集装箱装卸机械电能监控系统的研发.doc

“集装箱装卸机械电能监控系统”的研发上海沪东集装箱码头有限公司 许力摘要： 随着社会的发展，能源的日益紧张，节能降耗成为港口大型装卸机械的必然选择。因此，通过电能监控系统实现对分类能耗、分项电能的远程监测与管理成为港口机械管理发展的必然趋势。关键词：集装箱装卸机械 多功能电表 电能管理 统计报表1. 技术背景大型集装箱装卸机械属于高能耗设备，正确的统计能耗数据是搞好节能工作的基础。为了确保数据真实、可靠，努力提高数据质量，通过安装新型的带有通讯功能的智能型电能表进行实时数据采集，并及时的进行后台数据处理。该系统可为港口节能降耗技术工作人员掌握装卸机械的能耗水平，为进一步开展节能降耗工作，提供了全面、准确的数据支持。2. 系统的研发2.1 整体结构与研发思路通过在集装箱岸边起重机、集装箱轮胎式起重机等装卸机械上安装多功能电表进行能耗数据统计，而提供的一套集装箱装卸机械电能监控系统，该系统完成了电量的自动采集、存储、总加计算、统计、报表打印等功能；代替了人工抄表，提高了数据的同步性、及时性、准确性和完整性；实行能源消耗分类、分项计量，并对能源消耗状态实行监测，及时发现、纠正能源浪费现象。其系统结构如图所示：电池通信单元显示单元存储单元时钟按键其它单元电流采样数据采集CPU电源及其管理电压采样IA IB ICUA UB UC电能表原理图通讯装置RS485装卸机械PLC无线通讯服务器数据库报表输出（打印机）人机界面（显示器）为实现上述目的，通过“集装箱装卸机械电能监控系统”的数据采集、数据传输和数据处理等三部分功能完成。1) 数据采集：将电能表安装在进线柜面板上，电流经互感器接入，精度为0.5级，包括针对岸桥、轮胎吊的电流、电压、无功消耗、有功消耗、功率因素、线损等数据的采集。 2) 数据传输：通过OPC server将采集的数据通过电能表自带的RS485通讯接口，通过串口服务器，与装卸机械上的PLC接口进行连接，实现通讯，待PLC完成逻辑运算后，通过无线网络发送到控制室的服务器中，进行数据存储。 3) 数据处理：数据处理是整个系统的核心，它涉及到数据结构、数据存取、数据维护、数据共享等多方面的管理，该系统结合装卸机械上PLC的一些逻辑控制信息，完成统计计算公式的设定和定时统计任务，如单车日电量、月电量、年电量等数据的定时统计任务。用户可根据实际需要设置报表和图形显示的格式生成报表及打印。2.2 系统配置2.2.1硬件配置1) 多功能电表：电能量自动计量与存储。可计量各类型电能数据，其中包括瞬时量数据、失压断相数据等，且能保存一定时期累计的数据。2) 串口服务器：MOXA NPORT系列产品，支持RS485接口，实现RS485转以太网。3) CMS网关：CMS数据网关为一台运行WinCE系统的嵌入式计算机。主要作用是对起重机的实时状态的采集，保存，处理和转发；针对传统工控机的不足，嵌入式CMS数据网关具有硬件结构简单、体积小、易安装、能耗低、散热需求小、防尘抗震，同时系统软件结构也同样灵巧简单，具有启动迅速、运行流畅，稳定性高、容错性能强等特点。同时也降低了设备的维护成本。CMS数据网关可以看作一个机上普通设备，无需特备采取措施予以维护和保养，即使发生设备损坏，只需要整体替换相同设备，接线即可工作。既可以作为监控系统的核心，也可以与工控机并存互相补助。4) 服务器：服务器装有起重机电能管理系统软件。电能管理系统软件包括CMS网关客户端程序，负责同CMS网关通讯，收集、整理CMS网关采集到的实时数据，并记录到SQL Server数据库中。2.2.2 软件配置1) 服务器端:Microsoft(R) Windows(R) Server 2008 x32 SP2 Standard Edition, (5 CALs)2) 数据库软件: Microsoft(R) Windows(R) SQL Server 20083) 浏览器端:Windows XP Professional COEM中文2.3 系统网络图该系统涉及到使用在集装箱岸边起重机、集装箱轮胎式起重机等大型起重机械上的电能综合计量、监视、统计分析系统。系统包括多功能智能型电能表，安装在集装箱装卸机械的高压进线柜上，并通过RS485通讯协议与PLC控制器相连。PLC控制器将电能表采集到的数据与PLC程序进行逻辑运算，在司机室的液晶显示器实时显示作业能耗；PLC控制器通过无线网络，由OPC Server将采集到的电量数据与设备运行数据存储到控制室的服务器数据库中，并运用系统软件进行分项统计，经人机界面友好输出，或打印报表。2.4 软件系统软件系统由两部分构成：数据采集程序与报表程序。其中数据采集程序由两部分构成：l 数据采集服务端（以下简称“服务端”）；l 数据采集客户端（以下简称“客户端”）；“服务端”运行在数据采集器中，采集PLC和智能电表的数据、对数据进行分析，并对数据进行存储。“服务端”通过自定义协议对外提供数据。“客户端”运行在任意一台需求数据的电脑上（包括服务器和司机室显示器上），通过以太网向“服务端”请求数据，并将数据维护在数据库中，供报表使用。“报表程序”运行在服务器或者司机室服务显示器上，相关人员可以通过查询数据库获取相应信息。2.5 报表统计1) 电量总表电量总表可按时间段进行如下数据统计：正向总电量、反向总电量、控制合总电量及时均电量、控制合待机总电量及时均电量；2) 待机能耗待机电量画面中记录每次待机的起始时间、起始时的电量（KWH）、结束时间、结束时的电量（KWH）、待机持续时间和期间的能耗。 待机画面主要记录起重机闲置时候的能耗。3) 吊箱电量统计作业电量统计报表记录每Move吊箱作业时候的电能消耗。记录集装箱重量、尺寸、单箱耗时及能耗等信息。 4) 控制断电量统计控制断电量报表统计每次控制断区间电能耗。 记录每次控制断时间、控制断时的电量计数、控制合时间、控制合时的电量计数、控制断区间的能耗。 5) 耗电量分析图通过能耗终端数据库实现设备能耗数据可视化的功能，可以用各类图表对采集到的数据进行可视化分析，清楚地展示各设备的能耗特点。3. 系统作用1) 实现起重机设备电能实时监测。通过对集装箱岸边起重机、集装箱轮胎式起重机等大型起重机械的电压、电流、有功消耗、无功消耗、功率因素以及其他相关数据的采集，实现对起重机设备电能数据的实时监视；实时监视画面由起重机电能监视总图，以及弹出式单个起重机电能监视子画面组成，能够实际反映当前各个设备的用电状态以及其他相关统计数据。2) 建立起重机能耗数据库。从各个设备采集的电能数据及设备运行数据记录到服务器数据库，包括设备主要用电机构的运行时间记录(按控制合，大车，小车，起升，俯仰，起升小车联动等记录时间)。系统提供相应的电能分析统计模块，不但能够统计出大型起重机机械总能耗、单机能耗，还可以通过建立集装箱岸边起重机、集装箱轮胎式起重机的能耗模型，计算出相应起重机机型能耗指标，为能耗评估提供依据。3) 统计分析可视化。较为直观的反映各类能耗数据，便于对各类能耗指标进行分析。4) 提供能耗排名统计。根据作业段的箱量与能耗进行排序，为操作人员的能耗考核提供依据。5) 系统应为B/S架构。系统应提供用户管理机制，不同用户可以设定不同的权限。4. 总结随着能源的日益紧张，节能降耗成为港口大型装卸机械的必然选择，“集装箱装卸机械电能监控系统”不仅能监控装卸机械的能耗使用状况，并能根