讯接口或支持ProfiBus总线等，则配电监测系统通过RS－485网络或ProfiBus总线等直接与PLC站联接通讯；如果所选PLC本身不支持多功能监测联网协议，如不带MODBUS接口，不支持ProfiBus－DP或DNP协议，则需增加网关来实现。该网关常由PLC生产商第三方支持厂家供货。为在工厂中央控制室监测配电系统运行情况，建议通过RS－485总线或ProfiBus总线及必要的网关模块把配电监测系统与工厂生产过程控制系统通讯联接。系统结构如图2—2所示。3　系统特点
　　采用传统的变送器＋I／O方式与采用多功能智能监测仪／电机管理继电器的方式相比，在硬件配置、安装方式、信号电缆、与DCS联接、施工工程量以及使用和维护等方面都有其特点，两者对比如表3—1所示。　　由表3—1可以看出，采用传统的变送器第一种方案硬件配置复杂，要求变送器单独组屏安装，信号电缆多，施工工程量大，而且使用和维护不够方便，开关柜上的电流表、电压表、功率表、电度表等均不能省略，由于增加多个变送器因素，会造成二次检测回路阻抗增大，测量精度下降，对监视和控制带来较大的影响。另外，因柜上的仪表较多，开关柜的外观整体性较差，投资增大；而采用智能测控单元组网方式，智能测控单元直接安装在开关柜内，不需要信号电缆，在必要的情况下才需要网关，网络电缆联接，使用和维护方便，因此投资小。
4　应用实例
　　上海杨树浦水厂生产过程控制系统采用A－B公司的PLC－5和SLC系列开发集成的。在进水初期车间和各个出水车间均有一个PLC－5控制站。由于设备使用多年，需进行更新改造，现已对部分进出水车间电气设备进行了改造。6＃出水车间为4台6kV水泵电机供电的高压配电系统，共有10个开关柜，每个开关柜配置一个具有标准MODBUS通讯接口的HC－6000多功能智能电力监测仪，测量三相电流、线电压、功率、功率因数和电度；初唧车间低压配电系统共有8个开关柜，每个开关柜配置一个HC－6000监测仪，测量三相电压、相电流、功率、电度和功率因数。使每个柜上都能看到三相电压、相电流、功率、电度和功率因数，省去了电流表、电压表、功率表、电度表等，并相应省去了与之配套的变送器。特别是低压开关柜，原来由于柜的体积问题　　除电流表外一般不用其它表计，不能进行监视；采用HC－6000后，使低压线路也有了完善的测量监视装置，提高了用电安全可靠性，提升了开关柜的技术含量。HC－6000监测仪通过RS－485总线网络联接，并选配了A－B公司第三方支持商Prosoft公司开发的3100－MCMMODBUS规约转换网关，从而实现了在中央控制室通过ControlNet网络对6＃车间高压配电系统和初唧车间低压配电系统生产运行的实时监测。不仅省去了常规以变送器＋I／O通道测量方式所需的变送器及变送器屏、I／O信号电缆、I／O通道，而且方便了电气技术人员的使用和维护。通过近阶段的运行，HC－6000运行情况良好，设定简便，测量精度达到了设计要求。采用HC－6000具有很好的实用性和经济性，HC－6000能很好的替代进口产品，通信规约是公开的（进口产品在软件方面，通信接口和原有设备连接存在较多的问题，备品件采购周期较长，在应急抢修时难以保证）。在6＃车间配电改造中省去了变送器、I／O模块、电缆等。
　　上海中山西路泵站配电系统选用GE公司的469电机管理继电器，不仅能测量三相电流、电压、功率、功率因数和电度，还能测量电机转子和轴承温度，而且能通过软件命令对电机进行启停控制。7个469电机电能管理继电器通过RS－485总线联网后经3150－MCM网关与泵站生产过程监控系统通讯，实现在泵站控制室通过网络对电机进行电量及非电量参数测量和远程控制，不仅节省I／O信号电缆和I／O通道，而且也节省了变送器屏的布置、安装和供电等费用。
5　结　论
　　采用智能多功能测控单元组网实现对工厂高低压配电系统进行测控的方式，节省大量的I／O信号电缆，工程量小，使用和维护方便，投资小，可在用电设备较多的工厂新建项目和改造工程中推广。工业仪表与自动化装置