卷煙廠智能配電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建研究

陳 崗

（甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司天水卷煙廠，甘肅天水 741024）

0 引言

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)用現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控。智能配電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較靈魂，促使系統(tǒng)管理模式得到進(jìn)一步升級(jí)。自動(dòng)化水平不斷提高，已經(jīng)成為煙草行業(yè)必不可少的控制技術(shù)。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 煙廠智能配電系統(tǒng)應(yīng)用動(dòng)態(tài)

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)使用開(kāi)放、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃榫W(wǎng)絡(luò)通訊層、設(shè)備層，系統(tǒng)具有靈活的組態(tài)，展現(xiàn)出良好的可擴(kuò)展性、維護(hù)性。智能配電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較靈活，促使系統(tǒng)管理模式得到進(jìn)一步升級(jí)。自動(dòng)化水平不斷提高，已經(jīng)成為煙草行業(yè)必不可少的控制技術(shù)。

1.2 改造內(nèi)容

甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司天水卷煙廠易地技術(shù)改造系統(tǒng)工程包含5 個(gè)變電所子站。分別為：10 kV 高壓變電所、動(dòng)力中心變電所、制絲車(chē)間變電所、卷接包車(chē)間變電所、生產(chǎn)管理用房變電所，每個(gè)子站變電所現(xiàn)場(chǎng)設(shè)人機(jī)界面操作監(jiān)控系統(tǒng)，在動(dòng)力能管中心進(jìn)行總監(jiān)控，子站變電所現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行無(wú)人值守。

1.3 改造目的

天水卷煙廠易地技改智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)的功能如下。

（1）滿足智能化電力監(jiān)控的要求，實(shí)現(xiàn)各變電站的四遙功能（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)），以及變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、需量控制、無(wú)功綜合控制等高級(jí)功能。

（2）系統(tǒng)內(nèi)部可以順利實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，能獲取系統(tǒng)內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)；對(duì)于整個(gè)供配電系統(tǒng)實(shí)施智能化管理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所有電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并設(shè)置故障追憶功能，確?？梢詫?duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警。在能管中心設(shè)置電力監(jiān)控主機(jī)及服務(wù)器，在每個(gè)變電所各設(shè)子站系統(tǒng)1 套。子站包括數(shù)據(jù)終端管理控制器及觸摸式本地監(jiān)控站，同時(shí)配置PLC 控制系統(tǒng)，用于低壓開(kāi)關(guān)的控制和信號(hào)采集。

（3）設(shè)置電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，用于監(jiān)視低壓配電系統(tǒng)中與電氣火災(zāi)發(fā)生隱患相關(guān)的電氣參數(shù)，如果被保護(hù)線路內(nèi)被探測(cè)參數(shù)大于報(bào)警設(shè)定值，可以及時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，并指出相應(yīng)的報(bào)警位置。

（4）智能配電系統(tǒng)將完成與高壓保護(hù)測(cè)控裝置、變壓器溫度、無(wú)功補(bǔ)償控制裝置、有源濾波系統(tǒng)、低壓智能儀表、直流屏和UPS（Uninterruptable Power Supply，不停電電源）設(shè)備的通訊接入并預(yù)留足夠的通訊接口，使之與智能配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行與管理。

（5）智能配電系統(tǒng)具備通訊接口，預(yù)留相應(yīng)的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)與上級(jí)能源管理系統(tǒng)的無(wú)縫接入。

（6）在滿足變配電監(jiān)控系統(tǒng)基本功能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示高低壓柜的柜內(nèi)溫度，以便于操作和維護(hù)人員及時(shí)了解高低壓柜的柜內(nèi)環(huán)境情況。各變配電室安裝環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)傳感器，一并接入到智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示變配電室的環(huán)境溫濕度。

（7）同時(shí)包含對(duì)煙草企業(yè)變配電運(yùn)行中實(shí)際生產(chǎn)需要的諧波監(jiān)測(cè)功能、峰谷控制功能、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能、VQC（Voltage and Reactive Power Integrated Control，電壓無(wú)功綜合控制）功能、需量控制節(jié)能方法。

2 智能配電系統(tǒng)介紹及實(shí)施方案

2.1 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)

（1）設(shè)備層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的前提，主要由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組合而成，依次完成不同變配電室的變配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)與控制命令的執(zhí)行。主要由智能電力儀表、智能開(kāi)關(guān)、控制設(shè)備組成。對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、傳感器參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)出來(lái)的信息進(jìn)行上傳，接受控制級(jí)指令完成相應(yīng)的控制操作。為站控層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并完成站控層發(fā)出的操作命令。

（2）網(wǎng)絡(luò)通訊層是站控層和設(shè)備層之間的樞紐層。主要功能是將設(shè)備層采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理器上傳至網(wǎng)絡(luò)通訊層，最后送至監(jiān)控中心供客戶管理、查詢。他接收設(shè)備層發(fā)出的各種斷路器狀況及電力數(shù)據(jù)，依據(jù)上述信息展開(kāi)分析、處理，結(jié)合站級(jí)層（或網(wǎng)絡(luò)通訊層操作人員）發(fā)布的命令（或設(shè)定參數(shù)），發(fā)布的操作指令到設(shè)備層，并把一系列數(shù)據(jù)上傳到站級(jí)層。

（3）站控層是整個(gè)工廠配電系統(tǒng)的核心部分，完成對(duì)電力監(jiān)控過(guò)程中各部分的管理和控制。中央監(jiān)控層配置具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理級(jí)的人機(jī)接口，系統(tǒng)軟件采用選用因泰萊公司的電力專(zhuān)用軟件平臺(tái)INT-SCADA，軟件為滿足電力系統(tǒng)使用的應(yīng)用設(shè)備多、縱向與橫向聯(lián)系緊密等特征，這一監(jiān)控軟件由分析、設(shè)計(jì)至相應(yīng)的編程操作，均使用面向?qū)ο蠓椒?，融合全新的?jì)算機(jī)編程技術(shù)，在達(dá)到可靠性、實(shí)時(shí)性要求前提下，促使系統(tǒng)在可擴(kuò)展性、可維護(hù)性方面有新的突破。

2.2 系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主干網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，選用Siemens SCALANCE X系列光環(huán)網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)低壓柜塑殼開(kāi)關(guān)、框架開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和控制通過(guò)就地PLC 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)完成，就地PLC 數(shù)據(jù)監(jiān)控站主站配置有以太網(wǎng)接口，可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入光纖以太環(huán)網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)數(shù)據(jù)終端控制器由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入光纖以太環(huán)網(wǎng)，并且在每個(gè)變電所子站內(nèi)就地PLC 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)終端控制器和交換機(jī)又組成一個(gè)局域以太網(wǎng)。

2.3 子站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

各個(gè)子站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本相同，只是設(shè)備配置數(shù)量有一定差異。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)基于PROFINET 控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的PLC、以太網(wǎng)交換機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏、監(jiān)控軟件均采用支持PROFINET 技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品，智能儀表、電氣火災(zāi)探測(cè)器、變壓器溫控器、直流屏、UPS 等設(shè)備通過(guò)通訊模塊或RS485 接入到數(shù)據(jù)終端管理控制器后，再經(jīng)PROFINET 控制網(wǎng)絡(luò)上傳至智能配電系統(tǒng)。

3 方案及實(shí)現(xiàn)功能

3.1 系統(tǒng)平臺(tái)選擇

（1）系統(tǒng)使用的軟件平臺(tái)選擇南京因泰萊電器股份有限公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的INT-SCADA（INT-Supervisory Control And Data Acquisition，因泰萊數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）電力行業(yè)專(zhuān)用組態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)軟件，充分考慮到天水卷煙廠能源監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的信息和畫(huà)面無(wú)縫集成的需求，平臺(tái)做起所用功能的支持框架，可以由底層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)分析需求。

（2）這個(gè)平臺(tái)通用性比較強(qiáng)，方便在引入設(shè)備、流程過(guò)程中，可以及時(shí)處理業(yè)務(wù)管理情況，并迅速在異地快速?gòu)?fù)制已有系統(tǒng)。

（3）保證系統(tǒng)內(nèi)部使用相同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；利用共同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和事件通報(bào)模型；采用相同的設(shè)備及應(yīng)用軟件接口；通過(guò)共同的應(yīng)用程序?qū)嵤┱稀O大地簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件和接口的設(shè)計(jì)、維護(hù)和管理。

集成化保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)依托Windows 7 平臺(tái)設(shè)計(jì)而成，為滿足電力系統(tǒng)具有較多的應(yīng)用設(shè)備、縱向與橫向之間聯(lián)系緊密要求，所設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)由分析至編程，整個(gè)環(huán)節(jié)均面向?qū)ο蠓椒?，融合新的?jì)算機(jī)編碼技術(shù)，在達(dá)到可靠性、實(shí)時(shí)性要求前提下，設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)可擴(kuò)展性、維護(hù)性的系統(tǒng)。此外，采用INT-SCADA監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)能夠提升應(yīng)用開(kāi)發(fā)速度，在一定程度上降低成本及其運(yùn)維周期，真正意義上實(shí)現(xiàn)“人與設(shè)備之間的機(jī)結(jié)合”。加之，該系統(tǒng)支持最新的IEC61850 協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)，能夠在設(shè)備層實(shí)現(xiàn)互操作。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層構(gòu)建方案

智能配電系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可維護(hù)性、兼容性及可擴(kuò)展性。使用雙機(jī)單網(wǎng)的分布式光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抗干擾性能，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)化的體系結(jié)構(gòu)，促使軟件、硬件展現(xiàn)出良好的擴(kuò)充能力，促使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能得以擴(kuò)展和快速升級(jí)。

智能配電系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的聯(lián)接，同時(shí)支持第三方非標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，系統(tǒng)具有很好的兼容性。系統(tǒng)還具有與天水卷煙廠動(dòng)力能源管理監(jiān)控系統(tǒng)接口，可選擇標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用和OPC（OLE for Process Control，用于過(guò)程控制的OLE）協(xié)議傳送兩種方法，保證數(shù)據(jù)能夠被能管系統(tǒng)調(diào)用。

甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司天水卷煙廠易地技術(shù)改造項(xiàng)目智能配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊層包括1 個(gè)高壓變電所和4 個(gè)低壓配電室。根據(jù)系統(tǒng)整體規(guī)劃，將設(shè)置5 個(gè)配電智能化監(jiān)控子系統(tǒng)，分為：動(dòng)力中心高壓變電所智能化監(jiān)控子系統(tǒng)、動(dòng)力中心低壓變電所配電智能化監(jiān)控子系統(tǒng)、聯(lián)合工房制絲車(chē)間配電智能化監(jiān)控子系統(tǒng)、聯(lián)合工房卷接包車(chē)間配電智能化監(jiān)控子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理用房變電所配電智能化監(jiān)控子系統(tǒng)。其中，由于動(dòng)力中心高壓變電所智能化監(jiān)控子系統(tǒng)與動(dòng)力中心低壓變電所配電監(jiān)控子系統(tǒng)位于同一地理位置，因此合并為動(dòng)力中心變電所智能化監(jiān)控子系統(tǒng)。

動(dòng)力中心變電所配電智能監(jiān)控系統(tǒng)包括19 臺(tái)微機(jī)保護(hù)單元和108 臺(tái)智能計(jì)量?jī)x表，各回路及控制器的電力參數(shù)需要通過(guò)PLC 控制器和數(shù)據(jù)終端管理控制器整合后，在本地監(jiān)控站中進(jìn)行集中監(jiān)控。

聯(lián)合工房卷接包車(chē)間變電所智能配電子系統(tǒng)包括2 臺(tái)微機(jī)保護(hù)單元和183 臺(tái)智能計(jì)量?jī)x表，各回路及控制器的電力參數(shù)需要通過(guò)PLC 控制器和數(shù)據(jù)終端管理控制器整合后，在本地監(jiān)控站中進(jìn)行集中監(jiān)控。

聯(lián)合工房制絲車(chē)間變電所智能配電子系統(tǒng)包括2 臺(tái)微機(jī)保護(hù)單元和144 臺(tái)智能計(jì)量?jī)x表，各回路及控制器的電力參數(shù)需要通過(guò)PLC 控制器和數(shù)據(jù)終端管理控制器整合后，在本地監(jiān)控站中進(jìn)行集中監(jiān)控。

生產(chǎn)管理用房變電所智能配電子系統(tǒng)包括2 臺(tái)微機(jī)保護(hù)單元和89 臺(tái)智能計(jì)量?jī)x表，各回路及控制器的電力參數(shù)需要通過(guò)PLC 控制器和數(shù)據(jù)終端管理控制器整合后，在本地監(jiān)控站中進(jìn)行集中監(jiān)控。

3.3 與能源監(jiān)控系統(tǒng)集成

智能配電系統(tǒng)作為能源監(jiān)控系統(tǒng)的1 個(gè)子系統(tǒng)，提供相關(guān)的接口與能源監(jiān)控系統(tǒng)之間完成無(wú)縫連接。

EMS（Energy management system，能源管理系統(tǒng)）作為煙草企業(yè)信息化建設(shè)不可缺少的一部分，通過(guò)對(duì)能源數(shù)據(jù)展開(kāi)采集、加工促使其在能源計(jì)劃、能源平衡、預(yù)測(cè)等發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

以甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司天水卷煙廠易地技術(shù)改造項(xiàng)目智能配電系統(tǒng)工程為例，介紹智能配電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能等內(nèi)容，嚴(yán)格按照“分散控制、實(shí)施集中管理、開(kāi)展綜合監(jiān)控、計(jì)量精確、高效可靠”的原則，在滿足企業(yè)生產(chǎn)所需的基本功能條件下，將環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、電氣火災(zāi)報(bào)警等納入到智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中，同時(shí)對(duì)煙草企業(yè)變配電運(yùn)行中實(shí)際生產(chǎn)需要的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、諧波監(jiān)測(cè)功能、無(wú)功補(bǔ)償、峰谷控制功能、需量控制等節(jié)能方法進(jìn)行研究和實(shí)踐。