采用通讯管理机的电量采集系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用通讯管理机的电量采集系统，通过电子式电能表采集机组的发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变的电量数据；通过多个电度表采集机组中6kV厂用电系统的电量数据；由通讯管理机分别接收这些电量数据，进行DL/T645-2007通讯规约到MODBUS协议的转换，以便后续能够依据每块电能表和电度表的地址来识别其各自的表底值；这些数据经由与该通讯管理机连接的DCS系统发送至SIS系统，以便于设置有计划统计软件的设备能够直接从SIS系统获取这些数据进行分析处理。本发明改造成本低，运行稳定可靠，所采集的电量数据准确完整。
【专利说明】采用通讯管理机的电量采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域，特别涉及一种采用通讯管理机的电量采集系统。
【背景技术】
[0002]厂用电率、综合厂用电率等生产指标是衡量同行业机组性能优劣的关键条件，随着发电成本的逐渐升高，节能工作显得尤为重要。厂用电率、综合厂用电率下降，就意味着贸易结算的关口电量数值升高，所以这直接关系到发电企业的经济效益。发电机、主变、高厂变、励磁变(以下简称发变组系统)和各台辅机的电量不仅是是计算厂用电率、综合厂用电率必不可少的数据，而且也是核算关口电量是否正确的有力依据，所以保证这些电量数据的准确性、完整性和可靠性是一项非常重要的工作，只有保证这些电量数据准确无误，才能为节能工作的开展提供更可靠的依据。
[0003]原先，例如吕四港电厂一期工程四台660丽超超临界燃煤机组中，发变组系统和6kV厂用电系统的电能计量采用的是经就地电能变送器(0.5级)将脉冲量送至DCS系统PI卡件采集，再经过控制器逻辑计算出电量的方式，DCS系统(集散控制系统，又称分布式控制系统)再将电量数据上传到SIS系统(实时信息监控系统)，计划统计软件从SIS系统中读取相应的电量数据，计算出相应的生产指标。此外，发变组系统还有对应的几块0.2S级的电子式电能表在就地显示电量，运行人员每天24点到就地手抄表底数据，6kV厂用电系统的电量变送器也有通讯和就地显示电量的功能。
[0004]投产初期，厂用电率等生产指标均超出正常值，但是专业人员经过对多天的数据进行比对以及对现场设备的性能进行分析之后，发现经控制器逻辑计算出来的电量与就地电能表显示的电量差值较大，通过实验和分析，查明主要由以下两个原因引起:(1)电能变送器发出电能脉冲的频率和PI卡件采集脉冲的频率存在差别，出现丢失脉冲的现象；(2)发变组系统电能变送器的精度为0.5级，电子式电能表的精度为0.2S级，精度不同引起数值差别。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种采用通讯管理机的电量采集系统，能够保证采集电量数据的准确性、完整性和可靠性。优选的示例中通过以下方式实现:对发变组系统改用
0.2S级电子式电能表的数据来计算厂用电率等生产指标；上传到DCS的所有电量均采用通讯的方式，而不再使用经控制器逻辑计算出电量的方式。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种采用通讯管理机的电量采集系统，其中包含设置:
多个电子式的电能表，对任意一个机组的发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变的电量数据分别进行采集，获得符合DL/T645-2007通讯规约的电量数据；
多个电度表，分别对所述机组中6kV厂用电系统的电量数据进行采集，获得符合MODBUS协议的电量数据； 通讯管理机，通过其设置的一个接口，连接多个所述电能表并联的输出线，来接收采集发变组系统获得的电量数据，并将其转换为符合MODBUS协议的格式，以便依据每块电能表的地址来识别其各自的表底值；
并且，所述通讯管理机还通过其设置的另一个接口，连接多个所述电度表并联的输出线，来接收采集6kV厂用电系统获得的电量数据，来依据每个电度表的地址读取其各自的表底值；
所述通讯管理机，将各个电能表和电度表的表底值，发送至该机组的DCS系统，进而通过所述DCS系统发送至SIS系统，以便利用设置有计划统计软件的设备直接从SIS系统获取这些数值。
[0007]优选地，所述DCS系统中设置有LC通讯卡件，将符合MODBUS协议的电量数据转换为十进制数。
[0008]优选地，所述电能表的精度为0.2S级。
[0009]优选地，多个所述电能表并联的输出线是485通讯线；多个所述电度表并联的输出线也是485通讯线。
[0010]优选地，在电量采集系统中设置有第一通讯管理机以及数量匹配的所述电能表和电度表，对I号机组和2号机组进行电量数据的采集；
其中，对I号机组发变组系统中的发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第一通讯管理机的第一接口进行数据发送；
对2号机组发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第一通讯管理机的第二接口进行数据发送；
对I号机组和2号机组各自6kV厂用电系统采集的电度表，分别连接至第一通讯管理机的第三接口和第四接口进行相应数据的发送；
所述第一通讯管理机将其接收到的数据发送至I号机组的DCS系统。
[0011]优选地，在电量采集系统还设置有第二通讯管理机以及数量匹配的所述电能表和电度表的，对3号机组和4号机组进行电量数据的采集；
其中，对3号机组发变组系统中的发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第二通讯管理机的第一接口进行数据发送；
对4号机组发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第二通讯管理机的第二接口进行数据发送；
对3号机组和4号机组各自6kV厂用电系统采集的电度表，分别连接至第二通讯管理机的第三接口和第四接口进行相应数据的发送；
所述第二通讯管理机将其接收到的数据发送至3号机组的DCS系统。
[0012]与现有技术相比，本发明所述采用通讯管理机的电量采集系统，依据了《多功能电能表通讯规约》和《电能量远方终端》中的相关设计规范，同时也考虑到了在降低设备成本的基础上能够保证设备稳定、可靠运行，其优点在于:
1.本发明大大降低了设备成本。传统的电量采集系统大概都要50万左右，此次电量采集系统改造仅花了两台通讯管理机的费用(约3万元)，就实现了全公司I号-4号机发变组系统和6kV厂用电系统电量数据的自动采集、实时上传功能，同时也满足了对耗差分析的技术标准和要求，即:机组各辅机电量需接入到SIS系统，实时性要求达到分钟级，不能有延时，至少每分钟应采集一次电量，耗差系统从SIS系统里提取相关的电量数据。本发明的电量采集系统最多10秒就能刷新一次数据，足可以满足要求。和传统的电量采集系统相t匕，本发明的方案大大降低了设备成本，同时设备的稳定性和可靠性、精确度均毫不逊色。
2.本发明充分利用了现有资源。电量采集系统改造后，各级人员可以在DCS系统、SIS系统以及计划统计系统上对各个时段的电量数据进行查询和分析。
3.本发明便于及时发现故障。本发明的电量采集系统在DCS系统的画面上为每块电能表设计了通讯中断的功能，电量采集系统中任何一个环节的设备出现故障，导致通讯中断时，就会在DCS画面上报警，这样就能尽早地发现故障，及时消除故障。
[0013]4.本发明便于快速消除故障。当电量采集系统出现故障时，运用通讯管理机的配套软件-TlOl通讯管理机助手中的“数据仿真器”和“电度实时监测”功能，就可以很快地查清是电能表、通讯管理机还是LC通讯卡件的原因引起的故障，以便在最短时间内消除故障，使电量采集系统恢复正常运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明所述采用通讯管理机的电量采集系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，是为将本发明所述采用通讯管理机的电量采集系统，应用于采集I号到4号机组相关的电量数据，所设置的一个优选示例。实际应用中，该电量采集系统中所含例如电子式电能表、多功能电度表、通讯管理机及LC通讯卡件的设置数量等参数，可以适应修改来匹配相应的机组。
[0016]在图1所示的示例中，为I号、2号机组的发变组系统各自配置五块电子式电能表，分别对应采集发电机、主变、励磁变、A厂变、B厂变的数据。将I号机组的五块电子式电能表的485通讯线并联后，接至第一通讯管理机的第一接口上；将2号机组五块电子式电能表的485通讯线并联后，接至第一通讯管理机的第二接口上。第一通讯管理机实时采集这10块电能表的表底值，同时实现DL/T645-2007通讯规约至MODBUS协议的转换，使与该第一通讯管理机连接的DCS系统中的LC通讯卡件，能够依据每块电能表的地址识别其各自的表底值。
[0017]为I号、2号机组6kV厂用电系统各自配置有多个多功能电度表(例如是65块)。把I号机6kV系统每块电度表的485通讯线并接之后，接到第一通讯管理机的第三接口上；把2号机6kV系统每块电度表的485通讯线并接之后，接到第一通讯管理机的第四接口上，由第一通讯管理机依据每块电度表的地址读取各自的表底值。
[0018]对I号、2号机组发变组系统和6kV系统采集的电量数据，均通过第一通讯管理机发送至与之连接的I号机DCS系统，DCS系统再把数据传动到SIS系统，计划统计软件可以直接到SIS系统取数，这样就实现了电量的自动采集、实时上传。
[0019]与上述架构类似，为3号、4号机组发变组系统各自配置有4块电子式电能表，分别对应采集发电机、主变、励磁变、厂变的数据，并且为3号、4号机组的6kV厂用电系统各自有多个多功能电度表(例如是50块)。
[0020]将采集3号、4号机组发变组系统和6kV系统的数据，分别接到第二通讯管理机上，进而均发送到3号机DCS系统，DCS系统再把数据传到SIS系统，这样计划统计软件就可以直接从SIS系统取数。改造后，我们可以在DCS系统、SIS系统或者计划统计软件上对各个时段的电量进行查询和数据分析，保证了电量数据的完整性、同源性、安全性和可靠性。
[0021]具体来说，本发明所述电量采集系统中，对各机组的发变组系统所用的电子式电能表，具有两个完全独立的通信接口，可以同时进行工作。其中一个为红外口，工作在1200波特率，另一个接口为电气隔离的RS485，波特率可设置。如有需要还可扩展一个独立的RS485接口。通信规约符合DL/T645-2007《多功能电能表通讯规约》的要求。
[0022]所述电能表具有:
1)电能计量功能:计量正向有功电能、反向有功电能、正向无功电能、反向无功电能；
2)显示功能:能测量并显示各相电压、电流、有功功率、无功功率、相角差、功率因数,总有功功率、无功功率和功率因数，电网频率。频率的分辨率为0.0OlHz,电压、电流、有功功率的准确度为0.2级，无功功率的准确度为I级；
3)失压记录功能:三相中任一相或两相失压，电能表均正常工作并分相记录累计失压时间，同时记录每相最近10次失压发生时刻、结束时间。失压期间电量(正向有功电量、反向有功电量、正向无功电量、反向无功电量)的补算为平均电压、电流时间乘积(IXt)。失压的电压和电流判断阀值可设置。对于三相三线电能表，B相失压是指B相电压线开路，可在电能表液晶上直接显示失压情况，并且显示失压相别；
4)事件记录功能:为方便检查用电情况，电能表可记录多种事件的发生时间及当时状态，如:过压、失压、断相、失流、清零、清需量、设置参数、掉电、上电等。其中过压的条件为当时电压值超过过压整定值。每种事件电能表保存最近10次记录。
[0023]本发明中为各个机组6kV厂用电系统所用的多功能电度表，采用通讯输出与脉冲输出以及电量输入间全隔离，通讯输出支持MODBUS通讯协议。该电度表的有功等级为0.5级，无功等级为1.0级，正常工作温度:-20°C?+40°C，能够测量并显示各相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，总有功功率、无功功率和功率因数以及频率。电压、电流、功率、频率以及功率因数的准确度为0.2级。
[0024]本发明中所述的通讯管理机，主要功能是根据不同的表地址采集每块电能表的总、尖、峰、平、谷各个时段的电量，并实现把电子式电能表的DL/T645通讯规约转换成DCS系统LC通讯卡件可以识别的MODBUS通讯协议，这样就实现了电量数据的自动采集和实时上传。除此之外，通过在通讯管理机中进行相关的设置之后，一旦通讯出现故障，在DCS中就会报警，使故障时间尽量缩短。
[0025]所述通讯管理机的主要技术指标如下:
系统通道最大接入数128 ;每通道设备最大接入数256 ;系统最大设备接入数I千台以上；系统遥测容量6千点以上；系统遥信容量6千点以上；系统遥控容量I千点以上；系统电度容量6千点以上；转发通道:同时8个以上相同或不同协议转发到其它主站；刷新率1-3秒；遥控响应1-3秒；热备双通道切换5-15秒；通道兼容性:不同协议设备可以混合接到同一个串口 ；重新启动3-10秒。
[0026]另夕卜，适用于该通讯管理机的一种硬件平台，包括:CPU: S3C2440ARM920T-300MHz 低功耗，无风扇设计；64M 存储；4 路 10/100M 网口 ；14 路 RS-232/422/485串口，带抗干扰保护，RJ45接口；2路标准CAN，RJ45接口；有LCD面板；有按键；AC220V或DC220V的电源；19英寸IU标准上架安装，230mm深度；嵌入式Iinux系统；温度:宽温，-20 ?60。。。
[0027]所述通信管理机的系统支持多种应用组网方式，组网过程由组态工具完成，一般与设备驱动无关。主要表现为:系统组态简单、工程适用性好、能满足常见的工业通信组网要求；能高效快速开发出满足不同用户的专业需求，协议库、设备库可积木式开发积累;支持多种接入通道类型:串口(RS232\422\485)、以太网(UDP或TCP/IP)、CAN等。支持多种通讯模式:点对点模式、星形模式、总线模式。具有丰富的规约库:IEC101\102\103\104、Modbus、SC1801XDT92等。最大支持接入通道32路，每通道最大支持接入仪表装置256台，每台装置最大支持接入信息点和控制点无实际限制。无严格限制接入装置和采集点数限制。可同时转发多个主站系统，至少可以同时转发8个以上主站，支持多种规约转发主站。支持双通信机冗余配置。通信管理机免组态维护，在监控后台系统组态时，可自动生产通信管理机组态文件。不存在由通信机的维护引发后台反复调试问题。特别在现场连接装置特别多的情况下，该特点更显为方便。
所述通讯管理机配套软件，可以使用数据仿真器和数据实时监测软件，例如，在数据仿真器界面的“当前值”处输入相应的数值，就可以在DCS系统的画面对应点处显示同样的数值。又例如，在数据实时监测画面中可以查看每块电度表实时的数据。当电量采集系统出现故障时，运用此软件就可以很快地查清是电能表、通讯管理机还是LC通讯卡件的原因引起的，可以在最短时间内消除故障，使电量采集系统恢复正常运行。
[0028]本发明中所述LC通讯卡件，采用MODBUS通讯协议，主要功能是接收通讯管理机传输的每块电能表、电度表的电量数据，并把它们转换成十进制数。主要技术指标如下:最多可采集的点数2000点；波特率，可根据具体情况选择:1200，2400，4800，9600，19200，一般选用9600 ;寄存器:LC卡寄存器地址为0-2047，每个寄存器均为16bit。
[0029]一个具体的实施例中，选用的电子式电能表，是深圳市科陆电子科技股份有限公司生产的等级:0.2S级，型号DTSD718的器件。多功能电度表，是上海电力学院生产的等级:
0.5级，型号:DJR-120-D的器件。通讯管理机，是珠海通瑞软件有限公司生产的型号:T101型的产品。LC通讯卡件，可选择西屋公司生产的相应设备。上述器件的型号及技术指标参数等作为示例，可以在实际中适应调整，不应当认为是对本发明选用器件时的限制。
[0030]综上所述，本发明改造后的电量采集系统可以经济又稳定地运行，充分利用了现有的资源(DCS系统、SIS系统)进行改造，大大地节约了成本，传统的电量采集系统大概都要50万左右，本发明的改造仅涉及两台通讯管理机费用约3万元，就实现了电量的自动采集、实时上传功能。改造后的电量采集系统完全能满足对耗差分析的技术标准和要求，即:机组各辅机电量需接入到SIS系统，实时性要求达到分钟级，不能有延时，至少每分钟应采集一次电量，耗差系统从SIS系统里提取相关的电量数据。
[0031]本发明的系统能够及时发现故障，在DCS画面上为每块电能表设计了通讯中断的功能，电量采集系统中任何一个环节的设备出现故障，导致通讯中断时，就会在DCS画面上报警，这样就能尽早地发现故障，及时消除故障。
[0032]本发明还能够迅速找到故障点。运用通讯管理机的配套软件能够很快地找出故障点，消除故障，使系统尽快恢复正常运行，保证电量数据的完整。
[0033]本发明提高了计量的准确性。由0.2S级的电子式电能表替代了 0.5级的电能变送器，并且采取通讯方式实时采集电量，避免了原先丢失电量脉冲或者PI卡件达到上限值后不计电量的问题，保证了电量数据的准确。
[0034]本发明保证了电量数据的一致性。改造后，运行人员每天抄的表底值与计划统计人员统计的电量数据的源头均是电子式电能表上的数值，保证了电量数据的一致。
[0035]本发明减轻了运行人员的工作量。改造后，运行人员无需再到就地抄表，可以直接在DCS或SIS系统中统计相应的电量数据。
[0036]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种采用通讯管理机的电量采集系统，其特征在于，包含:
多个电子式的电能表，对任意一个机组的发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变的电量数据分别进行采集，获得符合DL/T645-2007通讯规约的电量数据； 多个电度表，分别对所述机组中6kV厂用电系统的电量数据进行采集，获得符合MODBUS协议的电量数据； 通讯管理机，通过其设置的一个接口，连接多个所述电能表并联的输出线，来接收采集发变组系统获得的电量数据，并将其转换为符合MODBUS协议的格式，以便依据每块电能表的地址来识别其各自的表底值； 并且，所述通讯管理机还通过其设置的另一个接口，连接多个所述电度表并联的输出线，来接收采集6kV厂用电系统获得的电量数据，来依据每个电度表的地址读取其各自的表底值； 所述通讯管理机，将各个电能表和电度表的表底值，发送至该机组的DCS系统，进而通过所述DCS系统发送至SIS系统，以便由设置计划统计软件的设备直接从SIS系统获取这些数值。
2.如权利要求1所述的电量采集系统，其特征在于， 所述DCS系统中设置有LC通讯卡件，将符合MODBUS协议的电量数据转换为十进制数。
3.如权利要求1所述的电量采集系统，其特征在于， 所述电能表的精度为0.2S级。
4.如权利要求1所述的电量采集系统，其特征在于， 多个所述电能表并联的输出线是485通讯线；多个所述电度表并联的输出线也是485通讯线。
5.如权利要求1或2所述的电量采集系统，其特征在于， 在电量采集系统中由设置的第一通讯管理机以及数量匹配的所述电能表和电度表，对I号机组和2号机组进行电量数据的采集； 其中，对I号机组发变组系统中的发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第一通讯管理机的第一接口进行数据发送； 对2号机组发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第一通讯管理机的第二接口进行数据发送； 对I号机组和2号机组各自6kV厂用电系统采集的电度表，分别连接至第一通讯管理机的第三接口和第四接口进行相应数据的发送； 所述第一通讯管理机将其接收到的数据发送至I号机组的DCS系统。
6.如权利要求5所述的电量采集系统，其特征在于， 在电量采集系统还设置有第二通讯管理机以及数量匹配的所述电能表和电度表的，对.3号机组和4号机组进行电量数据的采集； 其中，对3号机组发变组系统中的发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第二通讯管理机的第一接口进行数据发送； 对4号机组发变组系统中发电机、主变、励磁变、厂变分别采集的电能表，连接至第二通讯管理机的第二接口进行数据发送； 对3号机组和4号机组各自6kV厂用电系统采集的电度表，分别连接至第二通讯管理机的第三接口和第四接口进行相应数据的发送；所述第二通讯管理机将 其接收到的数据发送至3号机组的DCS系统。
【文档编号】G01R22/06GK103529289SQ201310543571
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】韩涌, 李玮, 孙建军, 赵丽杰, 赵攀 申请人:江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司