採用通訊管理機的電量採集系統的製作方法
2023-05-28 07:23:51 1
採用通訊管理機的電量採集系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種採用通訊管理機的電量採集系統，通過電子式電能表採集機組的發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變的電量數據；通過多個電度表採集機組中6kV廠用電系統的電量數據；由通訊管理機分別接收這些電量數據，進行DL/T645-2007通訊規約到MODBUS協議的轉換，以便後續能夠依據每塊電能表和電度表的地址來識別其各自的表底值；這些數據經由與該通訊管理機連接的DCS系統發送至SIS系統，以便於設置有計劃統計軟體的設備能夠直接從SIS系統獲取這些數據進行分析處理。本實用新型改造成本低，運行穩定可靠，所採集的電量數據準確完整。
【專利說明】採用通訊管理機的電量採集系統
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電力領域，特別涉及一種採用通訊管理機的電量採集系統。
【背景技術】
[0002]廠用電率、綜合廠用電率等生產指標是衡量同行業機組性能優劣的關鍵條件，隨著發電成本的逐漸升高，節能工作顯得尤為重要。廠用電率、綜合廠用電率下降，就意味著貿易結算的關口電量數值升高，所以這直接關係到發電企業的經濟效益。發電機、主變、高廠變、勵磁變(以下簡稱發變組系統)和各臺輔機的電量不僅是是計算廠用電率、綜合廠用電率必不可少的數據，而且也是核算關口電量是否正確的有力依據，所以保證這些電量數據的準確性、完整性和可靠性是一項非常重要的工作，只有保證這些電量數據準確無誤，才能為節能工作的開展提供更可靠的依據。
[0003]原先，例如呂四港電廠一期工程四臺660MW超超臨界燃煤機組中，發變組系統和6kV廠用電系統的電能計量採用的是經就地電能變送器(0.5級)將脈衝量送至DCS系統PI卡件採集，再經過控制器邏輯計算出電量的方式，DCS系統(集散控制系統，又稱分布式控制系統)再將電量數據上傳到SIS系統(實時信息監控系統)，計劃統計軟體從SIS系統中讀取相應的電量數據，計算出相應的生產指標。此外，發變組系統還有對應的幾塊0.2S級的電子式電能表在就地顯示電量，運行人員每天24點到就地手抄表底數據，6kV廠用電系統的電量變送器也有通訊和就地顯示電量的功能。
[0004]投產初期，廠用電率等生產指標均超出正常值，但是專業人員經過對多天的數據進行比對以及對現場設備的性能進行分析之後，發現經控制器邏輯計算出來的電量與就地電能表顯示的電量差值較大，通過實驗和分析，查明主要由以下兩個原因引起:(1)電能變送器發出電能脈衝的頻率和PI卡件採集脈衝的頻率存在差別，出現丟失脈衝的現象；(2)發變組系統電能變送器的精度為0.5級，電子式電能表的精度為0.2S級，精度不同引起數值差別。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於提供一種採用通訊管理機的電量採集系統，能夠保證採集電量數據的準確性、完整性和可靠性。優選的示例中通過以下方式實現:對發變組系統改用
0.2S級電子式電能表的數據來計算廠用電率等生產指標；上傳到DCS的所有電量均採用通訊的方式，而不再使用經控制器邏輯計算出電量的方式。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種採用通訊管理機的電量採集系統，其中包含設置:
[0007]多個電子式的電能表，對任意一個機組的發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變的電量數據分別進行採集，獲得符合DL/T645-2007通訊規約的電量數據；
[0008]多個電度表，分別對所述機組中6kV廠用電系統的電量數據進行採集，獲得符合MODBUS協議的電量數據；[0009]通訊管理機，通過其設置的一個接口，連接多個所述電能表並聯的輸出線，來接收採集發變組系統獲得的電量數據，並將其轉換為符合MODBUS協議的格式，以便依據每塊電能表的地址來識別其各自的表底值；
[0010]並且，所述通訊管理機還通過其設置的另一個接口，連接多個所述電度表並聯的輸出線，來接收採集6kv廠用電系統獲得的電量數據，來依據每個電度表的地址讀取其各自的表底值；
[0011]所述通訊管理機，將各個電能表和電度表的表底值，發送至該機組的DCS系統，進而通過所述DCS系統發送至SIS系統，以便利用設置有計劃統計軟體的設備直接從SIS系統獲取這些數值。
[0012]優選地，所述DCS系統中設置有LC通訊卡件，將符合MODBUS協議的電量數據轉換為十進位數。
[0013]優選地，所述電能表的精度為0.2S級。
[0014]優選地，多個所述電能表並聯的輸出線是485通訊線；多個所述電度表並聯的輸出線也是485通訊線。
[0015]優選地，在電量採集系統中設置有第一通訊管理機以及數量匹配的所述電能表和電度表，對I號機組和2號機組進行電量數據的採集；
[0016]其中，對I號機組發變組系統中的發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第一通訊管理機的第一接口進行數據發送；
[0017]對2號機組發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第一通訊管理機的第二接口進行數據發送；
[0018]對I號機組和2號機組各自6kV廠用電系統採集的電度表，分別連接至第一通訊管理機的第三接口和第四接口進行相應數據的發送；
[0019]所述第一通訊管理機將其接收到的數據發送至I號機組的DCS系統。
[0020]優選地，在電量採集系統還設置有第二通訊管理機以及數量匹配的所述電能表和電度表的，對3號機組和4號機組進行電量數據的採集；
[0021]其中，對3號機組發變組系統中的發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第二通訊管理機的第一接口進行數據發送；
[0022]對4號機組發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第二通訊管理機的第二接口進行數據發送；
[0023]對3號機組和4號機組各自6kV廠用電系統採集的電度表，分別連接至第二通訊管理機的第三接口和第四接口進行相應數據的發送；
[0024]所述第二通訊管理機將其接收到的數據發送至3號機組的DCS系統。
[0025]與現有技術相比，本實用新型所述採用通訊管理機的電量採集系統，依據了《多功能電能表通訊規約》和《電能量遠方終端》中的相關設計規範，同時也考慮到了在降低設備成本的基礎上能夠保證設備穩定、可靠運行，其優點在於:
[0026]1.本實用新型大大降低了設備成本。傳統的電量採集系統大概都要50萬左右，此次電量採集系統改造僅花了兩臺通訊管理機的費用(約3萬元)，就實現了全公司I號-4號機發變組系統和6kV廠用電系統電量數據的自動採集、實時上傳功能，同時也滿足了對耗差分析的技術標準和要求，即:機組各輔機電量需接入到SIS系統，實時性要求達到分鐘級，不能有延時，至少每分鐘應採集一次電量，耗差系統從SIS系統裡提取相關的電量數據。本實用新型的電量採集系統最多10秒就能刷新一次數據，足可以滿足要求。和傳統的電量採集系統相比，本實用新型的方案大大降低了設備成本，同時設備的穩定性和可靠性、精確度均毫不遜色。
[0027]2.本實用新型充分利用了現有資源。電量採集系統改造後，各級人員可以在DCS系統、SIS系統以及計劃統計系統上對各個時段的電量數據進行查詢和分析。
[0028]3.本實用新型便於及時發現故障。本實用新型的電量採集系統在DCS系統的畫面上為每塊電能表設計了通訊中斷的功能，電量採集系統中任何一個環節的設備出現故障，導致通訊中斷時，就會在DCS畫面上報警，這樣就能儘早地發現故障，及時消除故障。
[0029]4.本實用新型便於快速消除故障。當電量採集系統出現故障時，運用通訊管理機的配套軟體-TlOl通訊管理機助手中的「數據仿真器」和「電度實時監測」功能，就可以很快地查清是電能表、通訊管理機還是LC通訊卡件的原因引起的故障，以便在最短時間內消除故障，使電量採集系統恢復正常運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型所述採用通訊管理機的電量採集系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，是為將本實用新型所述採用通訊管理機的電量採集系統，應用於採集I號到4號機組相關的電量數據，所設置的一個優選示例。實際應用中，該電量採集系統中所含例如電子式電能表、多功能電度表、通訊管理機及LC通訊卡件的設置數量等參數，可以適應修改來匹配相應的機組。
[0032]在圖1所示的示例中，為I號、2號機組的發變組系統各自配置五塊電子式電能表，分別對應採集發電機、主變、勵磁變、A廠變、B廠變的數據。將I號機組的五塊電子式電能表的485通訊線並聯後，接至第一通訊管理機的第一接口上；將2號機組五塊電子式電能表的485通訊線並聯後，接至第一通訊管理機的第二接口上。第一通訊管理機實時採集這10塊電能表的表底值，同時實現DL/T645-2007通訊規約至MODBUS協議的轉換，使與該第一通訊管理機連接的DCS系統中的LC通訊卡件，能夠依據每塊電能表的地址識別其各自的表底值。
[0033]為I號、2號機組6kV廠用電系統各自配置有多個多功能電度表(例如是65塊)。把I號機6kV系統每塊電度表的485通訊線並接之後，接到第一通訊管理機的第三接口上；把2號機6kV系統每塊電度表的485通訊線並接之後，接到第一通訊管理機的第四接口上，由第一通訊管理機依據每塊電度表的地址讀取各自的表底值。
[0034]對I號、2號機組發變組系統和6kV系統採集的電量數據，均通過第一通訊管理機發送至與之連接的I號機DCS系統，DCS系統再把數據傳動到SIS系統，計劃統計軟體可以直接到SIS系統取數，這樣就實現了電量的自動採集、實時上傳。
[0035]與上述架構類似，為3號、4號機組發變組系統各自配置有4塊電子式電能表，分別對應採集發電機、主變、勵磁變、廠變的數據，並且為3號、4號機組的6kV廠用電系統各自有多個多功能電度表(例如是50塊)。[0036]將採集3號、4號機組發變組系統和6kV系統的數據，分別接到第二通訊管理機上，進而均發送到3號機DCS系統，DCS系統再把數據傳到SIS系統，這樣計劃統計軟體就可以直接從SIS系統取數。改造後，我們可以在DCS系統、SIS系統或者計劃統計軟體上對各個時段的電量進行查詢和數據分析，保證了電量數據的完整性、同源性、安全性和可靠性。
[0037]具體來說，本實用新型所述電量採集系統中，對各機組的發變組系統所用的電子式電能表，具有兩個完全獨立的通信接口，可以同時進行工作。其中一個為紅外口，工作在1200波特率，另一個接口為電氣隔離的RS485，波特率可設置。如有需要還可擴展一個獨立的RS485接口。通信規約符合DL/T645-2007《多功能電能表通訊規約》的要求。
[0038]所述電能表具有:
[0039]I)電能計量功能:計量正向有功電能、反向有功電能、正向無功電能、反向無功電會泛;
[0040]2)顯示功能:能測量並顯示各相電壓、電流、有功功率、無功功率、相角差、功率因數，總有功功率、無功功率和功率因數，電網頻率。頻率的解析度為0.0OlHz,電壓、電流、有功功率的準確度為0.2級，無功功率的準確度為I級；
[0041]3)失壓記錄功能:三相中任一相或兩相失壓，電能表均正常工作並分相記錄累計失壓時間，同時記錄每相最近10次失壓發生時刻、結束時間。失壓期間電量(正向有功電量、反向有功電量、正向無功電量、反向無功電量)的補算為平均電壓、電流時間乘積(IXt)。失壓的電壓和電流判斷閥值可設置。對於三相三線電能表，B相失壓是指B相電壓線開路，可在電能表液晶上直接顯示失壓情況，並且顯示失壓相別；
[0042]4)事件記錄功能:為方便檢查用電情況，電能表可記錄多種事件的發生時間及當時狀態，如:過壓、失壓、斷相、失流、清零、清需量、設置參數、掉電、上電等。其中過壓的條件為當時電壓值超過過壓整定值。每種事件電能表保存最近10次記錄。
[0043]本實用新型中為各個機組6kV廠用電系統所用的多功能電度表，採用通訊輸出與脈衝輸出以及電量輸入間全隔離，通訊輸出支持MODBUS通訊協議。該電度表的有功等級為
0.5級，無功等級為1.0級，正常工作溫度:-20°C?+40°C，能夠測量並顯示各相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數，總有功功率、無功功率和功率因數以及頻率。電壓、電流、功率、頻率以及功率因數的準確度為0.2級。
[0044]本實用新型中所述的通訊管理機，主要功能是根據不同的表地址採集每塊電能表的總、尖、峰、平、谷各個時段的電量，並實現把電子式電能表的DL/T645通訊規約轉換成DCS系統LC通訊卡件可以識別的MODBUS通訊協議，這樣就實現了電量數據的自動採集和實時上傳。除此之外，通過在通訊管理機中進行相關的設置之後，一旦通訊出現故障，在DCS中就會報警，使故障時間儘量縮短。
[0045]所述通訊管理機的主要技術指標如下:
[0046]系統通道最大接入數128 ;每通道設備最大接入數256 ;系統最大設備接入數I千臺以上；系統遙測容量6千點以上；系統遙信容量6千點以上；系統遙控容量I千點以上；系統電度容量6千點以上；轉發通道:同時8個以上相同或不同協議轉發到其它主站；刷新率1-3秒；遙控響應1-3秒；熱備雙通道切換5-15秒；通道兼容性:不同協議設備可以混合接到同一個串口 ；重新啟動3-10秒。
[0047]另夕卜，適用於該通訊管理機的一種硬體平臺，包括:CRJ: S3C2440ARM920T-300MHz 低功耗，無風扇設計；64M 存儲；4 路 10/100M 網口；14 路 RS-232/422/485串口，帶抗幹擾保護，RJ45接口 ；2路標準CAN，RJ45接口 ；有LCD面板；有按鍵；AC220V或DC220V的電源；19英寸IU標準上架安裝，230mm深度；嵌入式Iinux系統；溫度:寬溫，-20 ?60°C。
[0048]所述通信管理機的系統支持多種應用組網方式，組網過程由組態工具完成，一般與設備驅動無關。主要表現為:系統組態簡單、工程適用性好、能滿足常見的工業通信組網要求；能高效快速開發出滿足不同用戶的專業需求，協議庫、設備庫可積木式開發積累；支持多種接入通道類型:串口(RS232\422\485)、乙太網(UDP或TCP/IP)、CAN等。支持多種通訊模式:點對點模式、星形模式、總線模式。具有豐富的規約庫:IEC101\102\103\104、Modbus、SC1801、CDT92等。最大支持接入通道32路，每通道最大支持接入儀表裝置256臺，每臺裝置最大支持接入信息點和控制點無實際限制。無嚴格限制接入裝置和採集點數限制。可同時轉發多個主站系統，至少可以同時轉發8個以上主站，支持多種規約轉發主站。支持雙通信機冗餘配置。通信管理機免組態維護，在監控後臺系統組態時，可自動生產通信管理機組態文件。不存在由通信機的維護引發後臺反覆調試問題。特別在現場連接裝置特別多的情況下，該特點更顯為方便。
[0049]所述通訊管理機配套軟體，可以使用數據仿真器和數據實時監測軟體，例如，在數據仿真器界面的「當前值」處輸入相應的數值，就可以在DCS系統的畫面對應點處顯示同樣的數值。又例如，在數據實時監測畫面中可以查看每塊電度表實時的數據。當電量採集系統出現故障時，運用此軟體就可以很快地查清是電能表、通訊管理機還是LC通訊卡件的原因引起的，可以在最短時間內消除故障，使電量採集系統恢復正常運行。
[0050]本實用新型中所述LC通訊卡件，採用MODBUS通訊協議，主要功能是接收通訊管理機傳輸的每塊電能表、電度表的電量數據，並把它們轉換成十進位數。主要技術指標如下:最多可採集的點數2000點；波特率，可根據具體情況選擇:1200，2400，4800，9600，19200，一般選用9600 ;寄存器:LC卡寄存器地址為0-2047，每個寄存器均為16bit。
[0051]一個具體的實施例中，選用的電子式電能表，是深圳市科陸電子科技股份有限公司生產的等級:0.2S級，型號DTSD718的器件。多功能電度表，是上海電力學院生產的等級:
0.5級，型號:DJR-120_D的器件。通訊管理機，是珠海通瑞軟體有限公司生產的型號:T101型的產品。LC通訊卡件，可選擇西屋公司生產的相應設備。上述器件的型號及技術指標參數等作為示例，可以在實際中適應調整，不應當認為是對本實用新型選用器件時的限制。
[0052]綜上所述，本實用新型改造後的電量採集系統可以經濟又穩定地運行，充分利用了現有的資源(DCS系統、SIS系統)進行改造，大大地節約了成本，傳統的電量採集系統大概都要50萬左右，本實用新型的改造僅涉及兩臺通訊管理機費用約3萬元，就實現了電量的自動採集、實時上傳功能。改造後的電量採集系統完全能滿足對耗差分析的技術標準和要求，即:機組各輔機電量需接入到SIS系統，實時性要求達到分鐘級，不能有延時，至少每分鐘應採集一次電量，耗差系統從SIS系統裡提取相關的電量數據。
[0053]本實用新型的系統能夠及時發現故障，在DCS畫面上為每塊電能表設計了通訊中斷的功能，電量採集系統中任何一個環節的設備出現故障，導致通訊中斷時，就會在DCS畫面上報警，這樣就能儘早地發現故障，及時消除故障。
[0054]本實用新型還能夠迅速找到故障點。運用通訊管理機的配套軟體能夠很快地找出故障點，消除故障，使系統儘快恢復正常運行，保證電量數據的完整。
[0055]本實用新型提高了計量的準確性。由0.2S級的電子式電能表替代了 0.5級的電能變送器，並且採取通訊方式實時採集電量，避免了原先丟失電量脈衝或者PI卡件達到上限值後不計電量的問題，保證了電量數據的準確。
[0056]本實用新型保證了電量數據的一致性。改造後，運行人員每天抄的表底值與計劃統計人員統計的電量數據的源頭均是電子式電能表上的數值，保證了電量數據的一致。
[0057]本實用新型減輕了運行人員的工作量。改造後，運行人員無需再到就地抄表，可以直接在DCS或SIS系統中統計相應的電量數據。
[0058]儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種採用通訊管理機的電量採集系統，其特徵在於，包含: 多個電子式的電能表，對任意一個機組的發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變的電量數據分別進行採集，獲得符合DL/T645-2007通訊規約的電量數據； 多個電度表，分別對所述機組中6kV廠用電系統的電量數據進行採集，獲得符合MODBUS協議的電量數據； 通訊管理機，通過其設置的一個接口，連接多個所述電能表並聯的輸出線，來接收採集發變組系統獲得的電量數據，並將其轉換為符合MODBUS協議的格式，以便依據每塊電能表的地址來識別其各自的表底值； 並且，所述通訊管理機還通過其設置的另一個接口，連接多個所述電度表並聯的輸出線，來接收採集6kV廠用電系統獲得的電量數據，來依據每個電度表的地址讀取其各自的表底值； 所述通訊管理機，將各個電能表和電度表的表底值，發送至該機組的DCS系統，進而通過所述DCS系統發送至SIS系統，以便由設置計劃統計軟體的設備直接從SIS系統獲取這些數值。
2.如權利要求1所述的電量採集系統，其特徵在於， 所述DCS系統中設置有LC通訊卡件，將符合MODBUS協議的電量數據轉換為十進位數。
3.如權利要求1所述的電量採集系統，其特徵在於， 所述電能表的精度為0.2S級。
4.如權利要求1所述的電量採集系統，其特徵在於， 多個所述電能表並聯的輸出線是485通訊線；多個所述電度表並聯的輸出線也是485通訊線。
5.如權利要求1或2所述的電量採集系統，其特徵在於， 在電量採集系統中由設置的第一通訊管理機以及數量匹配的所述電能表和電度表，對I號機組和2號機組進行電量數據的採集； 其中，對I號機組發變組系統中的發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第一通訊管理機的第一接口進行數據發送； 對2號機組發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第一通訊管理機的第二接口進行數據發送； 對I號機組和2號機組各自6kV廠用電系統採集的電度表，分別連接至第一通訊管理機的第三接口和第四接口進行相應數據的發送； 所述第一通訊管理機將其接收到的數據發送至1號機組的DCS系統。
6.如權利要求5所述的電量採集系統，其特徵在於， 在電量採集系統還設置有第二通訊管理機以及數量匹配的所述電能表和電度表的，對3號機組和4號機組進行電量數據的採集； 其中，對3號機組發變組系統中的發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第二通訊管理機的第一接口進行數據發送； 對4號機組發變組系統中發電機、主變、勵磁變、廠變分別採集的電能表，連接至第二通訊管理機的第二接口進行數據發送； 對3號機組和4號機組各自6kV廠用電系統採集的電度表，分別連接至第二通訊管理機的第三接口和第四接口進行相應數據的發送；所述第二通訊管理機將 其接收到的數據發送至3號機組的DCS系統。
【文檔編號】G01R22/00GK203606429SQ201320695128
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】韓湧, 李瑋, 孫建軍, 趙麗傑, 趙攀 申請人:江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司