摘要： 工廠用電監(jiān)控系統(tǒng)作為工廠自動(dòng)化的一部分，提高工廠用電的智能化和保證用電的可靠性，已越來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。
關(guān)鍵詞： 工廠用電監(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)場的各種遠(yuǎn)程終端單元構(gòu)成（即RTU），對(duì)工廠的重要電器和供電回路的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制以及保護(hù)，即完成遙信、遙測、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(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(dòng)機(jī)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(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(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(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。北京豐偉嘉業(yè)科技有限公司的FMC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)FMC為Small TeleControl的縮寫。北京豐偉嘉業(yè)科技有限公司的FSM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)的簡單介紹：
1． FMC-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(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． FSM-1 微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
除了具有FMC-2的測量功能外，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)測等故障診斷功能。
3． FSM-204微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
三表法測量準(zhǔn)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(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。
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． FMC-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。
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． FMC-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
6． FMC-112直流采樣微型RTU的功能
4路開關(guān)量繼電器輸出
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)FMC-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FSM204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FSM-1微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)；對(duì)于是否通電的檢測，可以選用FMC-101微型RTU；對(duì)于大量直流量的采集，可以選用FMC-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FMC-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）
6典型應(yīng)用
配置如下：
每個(gè)開關(guān)采用一臺(tái)FMC-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(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，F(xiàn)MC-2有6路，1路備用。FMC-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)FMC-2測量10kv母聯(lián)電流，431采用1臺(tái)FMC-2測量400V母聯(lián)電流。
電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用FSM-204，測量電壓，電流，功率，無功，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FMC-2或者FSM-204，F(xiàn)MC-2僅僅進(jìn)行測量，F(xiàn)SM-204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)，軟件采用國內(nèi)的組態(tài)軟件。
7 結(jié)束語
