ABB配電智能化元件（IPD）在紡織行業(yè)的應(yīng)用

1、引言
　　
2006年國家發(fā)改委發(fā)布了《紡織工業(yè)“十一五”發(fā)展綱要》，紡織工業(yè)積極轉(zhuǎn)變增長方式，取得了持續(xù)、快速、健康的發(fā)展。隨著以通訊產(chǎn)品（Communication）、電腦產(chǎn)品（Computer）和消費(fèi)類電子產(chǎn)品（Consumer）為代表的3C技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在紡織工業(yè)的自動化控制方面已經(jīng)趕上了國外發(fā)達(dá)國家的水平。各大型裝置和工程項(xiàng)目基本上實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)和工藝控制的自動化，這就對配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的技術(shù)要求。

2、背景
　　
由于紡織行業(yè)在中國有較長的發(fā)展歷史，國內(nèi)紡織企業(yè)仍存有大量時(shí)期較早的設(shè)備，而過去對電氣自動化的認(rèn)識不夠和經(jīng)驗(yàn)不足，很多紡織裝置的配電系統(tǒng)還處在設(shè)備陳舊、技術(shù)和管理相對落后的情況之下，對電力的管理僅限于拉閘限電為目的的負(fù)荷控制。而隨著紡織行業(yè)自動化程度的不斷提高，對電力的需求已經(jīng)不僅僅滿足于有電用，良好的供電質(zhì)量和用電管理，成為紡織行業(yè)對配電系統(tǒng)要求的重要部分。

長期以來，低壓配電網(wǎng)絡(luò)一直是供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)之一，能源部《用電管理信息技術(shù)規(guī)范》中明確提出要掌握配電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況及重點(diǎn)用戶的年、季、月、日各種負(fù)荷曲線等重要信息。但多年來，由于低壓配電網(wǎng)絡(luò)缺乏這方面的自動化檢測手段，一般都在每年或每季的幾個(gè)典型日，由工作人員用鉗式電流表逐個(gè)測量配電裝置負(fù)荷的簡單方法，結(jié)果是費(fèi)時(shí)費(fèi)工，既不能反映真實(shí)情況，也不能解決實(shí)際問題。為此，研發(fā)、推廣一系列低壓配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控裝置儀表是十分必要的。

針對這種情況，ABB推出了配電智能化元件（IPD-Intelligent Power Device）系列產(chǎn)品，致力于幫助用戶提高低壓配電的可靠性及智能化水平。

3、應(yīng)用
　　
某紡織廠整個(gè)生產(chǎn)線系統(tǒng)由前紡部分和后紡部分組成。前紡部分主要由熔體輸送、紡絲、卷繞等部分組成，后紡部分設(shè)備包括集束架、導(dǎo)絲機(jī)、浸油槽、一道牽伸機(jī)、水浴牽伸槽、二道牽伸機(jī)、蒸汽加熱箱、緊張熱定型機(jī)、噴淋冷卻裝置、三道牽伸機(jī)、疊絲機(jī)、三輥牽引機(jī)、張力架、卷曲機(jī)加熱箱、卷曲機(jī)、輔絲機(jī)、上油輪等。

配電監(jiān)控系統(tǒng)作為該廠的電力能源供應(yīng)中心，其地位非常重要，是安全生產(chǎn)的重要保障，其底下子變電站負(fù)載監(jiān)控本站的數(shù)據(jù)信息，并通過光纖連接到主站，實(shí)現(xiàn)對全廠供電回路的監(jiān)控及運(yùn)行安全調(diào)度管理。本文將以此廠配電系統(tǒng)為例。

3．1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
該站配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了分層分布式設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)分成3個(gè)層面：后臺監(jiān)控層面、站級管理層面和現(xiàn)場測控層面。

在后臺監(jiān)控層面采用了ABB的ESD3000系統(tǒng)，ESD3000通過以太網(wǎng)往下連接至站級管理層。為整個(gè)配電系統(tǒng)提供全面管理，同時(shí)提供熱備一套，大大減少系統(tǒng)故障，提供可靠的電力保證。

在站級管理層面采用了ABB的HMI作為前端處理機(jī)，通過Modubs協(xié)議采集來自現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理和故障診斷。將打包后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸給后臺監(jiān)控系統(tǒng)供中心管理層使用，同時(shí)，將來自中心管理層的控制信息經(jīng)過以太網(wǎng)交換機(jī)通過HMI發(fā)送到現(xiàn)場層。

在現(xiàn)場測控層面采用了ABB配電智能化元件（IPD）系列產(chǎn)品，將來自現(xiàn)場的遙信量、遙測量、保護(hù)動作等信息通過現(xiàn)場保護(hù)或測控單元采集處理，并通過Modbus協(xié)議上傳至站級管理層和后臺監(jiān)控層。

本配電系統(tǒng)自上而下均采用了同一公司產(chǎn)品，保證了最大兼容性，同時(shí)產(chǎn)品之間無縫連接，大大減少了系統(tǒng)各種可能因兼容性方面而引發(fā)的問題。現(xiàn)場層面使用的ABB配電智能化元件（IPD）系列產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，提供數(shù)據(jù)鏈路層之間的透明連接，可方便且準(zhǔn)確地與其他配電監(jiān)控后臺通訊。

3．2 配置方案
　　
ABB配電智能化元件（IPD）系列產(chǎn)品提供豐富完整的智能電力監(jiān)控產(chǎn)品，可以根據(jù)用戶的不同需求提供使用可靠、方便靈活的系統(tǒng)應(yīng)用方案，可適用各種復(fù)雜的現(xiàn)場情況及應(yīng)用需求。根據(jù)各自回路的差異性，分別使用不同的產(chǎn)品最優(yōu)化搭建合理的解決方案。

本文在此系統(tǒng)中挑出幾條具有代表性的回路分別根據(jù)各自的不同情況做一個(gè)最優(yōu)化的配置。

如圖1所示，對于系統(tǒng)進(jìn)線的監(jiān)控，由于其回路的重要性及對監(jiān)控設(shè)備的較高要求，需要全面采集各種電參量，并需要及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)回路中存在的隱患和故障。因此在本線路中采用了PMC916。

饋電回路1、饋電回路2指照明和空調(diào)回路，這些回路只要求監(jiān)視電流和開關(guān)狀態(tài)，并需要對回路中斷路器能遙控。因此采用LNS+RCM32提供對電流的監(jiān)測，采用RSI32和RCU16提供了對開關(guān)量的遙測及遙控。

在饋電回路3指熔體輸送及、卷曲機(jī)回路等一些回路容量較大，需要對該回路提供更完善的監(jiān)測及保護(hù)。因此采用了RSI32采集斷路器分合及故障狀態(tài)，采用RCU16對斷路器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。同時(shí)采用了EM實(shí)現(xiàn)對該線路電參量全方面的監(jiān)測。

在饋電回路4指牽伸機(jī)等重要負(fù)荷，需要單獨(dú)對該回路電參量進(jìn)行各種電參量的監(jiān)測及能及時(shí)的顯示故障并作出相應(yīng)動作，因此采用EM Plus對該線路全方位的監(jiān)測和控制。

同時(shí)在馬達(dá)回路中采用了MCU提供對電機(jī)的保護(hù)。MCU基于Modbus和Profibus協(xié)議，集保護(hù)、監(jiān)測及控制為一體，提供對馬達(dá)的完善保護(hù)。

3．3 產(chǎn)品性能
　　
ABB配電智能化元件（IPD）產(chǎn)品線較為豐富，下文對本配置方案中使用到的產(chǎn)品做一個(gè)簡單的性能介紹。

PMC916：用于單條線路監(jiān)控管理，能對單條線路實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測和控制。提供RS485接口、MODBUS協(xié)議。采集的電參量包括U、I、P、Q、F、COSφ、Wp、Wq（包括各線相數(shù)據(jù)）等。同時(shí)提供8路光電隔離的無源開關(guān)量采集，且具有掉電保持的SOE功能。還提供四路繼電器輸出，四路繼電器輸出可以設(shè)置為手動操作、遙控操作、電量越限動作或報(bào)警等特種操作輸出。而其電力參數(shù)越限可關(guān)聯(lián)輸出繼電器，實(shí)現(xiàn)各種管理功能。

EM：用于單條線路監(jiān)控管理，提供RS485接口、MODBUS協(xié)議。采集線路的U、I、P、Q、F、COSφ、Wp、Wq（包括各線相數(shù)據(jù)）等。

EM Plus：除了包含EM所有功能外，另外提供4路光電隔離的無源開關(guān)量采集，且具有掉電保持的SOE功能。還提供2路繼電器輸出，2路繼電器輸出可以設(shè)置為脈沖輸出和自保持輸出。

RSI32：32路無源開關(guān)量的采集功能，可進(jìn)行狀態(tài)信息的監(jiān)測。

RCM32：采用交流采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)32路4-20mA或0-20mA 交直流信號的采集。對于采集回路電流可直接與ABB的LNS雙繞組電流互感器配合無須增加電流變送器，大大節(jié)省成本。

RCU16：16路繼電器信號輸出，實(shí)現(xiàn)遙控功能；觸點(diǎn)容量250VAC/5A，無須增加中間繼電器。

MCU：微處理器馬達(dá)控制中心提供完善的電動機(jī)控制、保護(hù)與監(jiān)測功能。支持Modbus協(xié)議和Profibus協(xié)議。通過總線將電動機(jī)的控制及保護(hù)信息送往上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的智能化測控。

3．4 運(yùn)行效果
　　
該配電站自投入運(yùn)行以來，一直運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠。它不但使工人從繁瑣的手工作業(yè)中解放出來，減少了各種事故的發(fā)生率，而且使系統(tǒng)維護(hù)及故障檢修變得容易、迅速，從而真正實(shí)現(xiàn)了配電管理的科學(xué)化和準(zhǔn)確化。不僅受到了廣大運(yùn)行崗位電氣人員的好評，還為工藝技術(shù)人員分析處理故障提供了可靠的技術(shù)資料。ABB配電智能化元件（IPD）在該廠的應(yīng)用，極大地提高了該廠的自動化和現(xiàn)代化管理水平。

4、結(jié)語
　　
在大量工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，配電監(jiān)控管理系統(tǒng)在近年來已走向成熟，并成為智能的配電監(jiān)控管理系統(tǒng)。利用監(jiān)控裝置形成完整的低壓配電網(wǎng)信息采集系統(tǒng)，為供電企業(yè)的用電側(cè)電能管理提供科學(xué)可靠的決策依據(jù)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是不言而喻的。本文探討了ABB配電智能化元件（IPD）在該配電系統(tǒng)的相關(guān)配置方案，不僅僅對紡織行業(yè)，同時(shí)對其他對配電智能化要求較高的行業(yè)均具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：
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