智能化元件在纺织行业的应用

1、引言
　　2006年国家发改委发布了《纺织工业“十一五”发展纲要》，纺织工业积极转变增长方式，取得了持续、快速、健康的发展。随着以通讯产品（Communication）、电脑产品（Computer）和消费类电子产品（Consumer）为代表的3C技术的飞速发展，我国在纺织工业的自动化控制方面已经赶上了国外发达国家的水平。各大型装置和工程项目基本上实现了DCS系统和工艺控制的自动化，这就对配电系统的稳定性和可靠性提出了更高的技术要求。
　　2、背景
　　由于纺织行业在中国有较长的发展历史，国内纺织企业仍存有大量时期较早的设备，而过去对电气自动化的认识不够和经验不足，很多纺织装置的配电系统还处在设备陈旧、技术和管理相对落后的情况之下，对电力的管理于拉闸限电为目的的负荷控制。而随着纺织行业自动化程度的不断提高，对电力的需求已经不仅仅满足于有电用，良好的供电质量和用电管理，成为纺织行业对配电系统要求的重要部分。
　　长期以来，低压配电网络一直是供电系统运行可靠性的薄弱环节之一，能源部《用电管理信息技术规范》中明确提出要掌握配电网络负荷情况及重点用户的年、季、月、日各种负荷曲线等重要信息。但多年来，由于低压配电网络缺乏这方面的自动化检测手段，一般都在每年或每季的几个典型日，由工作人员用钳式电流表逐个测量配电装置负荷的简单方法，结果是费时费工，既不能反映真实情况，也不能解决实际问题。为此，研发、推广一系列低压配电网络的监控装置仪表是十分必要的。
　　针对这种情况，ABB推出了配电智能化元件（IPD-Inligent Power Device）系列产品，致力于帮助用户提高低压配电的可靠性及智能化水平。
　　3、应用
　　某纺织厂整个生产线系统由前纺部分和后纺部分组成。前纺部分主要由熔体输送、纺丝、卷绕等部分组成，后纺部分设备包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴牵伸槽、二道牵伸机、蒸汽加热箱、紧张热定型机、喷淋冷却装置、三道牵伸机、叠丝机、三辊牵引机、张力架、卷曲机加热箱、卷曲机、辅丝机、上油轮等。
　　配电监控系统作为该厂的电力能源供应中心，其地位非常重要，是安全生产的重要保障，其底下子变电站负载监控本站的数据信息，并通过光纤连接到主站，实现对全厂供电回路的监控及运行安全调度管理。本文将以此厂配电系统为例。
　　3.1 网络结构
　　该站配电系统结构采用了分层分布式设计思想，系统分成3个层面：后台监控层面、站级管理层面和现场测控层面。
　　在后台监控层面采用了ABB的ESD3000系统，ESD3000通过以太网往下连接至站级管理层。为整个配电系统提供全面管理，同时提供热备一套，大大减少系统故障，提供可靠的电力保证。
　　在站级管理层面采用了ABB的HMI作为前端处理机，通过Modubs协议采集来自现场层的数据，并对数据进行适当处理和故障诊断。将打包后的数据通过以太网交换机传输给后台监控系统供中心管理层使用，同时，将来自中心管理层的控制信息经过以太网交换机通过HMI发送到现场层。
　　在现场测控层面采用了ABB配电智能化元件（IPD）系列产品，将来自现场的遥信量、遥测量、保护动作等信息通过现场保护或测控单元采集处理，并通过Modbus协议上传至站级管理层和后台监控层。
　　本配电系统自上而下均采用了同一公司产品，保证了zui大兼容性，同时产品之间无缝连接，大大减少了系统各种可能因兼容性方面而引发的问题。现场层面使用的ABB配电智能化元件（IPD）系列产品采用标准Modbus通讯协议，提供数据链路层之间的透明连接，可方便且准确地与其他配电监控后台通讯。
　　3.2 配置方案
　　ABB配电智能化元件（IPD）系列产品提供丰富完整的智能电力监控产品，可以根据用户的不同需求提供使用可靠、方便灵活的系统应用方案，可适用各种复杂的现场情况及应用需求。根据各自回路的差异性，分别使用不同的产品zui优化搭建合理的解决方案。
　　本文在此系统中挑出几条具有代表性的回路分别根据各自的不同情况做一个zui优化的配置。
　　对于系统进线的监控，由于其回路的重要性及对监控设备的较高要求，需要全面采集各种电参量，并需要及时准确的发现回路中存在的隐患和故障。因此在本线路中采用了PMC916。
　　馈电回路1、馈电回路2指照明和空调回路，这些回路只要求监视电流和开关状态，并需要对回路中断路器能遥控。因此采用LNS+RCM32提供对电流的监测，采用RSI32和RCU16提供了对开关量的遥测及遥控。
　　在馈电回路3指熔体输送及、卷曲机回路等一些回路容量较大，需要对该回路提供更完善的监测及保护。因此采用了RSI32采集断路器分合及故障状态，采用RCU16对断路器实现远程遥控。同时采用了EM实现对该线路电参量全方面的监测。
　　在馈电回路4指牵伸机等重要负荷，需要单独对该回路电参量进行各种电参量的监测及能及时的显示故障并作出相应动作，因此采用EM Plus对该线路的监测和控制。
　　同时在马达回路中采用了MCU提供对电机的保护。MCU基于Modbus和Profibus协议，集保护、监测及控制为一体，提供对马达的完善保护。
　　3.3 产品性能
　　ABB配电智能化元件（IPD）产品线较为丰富，下文对本配置方案中使用到的产品做一个简单的性能介绍。
　　PMC916：用于单条线路监控管理，能对单条线路实现的监测和控制。提供RS485接口、MODBUS协议。采集的电参量包括U、I、P、Q、F、COSφ、Wp、Wq（包括各线相数据）等。同时提供8路光电隔离的无源开关量采集，且具有掉电保持的SOE功能。还提供四路继电器输出，四路继电器输出可以设置为手动操作、遥控操作、电量越限动作或报警等特种操作输出。而其电力参数越限可关联输出继电器，实现各种管理功能。
　　EM：用于单条线路监控管理，提供RS485接口、MODBUS协议。采集线路的U、I、P、Q、F、COSφ、Wp、Wq（包括各线相数据）等。
　　EM Plus：除了包含EM所有功能外，另外提供4路光电隔离的无源开关量采集，且具有掉电保持的SOE功能。还提供2路继电器输出，2路继电器输出可以设置为脉冲输出和自保持输出。
　　RSI32：32路无源开关量的采集功能，可进行状态信息的监测。
　　RCM32：采用交流采样技术，实现32路4-20mA或0-20mA 交直流信号的采集。对于采集回路电流可直接与ABB的LNS双绕组电流互感器配合无须增加电流变送器，大大节省成本。
　　RCU16：16路继电器信号输出，实现遥控功能;触点容量250VAC/，无须增加中间继电器。
　　MCU：微处理器马达控制中心提供完善的电动机控制、保护与监测功能。支持Modbus协议和Profibus协议。通过总线将电动机的控制及保护信息送往上位机监控系统，以实现对电机的智能化测控。
　　3.4 运行效果
　　该配电站自投入运行以来，一直运行稳定，工作可靠。它不但使工人从繁琐的手工作业中解放出来，减少了各种事故的发生率，而且使系统维护及故障检修变得容易、迅速，从而真正实现了配电管理的科学化和准确化。不仅受到了广大运行岗位电气人员的好评，还为工艺技术人员分析处理故障提供了可靠的技术资料。ABB配电智能化元件（IPD）在该厂的应用，极大地提高了该厂的自动化和现代化管理水平。
　　4、结语
　　在大量工程应用经验的基础上，配电监控管理系统在近年来已走向成熟，并成为智能的配电监控管理系统。利用监控装置形成完整的低压配电网信息采集系统，为供电企业的用电侧电能管理提供科学可靠的决策依据，其经济效益和社会效益是不言而喻的。本文探讨了ABB配电智能化元件（IPD）在该配电系统的相关配置方案，不仅仅对纺织行业，同时对其他对配电智能化要求较高的行业均具有一定的推广价值。