摘要：介绍了基于MODBUS通信协议的RS-485现场总线和工业控制以太网技术的水厂智能配电系统，使功耗更经济，企业管理更高效。

关键词：PLC，现场总线、智能配电系统

1智能配电系统概述

在原水厂配电系统中，高低压配电柜经常安装各种仪器，实现电力系统的监控。有专人定期到厂区配电室检查，记录数值进行数据分析和处理。即使有些配电有计算机监控系统，大多只是监控，所以测量精度和同步性不高，不能满足提高配电质量的要求。

随着智能配电系统概念的出现，可编程逻辑控制器(PLC)多功能智能电力仪表的核心使用、综合保护器等高低压配电柜的监测、继保已得到广泛应用。多功能智能电力仪表一表多用，通过其通信接口实现仪表编程、数据采集等功能综合保护器，不仅实现电力参数测量，还实现电机保护、变压器保护、配电线路保护等功能。可编程逻辑控制器是专门为工业环境应用而设计的工业控制计算机，已成为电气控制系统中广泛使用的核心装置，可实现复杂的逻辑控制，编程简单，维护方便，配备各种通信接口和模块处理，可方便各级连接。因此，利用多功能智能电力仪表和综合保护器的通信功能，(PLC)以实时监控配电线路为核心，与工业控制以太网建立连接，完成(PLC)在工作站与监控服务器之间的数据交换中，智能配电系统的使用可以大大降低劳动力，提高效率，使功耗更经济，企业管理更高效。

原则上，智能配电系统不同于智能高低压开关柜。智能配电系统的配置是根据具体工程的需要，不仅可以配置智能设备和控制设备的开关柜，还可以配置成所有使用传统电气元件和控制设备的开关柜，还可以混合配置。它为用户选择提供了更大的灵活性，以满足不同的需求。

在这个智能配电系统中，使用普通电控断路器作为执行器，使用安科瑞公司(PLC)作为运行状态和参数自动检测、自动控制的控制器件。各多功能智能电力仪表、综合保护器作为从站，分别安装在各开关柜内。主站通信模块均选用安科瑞公司。通过现场总线与RS485通信网络接口连接，从站与从站与主站之间进行数据交换。从车站可将各开关柜中断路器开关的状态和功率参数送至主站，或接受上位机的遥控操作命令，控制断路器开关。但目前由于水厂供电的特殊性，现场总线设备过多，通信控制有时相应滞后，实际模式是电机电路电源参数通信传输，PLC接点控制分合断路器，即使用PLC输出模块，断路器开关信号、位置信号、故障信号以干接点的形式发送，分合闸控制命令以继电器输出的形式接收电气二次回路，实现上位机对断路器的分合闸控制。电源馈线电路的电源参数通过通信方式传输PLC，人工现场分合断路器，PLC接点控制方式控制为备用方式。工作站通过交换机和中控室监控服务器进行数据交换，实现数据库存储、数据报表生成等功能。

2系统构成

2.1系统硬件

2.1.1高低压配电柜

（1）采用二路进线，单母线分段运行供电，进线与母联三开关连锁。每个馈线柜的原理与传统相同。例如，综合保护器选择AM3SE-I,MODBUS-RTU通信协议。

（2）采用二路进线、双母线供电、进线、母联三开关两合闸连锁、分段电容补偿，各馈线柜原理与传统相同，如多功能智能电力仪表选用安科瑞APM810，通信协议MODBUS-RTU协议。

2.1.2 PLC工作站

（1）选择安科瑞公司处理器，通信模块选择安科瑞AWT1000、首先，通过背板与处理器完成数据通信

（2）通过交换机与工控以太网连接

（3）监控服务器和上位机

2.2系统软件

（1）馈线控制和数据采集处理由处理器完成，采用与系统相匹配的编程环境。

（2）上位机监控界面采用安科瑞EMS能效管理平台监控软件。

（3）数据库存储和数据报表生成采用安科瑞数据库系统，利用软件开发技术完成数据转换、存储和报表生成。

2.3系统监测元件和开关元件

在智能配电系统中，通过电流互感器铁心互感器、空心互感器、霍尔传感器、电压互感器、漏电流检测互感器等检测电流、电压等功率参数。

普通电控断路器是智能配电系统的主要设备，主要用于主进电路和接触母线的开关控制，也用于大负荷馈电电路的开关控制。低压配电开关具有过载脱扣、过载、短路、失压保护等功能。脉冲控制信号分别用于开关、开关和脱扣指示开关线圈和开关线圈。如中国安科瑞ASCB系列低压开关产品，高压配电断路器应配备综合保护器，具有过载长延迟反时限、短延迟反时限、定时限、速度等功能。

3系统现场数据采集与通信

低压配电采用多功能电力仪表，高压配电采用多功能综合保护器，高压柜上安装综合保护器和多功能电力仪表，但无论安装什么品牌的产品，通过现场总线提供的RS-485接口完成同一工作站的通信。

现场总线是应用于生产现场，在微机测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信系统，系统现场总线为RS-485总线，通信协议为MODBUS-RTU协议，主站为PLC工作站1756机架插入AWT通信模块，站为配电柜上的各种多功能电力仪表和综合保护器。它描述了一个控制器访问其他设备的过程。当使用MODBUS协议通信时，该协议规定每个控制器需要知道自己的设备地址，识别根据地址发送的信息，如何响应其他设备的要求，如何检测错误并记录。通信采用主从技术，即只有主设备才能发出查询，从设备响应消息。主要设备可以单独与设备通信，从设备返回一条消息。MODBUS通信有两种模式。消息的起始位置开始停止至少3.5个字符的传输时间(通常使用4个字符)。传输*后一个字符后，停止至少3.5个字符的传输时间来识别结束。停顿后可以开始一个新消息。在接收期间，如果等待接收下一个字符的时间超过1.5个字符的传输时间，则认为是下一个消息的开始。仅针对设备地址、功能代码和数据段。整个信息帧作为一个连续的流传，传输速率较高。

当消息从主站发送到从站时，功能代码域将告知从站需要执行哪些行为。这里主要使用三种功能代码，03H:读取寄存器数据，05H:单个线圈输出，06H编写寄存器数据。读取寄存器的内容包括开关开关状态、当前电流值、电压值、故障记录值等。当从车站回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应还是某些错误被称为异议回应。对于正常回应，从车站只回应相应的功能代码。对于异议回应，从车站返回相当于正常代码的代码，并将功能代码作为逻辑。功能代码是单个线圈输出，可以通过从车站设备输出来控制相应断路器的分离。在程序中设置帧计时器。当线路上有数据时，刷新计时器。当线路空闲时，停止刷新。当计时时间达到3.5帧时，软件将清除计时器，下一帧为地址帧。MODBUS通信查询发送处理程序流程见图2。

作为主站的通信模块，它是平台开发的通信接口模块。每个站收集的数据信息存储在自己的数据缓存区域中。模块读取每个站的数据并存储在自己的数据区域后，PLC可以通过块写和块读操作发送指令并接收信息。

4系统数据网络和监控管理

（1）现场数据采集后，站内配备以太网交换机，通过光缆连接中央控制室完成PLC工作站与监控服务器之间的数据交换

（2）监控管理采用配置软件，监控服务器运行数据连接软件，完成服务功能。中央控制室的计算机界面可以同时看到每个配电室中每个开关柜的功率参数，也可以通过上位机命令控制现场设备的运行。

（3）人机界面可查看数据库系统自动生成的电源参数日报表、月报表等。

5安科瑞电气推出水厂监测能效管理解决方案--AcrelEMS-SW智能水务能效管理平台

5.1平台概述

安科瑞电气拥有从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态系统，AcrelEMS-SW智能水能效管理平台通过安装保护、监测、分析、处理装置，监测污水厂总能耗和能耗强度，重点监测主要能源设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理能效管理提供科学、精细的解决方案。

5.2平台组成

AcrelEMS智能水综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控和能效管理系统组成，涵盖水压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运行维护等，帮助运维管理人员通过一套平台和APP实时了解水配电系统的运行情况，可根据权限适用于水后勤部门的管理需要。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

变电站综合自动化系统及电力监测、电能质量监测与治理、电机管理、能耗管理、智能照明控制、

智能照明控制、电气安全、环境监测、分布式光伏监测、工艺仿真监测

6相关平台部署硬件选型清单

7结束语

智能配电系统集自动化程度高、可靠性好、可操作性强、可扩展性强于一体。随着水厂自动化要求的不断提高，各种智能生产设备将不断出现。认为核心集成现场总线的智能配电系统是水厂强电管理的创新，是所有自动化和智能设备的基础，将在企业成本核算和优化运营管理中发挥重要作用。

参考文献

[1]林军。水厂智能配电系统的应用

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册。2022.05版智能配电系统在水厂